Phase diagram of a two-dimensional narrow-band nematic superconductor: Can the BCS–BEC crossover be observed?

Анотація

Проаналізовано залежності від легування та температури фізичних властивостей вузькозонного надпровідника з квадратною ґраткою, що відповідає вимогам систем з локальним нематичним спарюванням Хаббарда, спричиненим ефективним притяганням найближчих сусідів. Нашою метою було вивчення можливого переходу системи від надпровідності Бардіна–Купера–Шріффера (БКШ) до режимів конденсації Бозе–Ейнштейна (БЕК) зі збільшенням температури. Виявлено, що в d-каналі кросовер не відбувається при реальних значеннях легування та температури, і навіть при великому притяганні, тобто система завжди знаходиться в режимі БКШ, на відміну від «звичайного» d-хвильового надпровідника. На відміну від ненематичних d-хвильових надпровідників, хімічний потенціал μ завжди зростає зі збільшенням температури, що може свідчити про несподівано великий розмір куперівських пар. Водночас, у s-каналі виявлено кросовер БКШ–БЕК з температурою для широкого діапазону температур навіть при досить високому легуванні, n_f ≈ 0,2. Цей результат відрізняється від «звичайного» s-випадку, де у вузькозонному (тобто при сильному зв’язку) стані система завжди знаходиться у стані БЕК. Виявлено, що для заданого великого значення притягання існує значення легування, коли для широкого діапазону температур система знаходиться в режимі «до кросовера» з μ ≈ 0, тобто в режимі співіснування локальних та протяжних пар. Таким чином, у вузькозонних системах «звичайний» s-надпровідник знаходиться в стані БЕК, але в нематичному випадку можна очікувати кросовер БКШ–БЕК зі зростанням температури за реальних параметрів системи, тобто кросовер можна виміряти експериментально.