Θεωρία ηλεκτρονικών καταστάσεων τάξης: σιδηρομαγνητικοί υπεραγωγοί

Abstract

In this Thesis we study the problem of coexistence and competence between superconductivity with zero pair momentum and superconductivity with finite pair momentum and charge density waves (CDW) in a ferromagnetic background. This problem is directly connected with the new class of ferromagnetic superconductors. The present approach is in the mean-field level using Green’s functions techniques. We develop formalism for the coexistence of phases in a strong ferromagnetic background. The classification of the order parameters with respect to the symmetries of the system leads to four possible SC order parameters, two with zero Cooper pair momentum and two with finite Cooper pair momentum, and four possible CDW order parameters. In the context of the Thesis we study in a systematic way the competition of all the possible pairs of the above competing states for different values of the pairing potentials in each channel and different values of temperatures. We map in detail the transitions that may occur with the deviations from nesting since this simulates the effect of pressure, like in UGe₂. For all the different coexistence phases that we observe, we calculate, besides the order parameters, the density of states, the free energy and the specific heat in order to identify qualitative characteristics of these phases with experimental accessible quantities.

Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η μελέτη του ανταγωνισμού - συνύπαρξης υπεραγώγιμων καταστάσεων με μηδενική και πεπερασμένη ορμή ζεύγους Cooper και κυμάτων πυκνότητας φορτίου σε ένα ισχυρό σιδηρομαγνητικό υπόβαθρο όπου τα σπιν θεωρούνται “παγωμένα”. Το πρόβλημα αυτό βρίσκει άμεση εφαρμογή στην καινούργια οικογένεια των σιδηρομαγνητικών υπεραγωγών, υλικά στα οποία η υπεραγωγιμότητα συνυπάρχει με τον σιδηρομαγνητισμό. Η προσέγγιση του προβλήματος γίνεται σε επίπεδο θεωρίας μέσου πεδίου. Αναπτύσσεται φορμαλισμός για την συνύπαρξη φάσεων στο σιδηρομαγνητικό υπόβαθρο. Η ταξινόμηση των παραμέτρων τάξης ως προς τις συμμετρίες του συστήματος οδηγεί στην ύπαρξη δύο υπεραγώγιμων παραμέτρων τάξης μηδενικής ορμής ζεύγους Cooper, δύο υπεραγώγιμων παραμέτρων τάξης πεπερασμένης ορμή ζεύγους Cooper και τεσσάρων παραμέτρων τάξης κύματος πυκνότητας φορτίου. Στα πλαίσια της διατριβής μελετάται συστηματικά ο ανταγωνισμός οποιουδήποτε συνδυασμού των παραπάνω παραμέτρων τάξεως για διαφορετικές τιμές των δυναμικών ζεύξης σε καθένα από τα κανάλια ζεύξης και διαφορετικές θερμοκρασίες. Χαρτογραφούνται λεπτομερώς οι μεταβάσεις που ενδεχόμενα προκύπτουν με την μεταβολή της συμμετρίας ηλεκτρονίου-οπής (της ποιότητας της συναρμογής) θέλοντας να προσομοιωθεί με τον τρόπο αυτό η εφαρμογή πίεσης στο υλικό όπως στην περίπτωση του UGe₂- Για της διάφορες φάσεις συνύπαρξης που παρατηρούνται για πρώτη φορά στα πλαίσια της διατριβής αυτής, πέραν των παραμέτρων τάξεως υπολογίζονται η πυκνότητα καταστάσεων, η ελεύθερη ενέργεια και η ειδική θερμότητα με σκοπό την ταυτοποίηση ποιοτικών χαρακτηριστικών των καταστάσεων αυτών σε πειραματικά μετρήσιμες ποσότητες.