El aislamiento del grafeno hace más de una década transformó el panorama de la física de la materia condensada, como el grosor de un solo átomo, El material bidimensional exhibió una alta calidad cristalina y electrónica para representar una clase conceptualmente nueva de materiales cuánticos. Desde entonces, físicos e ingenieros han explorado una amplia familia de cristales bidimensionales conocidos como dicalcogenuros de metales de transición (TMD) en los que los electrones existen en capas con aislante, propiedades conductoras o semiconductoras, aunque se ha prestado poca atención a investigar la superconductividad en los cristales 2-D. El trabajo en curso en el campo continúa proporcionando un terreno sorprendentemente fértil para aplicaciones en física de baja dimensión.

Descubrimientos recientes en alta T _C los superconductores han dado lugar a un gran interés en una "onda de densidad de pares" (PDW) formada en pares de Cooper (un par de electrones unidos a bajas temperaturas), aunque hay poca comprensión teórica sobre los mecanismos impulsores de este estado exótico. La complejidad resulta de los muchos estados en competencia que están en energía cercana en la región fuertemente correlacionada dentro de modelos y fenómenos aparentemente simples como el modelo de Hubbard, imanes frustrados y superconductores de alta temperatura. En un estudio reciente, Jordan Venderley y Eun-Ah Kim en la Universidad de Cornell, Nueva York, mostró que la ruptura de la simetría de inversión y el bloqueo de valle de espín resultante podrían promover que los PDW superen las franjas de espín y carga más comúnmente encontradas a través de la frustración contra el orden magnético. El estudio detalló la primera evidencia sólida de un PDW en la renormalización de matriz de densidad de un modelo fermiónico simple mediante simulación de grupo. Los resultados señalaron una posibilidad intrigante de que el estado exótico ocurra en dicalcogenuros de metales de transición del grupo VI dopados con agujeros (TMD) con estructura de banda bloqueada de valle de espín y correlaciones moderadas. Los resultados ahora se publican en Avances de la ciencia .

Superconductores de alta temperatura (abreviado high-T _C ) son materiales que se comportan como superconductores a temperaturas de transición extremadamente altas. La primera evidencia experimental de superconductores fue descubierta por J.G. Bednorz y K.A. Müller en el Laboratorio de Investigación de Zúrich de IBM en 1986, por lo que posteriormente fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1987. Desarrollos experimentales y teóricos recientes revivieron la idea de un estado superconductor regulado o modulado que rompe espontáneamente la simetría traslacional. Los primeros esfuerzos para regular los superconductores han mantenido de cerca los principios del modelo original de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnkov (FFLO), propuesto en 1964. Una propuesta alternativa para un estado emparejado modulado para cupratos (materiales que contienen complejos aniónicos de cobre) requiere un mecanismo de acoplamiento fuerte, conocida como onda de densidad de pares (PDW), que es distinto de los superconductores de tipo FFLO.

La necesidad existente de un mecanismo de acoplamiento fuerte llevó a los físicos a buscar el estado PDW en simulaciones numéricas. La evidencia actual de un PDW en el grupo de renormalización de matriz de densidad (DMRG) solo se estableció en el modelo unidimensional (1D) de Kondo-Heisenberg. La evidencia numérica del enfoque controlado del DMRG es, sin embargo, carece de modelos fermiónicos simples. Una dificultad característica para realizar tal estado se debe a la presencia de estados de base de franja de carga y giro en lugar del estado PDW en un modelo Hubbard o t-J en una red cuadrada con simetría de rotación abierta. El modelo t-J, derivado por primera vez del modelo Hubbard de Josef Spalek en 1977, describieron sistemas de electrones fuertemente correlacionados para calcular estados de superconductividad a alta temperatura en antiferromagnetos dopados (compuestos por unos pocos átomos de Fe en una superficie que exhibe dos estados magnéticos).

Si bien existen muchos modelos en diferentes ramas de la física, el modelo de Hubbard es un invento icónico y simple de la física teórica de la materia condensada que captura el comportamiento de los electrones correlacionados en los sólidos mientras saltan entre los sitios de la red. En el presente estudio, Por lo tanto, Venderley y Kim recurrieron a un modelo de Hubbard y esperaban que el frustrante orden de giro magnético empujara a los sistemas a un estado PDW en una celosía triangular frustrada con simetría de inversión rota. El modelo capturó los TMD del grupo IV monocapa dopados con agujeros, utilizado como sistemas de referencia para estudiar y controlar pedidos electrónicos entrelazados, alimentado por posibilidades exóticas impulsadas por el acoplamiento de órbita de espín (SOC) y una falta de centrosimetría, junto con la superconductividad como se observó en estudios anteriores.

