Phase transitions and phase frustration in multicomponent superconductors

Tid: Fr 2019-09-27 kl 13.00

Plats: FB52, Roslagstullsbacken 21, Stockholm (English)

Ämnesområde: Fysik

Respondent: Daniel Weston , Kondenserade materiens teori

Opponent: Professor Ilya Eremin, Ruhr-Universität Bochum

Handledare: Egor Babaev, Statistisk fysik; Mats Wallin, Fysik, Tillämpad fysik

Abstract

Multikomponentsupraledare beskrivna av flera komplexa materiefält har egenskaper radikalt olika de hos deras motsvarigheter med en komponent. Exempel på detta är delvis ordnade faser samt spontan brytning av tidsinversionssymmetri på grund av frustration mellan Josephsonkopplade komponenter. Nya experimentella resultat gör sådan symmetribrytning till ett ämne av centralt intresse inom supraledning. Gaugeteorier med flera komponenter förekommer som effektiva teorier exempelvis för kvantmekaniska antiferromagneter, och är således av intresse väl bortom supraledning. Egenskaperna hos fasövergångarna i dessa modeller är av stor betydelse inom modern fysik, men förblir ändå bristfälligt förstådda. Dessa modeller och fenomen studeras teoretiskt i denna avhandling, främst genom storskaliga Monte Carlo-simuleringar.Supraledande s+is-tillstånd har nyligen beskrivits för supraledare med N = 3 komponenter. Det nya med dessa tillstånd är att de bryter tidsinversionssymmetri på grund av frustrerade kopplingar mellan komponenter. I den första artikeln betraktar vi huruvida det kan finnas nya tillstånd i Ginzburg-Landau-modeller med N komponenter och bilinjära Josephsonkopplingar då N >= 4. Vi finner att dessa modeller har nya tillstånd förknippade med kontinuerliga grundtillståndsdegenerationer som inte ges av en symmetri. Vi visar också att de möjliga kombinationerna av tecken på kopplingarna kan för godtyckligt N delas in i ekvivalensklasser på ett sätt som är relaterat till det grafteoretiska begreppet Seidel-växling.I den andra artikeln betraktar vi fluktuationseffekter hos modeller av SU(N)-symmetriska supraledare. Vi visar att det finns en ny typ av parad fas som ges av mångfaldigande av icke-topologiska virvlar för N = 3 och 4, samt att trots avsaknaden av topologiskt stabila virvlar kan dessa system bilda virvelgitter i externt magnetfält; dessa gitter är inte enkla hexagonala gitter och skiljer sig åt mellan komponenter.In den tredje artikeln betraktar vi fluktuationseffekter hos Londonmodeller av U(1)^N-symmetriska supraledare. Dessa modeller är av centralt intresse på grund av teorin om frigjord kvantkritikalitet, enligt vilken sådana gaugeteorier kan beskriva fasövergångar bortom Ginzburg-Landau-Wilson-paradigmet. De direkta övergångarna från helt ordnade till oordnade faser har rapporterats vara kontinuerliga för N = 1 och N = 183, och diskontinuerliga för N = 2. Egenskaperna hos fasövergångarna för små N är en öppen fråga. Vi visar att graden av diskontinuitet ökar med N, åtminstone för små N, samt att övergångarna från parade faser till helt oordnade faser kan vara diskontinuerliga. Både dessa resultat står i kontrast till tidigare förväntningar.I den fjärde och sista artikeln rapporterar vi den första experimentella observationen av ett materietillstånd med en ordningsparameter av fjärde ordningen i fermioniska fält: en bosonisk Z_2-metall, i vilken tidsinversionssymmetri är bruten på grund av partiellt ordnade Cooperpar trots att supraledande ordning saknas. Genom att betrakta fluktuationseffekter hos fasfrustrerade Ginzburg-Landau-modeller med tre komponenter begränsar vi de modeller som kan användas för att beskriva materialet i fråga. Vi ger även ett exempel på förekomsten av denna atypiska fas i en typ-2 Ginzburg-Landau modell i yttre magnetfält, trots frånvaron av denna fas i avsaknad av yttre fält.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-256579

Innehållsansvarig:Kerstin Gustafsson
Tillhör: Skolan för teknikvetenskap (SCI)
Senast ändrad: 2019-09-03