非常规超导体赝能隙态性质的研究

Pseudogap is always a very important issue in research work of high-temperature superconductors. Recent experiments show that there are obvious Fermi arcs in the pseudogap state in high-temperature superconductors. The coexistence of the Fermi arc and pocket can also be observed by some experiments. During this project, the Fermi arc, Fermi pocket and the coexistence of the two will be chosen as the research object. Also several mathematical methods, for example, the exact diagnolization, the cluster perturbation thoery and variational cluster approximation, will be used. Recently we have found the existence of Fermi arc in a certain range of doping levels. We hope the continuous research would show the existence of Fermi pocket and coexistence of Fermi arc and pocket. This would be of great help to find the basis of high temperature superconducting.

对于赝能隙的研究一直是高温超导研究中的一个很重要的课题。目前的实验表明在赝能隙态，实验上能够很明显的观察到费米弧现象，部分实验还观察到费米弧和费米括号共存的现象。本项目计划研究赝能隙态下费米弧和费米口袋出现的原因，以及两者共存的机理，主要采用基于Hubbard模型的严格对角化，量子集团微扰以及变分集团近似等数值方法。初步的计算结果发现在一定的掺杂范围内有费米弧的出现，我们希望通过继续的研究找到费米口袋的出现以及共存现象，为高温超导微观机制的突破认识，提供重要的基础研究资料。

本项目利用严格对角化方法以及量子集团微扰方法，通过改变掺杂浓度以及相互作用强度，并通过在氧化物高温超导系统中引入自旋密度波，电荷密度波，超导序参量等，研究二维四方晶格上的准粒子的激发，进一步研究费米面的演化，找到赝能隙出现的条件。首先，我们通过改变相互作用强度U，能带会分成上下Hubbard带，费米面处出现赝能隙。U增大，赝能隙大小和出现的位置不发生改变，而改变的是Hubbard能隙的大小，说明两个能隙的起源不同。我们固定U=6t不变，通过改变掺杂浓度，看掺杂浓度对赝能隙的影响。我们发现掺入空穴以后，费米面开始不完整，出现了费米弧。费米口袋和费米弧的共存只在特定的掺杂下出现，并且费米弧的大小和掺杂有着规则的演化。我们认为费米弧和口袋的出现来源于体系本身的强关联特性，不需要引入特别的序。在基金的资助下我们还开展了铱基氧化物Sr2IrO4超导特性的研究。我们通过利用第一性原理计算已经得到的系统的紧束缚能带，使用有效的t-t'-J-J'模型，通过无规相近似（RPA），我们研究了在不同掺杂条件下体系的自旋涨落性质和可能出现的超导配对对称性并和铜氧化物高温超导体对比。我们发现该材料中实现超导可能比较困难，在我们所研究的掺杂范围内，我们发现30%空穴掺杂时本征值最大，因此我们认为如果能超导，在此掺杂浓度附近最有可能，配对对称性为dx2-y2对称性。通过和高温超导材料的参数比较我们发现，两个体系的J的大小相差比较大，这是可能造成不容易超导的重要原因。并且Sr2IrO4中自旋涨落的峰的强度远小于高温超导体，这也是一个很重要的原因。