三角晶格上的双轨道t-J模型中的S波对配对：对Pb$\_{10-x}$Cu$\_x$(PO$\_4$)$\_6$O的可能应用
摘要：LK99中声称存在室温超导体Pb$\_{10-x}$Cu$\_x$(PO$\_4$)$\_6$O (也称为LK-99)，其中$x$取$(0.9,1.1)$。密度泛函理论（DFT）的计算表明，导电电子来自掺杂的Cu原子，其价态接近$d^{9}$。受此图像的启发，我们在由$d_{xz}$和$d_{yz}$轨道形成的三角晶格上建立了一个双轨道Hubbard模型，其中总空穴密度（自旋和轨道求和）为$n=1-p$。当$p=0$时，该模型中的系统处于Mott绝缘体态。当$p>0$时，我们推导出一个$t-J$模型，并进行自洽的自旋奴隶玻色子平均场计算。有趣的是，我们发现s波配对，与单轨道t-J模型偏爱$d+id$配对形成对比。S波配对对杂质更加稳健，并且可能在$t$和$J$的足够大的情况下导致高$T_c$超导体。然而，DFT计算预测$t$的值很小，因此$T_c$预计也很小。如果LK99真的是高$T_c$超导体，则需要超出当前模型的其他因素。我们推测，掺杂的Cu原子可能会扭曲原始晶格，并形成具有较小Cu-Cu距离和较大$t$和$J$值的局域团簇。在这些团簇内部，我们可以局部应用t-J模型进行计算，并期望高$T_c$的s波超导体。然后，超导岛互相耦合，最终可能形成全局超导体、绝缘体或甚至是异常金属，这取决于样品的细节。
作者：Hanbit Oh, Ya-Hui Zhang
论文ID：2308.02469
分类：Superconductivity
分类简称：cond-mat.supr-con
提交时间：2023-08-07