《多帶哈伯德模型中磁性與超導特性的理論研究》是依託湖北大學，由黃忠兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多帶哈伯德模型中磁性與超導特性的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃忠兵
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
銅基和鐵基高溫超導體是目前超導和強關聯電子系統研究領域的前沿研究課題。正確理解兩類高溫超導體中的競爭序和非傳統超導機理是凝聚態物理亟需解決的核心問題，而通過實驗和理論研究澄清磁性與超導特性之間的關係是解決該問題的關鍵。本項目計畫基於多帶哈伯德模型採用數值精確對角化、量子蒙特卡羅等數值計算方法並結合量子團簇方法深入研究高溫超導體中的三個重要問題：（1）銅基高溫超導體中頂角氧原子的能級對其反鐵磁性及d波超導特性的影響；（2）銅基高溫超導體贗能隙區銅氧原子之間的軌道流（orbital current）特徵及隨空穴濃度的演化情況；（3）鐵基高溫超導體在兩帶哈伯德模型框架下磁關聯和電子配對關聯與模型參數和摻雜載流子濃度的依賴關係，以及是否存在非傳統超導長程式。我們的計算對多帶模型中的電子相互作用作了嚴格的處理，研究結果將促進理解高溫超導體這類具有強量子漲落系統的複雜物理特性及非傳統超導機理。
結題摘要
正確理解銅基和鐵基高溫超導體中的自旋、電荷、軌道等競爭序和非傳統超導機理是凝聚態物理學中的核心問題。在本項目中我們基於多帶哈伯德模型採用變分蒙特卡羅、約束路徑量子蒙特卡羅等數值計算方法系統地研究了銅基和鐵基高溫超導體、以及芳香烴有機超導體中的五個重要問題：（1）基於描述單層銅氧化物高溫超導體的雙軌道(dx2-y2和dz2軌道)哈伯德模型，我們採用約束路徑量子蒙特卡羅方法研究了頂角氧原子能級位置對d波超導特性的影響。計算結果表明當由頂角氧原子能級調控的能量差E(dz2)-E(dx2-y2)減小時， d波配對關聯函式顯著減弱，其主要原因是dx2-y2軌道上參與d波配對的空穴數目明顯減少。該結果有助於理解單層銅氧化物高溫超導體的超導特性差異。（2）採用變分蒙特卡羅方法系統地研究了描述銅基高溫超導體的三帶哈伯德模型中費米面自發形變的物理行為。我們發現在物理相關的參數範圍內，當空穴摻雜濃度處於0.0-0.15區間時，三帶哈伯德模型具有費米面的自發d-wave形變趨勢。該結果為實驗發現的電子向列相提供了更好的理論解釋。（3）基於描述鐵基高溫超導體的三軌道和五軌道哈伯德模型，我們探討了體系的向列相和磁性特徵。研究結果表明以往在理論研究中忽略的近鄰鐵原子間的庫侖相互作用對形成向列相具有關鍵影響，而且該作用會導致條紋反鐵磁、二聚化磁序等磁性狀態的競爭。(4) 基於描述鐵基高溫超導體的兩軌道模型和對稱S4模型，我們發展並採用約束路徑量子蒙特卡羅方法研究了鐵基高溫超導體的磁性和超導特性。計算結果清晰地顯示當電子半填充時體系存在穩定的(π,0)/(0,π)磁有序態，而摻雜體系的磁性和超導特性存在明顯的電子空穴非對稱性。該結果這對理解鐵基高溫超導體的物理特性具有重要的意義。（5）採用第一性原理和量子蒙特卡羅等方法研究了芳香烴有機超導體的晶體結構、電子結構、以及磁性特徵。我們的研究結果已經發表在Physical Review B, Journal of the Physical Society of Japan, Scientific Reports 等刊物上。
