高溫超導中的序競爭

《高溫超導中的序競爭》是依託中國科學技術大學，由劉國柱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高溫超導中的序競爭
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉國柱
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

高溫超導是凝聚態物理最重要的研究領域之一。經過二十多年的實驗和理論研究，其基本物理機制仍然很不清楚。高溫超導之所以難以理解，重要原因是它的相圖非常複雜，隨摻雜濃度的變化，可能的基態包括反鐵磁、超導、nematic、條紋等，這些長程式不是獨立的，而是互相影響的。事實上，超導序和其它序之間存在較強的競爭關係，在一定條件下可以共存，這導致了諸多奇異的物理現象。研究序競爭有重要的科學意義，能幫助人們理解高溫超導的很多反常行為，對最終揭示高溫超導的基本物理機制有重要的推動作用。本項目研究高溫超導中的序競爭，主要是超導－反鐵磁競爭和超導－nematic競爭，因為這兩種序競爭的存在已得到越來越多實驗證據的支持。我們將對相關的眾多實驗現象進行分析，建立能較好地描述高溫超導中序競爭的有效場論模型，利用量子場論和多體理論的解析、數值計算方法，系統、深入地研究序競爭的物理性質和它導致的各種反常物理效應。

結題摘要

本項目研究高溫超導等體系中的序競爭問題。序競爭是銅氧化物高溫超導和鐵基超導體系的重要特徵，是這些超導體中很多反常現象的物理根源，對序競爭進行系統的研究，對探尋銅氧化物超導和鐵基超導的微觀配對機制有重要的指導意義。在本項目的支持下，我們深入、系統地研究了高溫超導和鐵基超導等體系中的超導-反鐵磁、超導-nematic序競爭問題，利用量子場論和量子多體理論中的微擾論、非微擾Dyson-Schwinger方程、重整化群等方法，詳細地分析了與序競爭密切相關的各種新奇物理現象，得到一系列原創的研究成果，並針對若干重要的實驗現象，給出合理的理論解釋，在國際高水平學術期刊發表多篇論文，很好地完成了項目原定的研究計畫。在銅氧化物高溫超導領域，我們從多個角度研究了超導態中的節點準粒子與nematic量子臨界漲落之間的相互作用，發現該作用能導致新型的非費米液體行為，能在特定情況下導致附加的節點準粒子超導配對，並且對超導-nematic序競爭有重要的影響。在鐵基超導領域，我們利用重整化群方法研究了超導、反鐵磁、nematic三種不同長程式之間的複雜競爭與共存關係，並利用所得到的的理論結果，統一地解釋了鐵基超導體的若干項最新實驗現象。除完成本項目原定的研究計畫，我們也充分地利用本項目的資助，結合凝聚態物理領域的最新研究進展，研究了石墨烯、外爾半金屬等新型關聯電子系統中的超導電性、激子絕緣體相變、無序效應等重要問題，揭示了庫侖相互作用和各種無序對低能物理行為的影響，也同時確定了庫侖相互作用和無序散射之間的互相影響，這些成果可幫助研究者更完整地理解這些新型半金屬體系的物理性質。