Fig. 1. Una interacción efectiva mediada por el intercambio de un paramagnón antiferromagnético. Crédito:Bai Xiaocheng
Investigadores dirigidos por el Prof. Zou Liangjian de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei (HFIPS) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han investigado recientemente el diagrama de fase magnética del compuesto superconductor de alta Tc (temperatura crítica) Ba2 CuO4-δ y su simetría de emparejamiento superconductora basada en el mecanismo de fluctuación de espín. Los resultados se publicaron en Physical Review B .
Es bien sabido que dos electrones en el vacío se repelen. Sin embargo, en los superconductores, dos electrones cerca de la superficie de Fermi forman un par de Cooper al intercambiar cuasi-partículas bosónicas. Estos pares de Cooper con la misma fase condensan el superfluido con resistividad cero. La simetría de emparejamiento de los pares de Cooper es una característica importante para descubrir una interacción de emparejamiento eficaz en los superconductores.
Un superconductor de cuprato recién descubierto Ba2 CuO4-δ presentado en alta Tc de 73 K, aproximadamente dos o tres veces más alta que el cuprato convencional isoestructural La2 CuO4-δ . Además, muestra CuO6 comprimido octaedro, que se invierte en el CuO6 octaedros o CuO5 pirámides en las fases parentales de cupratos convencionales. Esto da como resultado múltiples orbitales que contribuyen a las propiedades superconductoras en Ba2 CuO4-δ .
Los diagramas de fase de los superconductores de cupratos anteriores mostraban antiferromagnetismo en estrecha proximidad, o en algunos casos coexistiendo, con superconductividad. Por lo tanto, se propone que la interacción de emparejamiento efectiva está mediada por la fluctuación del espín en los superconductores de cupratos. Comprender qué mecanismo contribuye a la interacción de emparejamiento eficaz en Ba2 CuO4-δ , es crucial investigar el diagrama de fase magnético del mismo.
Fig. 2. Los diagramas de fase magnética de Ba2 CuO4-δ en U =2 eV (a) y U =4 eV (b). Crédito:Bai Xiaocheng
En este trabajo, utilizando el método del bosón esclavo rotacionalmente invariante (RISB), los investigadores investigaron el diagrama de fase magnético del compuesto superconductor de alta Tc Ba2 CuO4-δ . También estudiaron la simetría de emparejamiento superconductora basada en el mecanismo de fluctuación de espín dentro de la aproximación de fase aleatoria.
Los resultados mostraron que en el régimen de correlación intermedia (U ~ 2 eV), el sistema se comportó como un metal paramagnético de banda única cuando n> 2,4, y tenía solo una fase madre aislante antiferromagnética.
En el régimen fuertemente correlacionado (U> 4 eV), el sistema mostró dos fases principales aislantes antiferromagnéticas diferentes en n =2 y 3, correspondientes a la naturaleza de dos bandas y banda única, respectivamente.
Comparando el valor de acoplamiento de espín experimental de aproximadamente 150 meV con la diferencia de energía total entre las fases antiferromagnética y paramagnética de Néel, los investigadores estimaron que U ≈ 2~3 eV en Ba2 CuO3.2 .
Fig. 3. La fuerza de emparejamiento λ de Ba2 , CuO4-δ con d =0,8. El recuadro muestra la fuerza de emparejamiento λ para diferentes dopajes en U =2 eV. Crédito:Bai Xiaocheng
Estudiaron más a fondo la simetría de emparejamiento superconductor en su mecanismo basado en la fluctuación de espín y encontraron que las fuerzas de emparejamiento de la onda s y la onda d están casi degeneradas.
Los resultados sugieren que Cooper se empareja en Ba2 CuO3.2 son ondas s+d simétricas.
Es la primera vez que los científicos ilustran teóricamente el diagrama de fase magnética de Ba2 CuO4-δ , lo que sugirió que Cooper se empareja en Ba2 CuO3.2 eran ondas s+d simétricas siempre que la interacción de emparejamiento efectiva estuviera mediada por fluctuaciones de espín. La dispersión de neutrones polarizados revela excitaciones de espín preferidas en superconductores basados en bicapa de hierro
