新型非常规超导材料中配对对称性及相关问题的理论研究

Unconventional superconductivity is an important research area of condensed matter physics. In recent years, there have been a lot of important progresses in this area, such as the discovery of iron-based superconductors. In this project, we will use the random phase approximation to study the pairing symmetries of several new-type unconventional superconducting materials. The systems to be studied include a part of iron-selenide superconductors, the newly discovered quasi-one-dimensional iron-based superconductors, the newly discovered three-dimensional and quasi-one-dimensional Cr(Mn)-based superconductors, the newly predicted Co(Ni)-based high-Tc superconductors, and Kane-Mele Hubbard model. We will study their pairing symmetries, superconducting critical temperatures, and the dependence of these properties upon doping, pressure, and the strength of the spin-orbital coupling. Based on these studies, we will explain the related experimental results, predict the possible topological superconducting states, etc. The present project is of great significance to understand the mechanism of unconventional superconductivity comprehensively, and to explore the new unconventional superconductors, and even new high-Tc superconductors.

非常规超导是凝聚态物理学的一个重要的研究领域。近年来，该领域取得了如铁基高温超导体的发现等一系列重要进展。本项目以多种新型非常规超导材料与相关模型为研究对象，采用无规相近似方法，对其超导配对对称性等相关问题进行研究。我们拟研究的体系包括部分铁硒化物超导体，最新发现的准一维铁基超导体，最新发现的三维与准一维铬(锰)基超导体，最新被预言的钴(镍)基高温超导体，以及Kane-Mele Hubbard模型。我们将研究这些体系的配对对称性，超导临界温度，及二者随掺杂浓度、压强、自旋轨道耦合强度的变化规律。在此基础上，我们还将解释相应的实验结果，预言可能存在的拓扑超导态，等等。本项目对全面理解非常规超导的机理，探索新的非常规超导体、甚至高温超导体都具有重要意义。

非常规超导是凝聚态物理学的一个重要的研究领域。近年来，该领域取得了如铁基高温超导体的发现等一系列重要进展。本项目以多种新型非常规超导材料与相关模型为研究对象，采用无规相近似方法，对其超导配对对称性等相关问题进行研究。本项目已完成并已在SCI学术期刊发表的研究内容包括: 首先，我们对在凝聚态物理学界引起轰动的魔角双层石墨烯中的高温超导进行了研究，并首次提出了该体系中交换密度波涨落的超导配对机理。基于此观点，我们对材料的超导与磁性作了系统的理论计算，得到的结果与实验观测在多个方面定性符合。第二，我们对著名超导材料Sr2RuO4中的超导配对对称性进行了研究，发现在现实的大相互作用参数下，该体系具有偶宇称的配对对称性。第三，我们对超导材料KCr3As3中的超导电性进行了研究，并发现在比较现实的相互作用下，体系应处于s±波超导态。该偶宇称超导态与更早被研究的K2Cr3As3中的p波超导态可由相关的相敏实验区分。第四，我们对被预言的YNiO3中的拓扑超导电性进行了研究，并确认了其具有d+id波的拓扑超导电性的预言。以上研究成果都已发表在Top 级别的国际学术期刊上。另外，本项目还在投稿或准备阶段的研究内容包括: 第一，我们通过对K2Cr3As3等近期发现的超导材料的研究，发现了一类新的对称保护的拓扑超导电性，并给出了其拓扑不变量的计算公式。该拓扑不变量的非零值将导致完全平坦的表面能带。该表面能带不依赖于体节线的存在，甚至可以覆盖整个表面布里渊区。另外，我们还研究了最新被预言的超导材料La2Ni2Se2O3中的配对对称性，并发现了其对掺杂类型的依赖关系。我们的研究成果对近年来新发现的一系列新型超导材料性质的确定及可能的应用都具有一定的指导意义。