El DMRG (grupo de renormalización de matriz de densidad) es un poderoso método no perturbativo que se utiliza para estudiar sistemas electrónicos que interactúan fuertemente y explorar una selección diversa de sistemas electrónicos fuertemente correlacionados, fenómenos cuánticos en competencia. La técnica DMRG se estableció en la última década como el método líder para simular la estática y la dinámica de sistemas de celosía cuántica unidimensionales. con potencial para un mayor desarrollo. Para acceder a las tendencias superconductoras del sistema, Venderley y Kim implementaron un campo de doble filo motivado por el enfoque de fijación de campo, que subyace a varios estudios previos. Ellos sesgaron el sistema a un estado superconductor específico y estudiaron la simetría emergente del parámetro de orden apropiado en la masa para deducir la inclinación del modelo hacia diversas inestabilidades.

Los científicos realizaron los cálculos DMRG y las simulaciones DMRG en sistemas bidimensionales utilizando la biblioteca iTensor desarrollada por Stoudenmire y White. Presentaron las simulaciones DMRG en un cilindro con celdas de tres unidades en la dirección periódica y 12-, 18-, Celdas de 24 y 36 unidades en la dirección no periódica. El ancho de la simulación fue lo suficientemente grande para muestrear las cavidades en la superficie de Fermi, pero no tanto como para hacer que el DMRG fuera prohibitivamente caro para los recursos computacionales del laboratorio.

Para capturar las superficies de Fermi bloqueadas en valle de espín en el modelo de una banda en los TMD del grupo de valencia VI, los científicos consideraron un modelo de unión estrecha del vecino más cercano en la superficie de Fermi, donde el flujo magnético introdujo pequeñas cantidades de anisotropía en las bolsas, análogos a los observados en materiales semiconductores reales como MoS ₂ , seguido de la inclusión de interacciones in situ. En el presente trabajo, la simulación DMRG reveló inesperadamente una tendencia a romper la simetría de traslación en el régimen de interacción repulsiva para formar un estado de par modulado, después de lo cual los científicos observaron evidencia de la formación y mantenimiento de oscilaciones de PDW robustas, a pesar de los cambios (aumento) en el potencial químico simulado. Esta observación de Venderley y Kim fue el primer informe de un PDW impulsado por acoplamiento fuerte dentro de las simulaciones DMRG de un modelo fermiónico simple. Las oscilaciones de fase trazadas en este estudio, Se parecía mucho al comportamiento de tipo PDW informado en el modelo 1D Kondo-Heisenberg anterior.

Venderley y Kim y luego Fourier transformaron estas oscilaciones para sugerir que el impulso infinito de los pares de Cooper se originó a partir de la interacción entre los bolsillos de Fermi. Esta opinión se reforzó cuando probaron el efecto de aumentar el potencial químico en el estudio (que disminuyó el radio de la bolsa). Luego capturaron oscilaciones en la fuerza de emparejamiento de singlete y en la densidad de carga de enlace para mostrar que ambos órdenes estaban dominados por el mismo modo de Fourier.

De este modo, Venderley y Kim utilizaron DMRG para estudiar las tendencias superconductoras de un repulsivo U Modelo Hubbard en celosía triangular con bloqueo de valle giratorio. Probaron las tendencias para revelar el complejo diagrama de fase superconductor del modelo con estados superconductores traslacionales que rompen la simetría; posiblemente en competencia con un estado uniforme. Si bien los investigadores están interesados ​​en modular los estados superconductores, lo observado fue el primer informe de un PDW impulsado por acoplamiento fuerte formado en un modelo fermiónico simple. A continuación, Venderley y Kim tienen como objetivo investigar si el estado de PDW observado se puede encontrar en un entorno verdaderamente bidimensional mediante el uso de una técnica numérica diferente, como la teoría de inclusión de matrices de densidad, que ha mostrado resultados de alta calidad en modelos Hubbard bidimensionales.

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