Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2002
Programm und Abstracts der Sitzung TT 10

Sr₂RuO₄: Das Modell-System eines unkonventionellen Supraleiters

•Manfred Sigrist
Theoretische Physik, ETH-Honggerberg, 8093 Zurich, Schweiz

Das Konzept der unkonventionelle Supraleitung hat eine lange Geschichte. Metalle, die solche Supraleitung aufweisen, kennt man jedoch erst seit etwa 20 Jahren. Die meisten Beispiele sind leider sehr komplexe, stark korrelierte Elektronensysteme. Mit dem Ruthenat Sr₂RuO₄ wurde jedoch vor einigen Jahren ein Modell-System entdeckt, das ein umfassendes Verständnis der unkonventionellen Supraleitung in den Bereich des Möglichen rückt.

Es zeigt sich, dass Sr₂RuO₄ in vielen Aspekten als ein metallisches Analogon des supraflüssigen ³He betrachtet werden darf. Testexperimente weisen nach, dass hier Spin-Triplett-Paarung realisiert wird, in einer Form, die der A-Phase von ³He entspricht. Diese Phase verletzt die Zeitumkehrsymmetrie und besitzt eine wohldefinierte Chiralität, was zu aussergewöhnlichen magnetischen Eigenschaften führt. Weitere charakteristische Eigenschaften dieses unkonventionellen Zustandes wurden in der inhomogenen Supraleitungsphase beobachtet, die in Proben mit Überschuss-Ru auftritt. Schliesslich wird in diesem Vortrag auch ein Ausblick auf eine mögliche umfassende Theorie der unkonventionellen Supraleitung in Sr₂RuO₄ gegeben.

Electronic theory for superconductivity in Sr₂RuO₄: triplet pairing due to spin-fluctuation exchange

•Ilya Eremin, Dirk Manske, Christian Joas und Karl Bennemann
Institut fuer Theoretische Physik, Freie Universitaet Berlin, D-14195 Berlin

Using the Hubbard Hamiltonian for the three electronic bands crossing the Fermi level in Sr₂RuO₄ we calculate the dynamical spin susceptibility c(q, w) in quantitative agreement with nuclear magnetic resonance (NMR) and inelastic neutron scattering (INS) experiments. The calculated susceptbility has two peaks at Q_i = (2p/3, 2p/3) due to nesting properties of the Fermi surface belonging to the a- and b-bands and at q_i = (0.2p, 0) due to the tendency towards ferromagnetism of the g-band. Nesting is stronger for out-of-plane c_^(q,w). Applying spin-fluctuation exchange theory for Cooper-pairing as in layered cuprates we determine from the Fermi surface topology and the elementary excitations that superconductivity in Sr₂RuO₄ consists of triplet pairing. Thus we can exclude s- and d-wave symmetry for the superconducting order parameter. We find a superconducting gap with nodes between RuO₂ planes.

Elementary excitations in high-T_c cuprates: spin fluctuations versus phonon-induced renormalization

•Dirk Manske, Ilya Eremin und Karl Bennemann
Institut für Theoretische Physik, Freie Univeristät Berlin, D-14195 Berlin

We analyze the energy- and momentum-dependence of the elementary excitations in high-T_c superconductors

w(k) = e_k - S(k, w) resulting from their coupling to spin fluctuations and to optical phonons. As a result of the self-energy S(k, w) in both cases characteristic features occur in the spectral density. The analysis of the frequency and momentum dependencies of S(k,w) allows to draw conclusions about the nature of the 'kink' feature observed recently by ARPES. We present results for the spectral density A(k, w) and for the feedback of superconductivity on the elementary excitations. These results relate also to inelastic neutron scattering and tunneling experiments and shed important light on the essential ingredients a theory of the elementary excitations in the cuprates must contain.

Pair Phase Fluctuations and the Pseudogap

•Thomas Eckl¹, Douglas J. Scalapino², Enrico Arrigoni¹ und Werner Hanke^1
1Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg, Am Hubland, D-97074 Würzburg, Germany
²Department of Physics, University of California, Santa Barbara, CA 93106-9530 USA

The single-particle density of states and the tunneling conductance are studied for a two-dimensional BCS-like Hamiltonian with a d_x²-y²-gap and phase fluctuations. The latter are treated by a classical Monte Carlo simulation of an XY model. Comparison of our results with recent scanning tunneling spectra of Bi-based high-T_c cuprates supports the idea that the pseudogap behavior observed in these experiments can be understood as arising from phase fluctuations of a d_x²-y² pairing gap whose amplitude forms on an energy scale set by T_c^MF well above the actual superconducting transition.

Electric field dependence of pairing temperature and tunneling

•Klaus Morawetz
Max-Planck-Institute for the Physics of Complex Systems, Noethnitzer Str. 38, 01187 Dresden, Germany

Using the Bethe-Salpeter equation including high electric fields, the dependence of the critical temperature on the applied field is calculated analytically. The critical temperature of pairing is shown to increase with the applied field strength. This is a new field effect and could provide an explanation of recent experiments on field induced superconductivity. From the field dependence of the Bethe-Salpeter equation, the two-particle bound state solution is obtained as a resonance with a tunneling probability analogous to the WKB solution of a single particle confined in a potential and coupled to the electrical field.

Phasenübergänge im Hubbard-Modell

•Franz Wegner und Ina Grote
Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg, Philosophenweg 19, D-69120 Heidelberg

Eine mittels Flussgleichungen für das Hubbard-Modell berechnete effektive Hartree-Fock-Bogoliubov-Wechselwirkung wird auf symmetriebrechende Instabilitäten untersucht. Obgleich nur Beiträge zweiter Ordnung in U berücksichtigt wurden, treten die erwarteten Instabilitäten auf.

Der Beitrag zweiter Ordnung schwächt die Tendenz zum antiferromagnetischen Übergang. Abgesehen von diesem Phasenübergang, der nahe halber Füllung möglich ist, ist häufig eine d-Wellen Pomeranchuk-Instabilität, die den Übergang in eine rhomboedrische Phase begünstigt, die stärkste. Im BCS-Kanal erweist sich die d_x²-y²-Instabilität am stärksten. Es werden auch eine p-Welleninstabilität, die zu einer Bandaufspaltung ohne Lücke führt, und die Flussphasen-Instabilität gefunden.

(cond-mat/0106604)

Flußgleichungen für Hamiltonoperatoren bei endlicher Temperatur

•Ina Grote und Franz Wegner
Institut für Theoretische Physik, Ruprecht-Karls-Universität, Philosophenweg 19, D-69120 Heidelberg

Die Methode der Flußgleichungen von F. Wegner zur kontinuierlichen Diagonalisierung eines Vielteilchenhamiltonoperators wird für endliche Temperaturen erweitert. Dabei wird eine Eliminationsfunktion eingeführt, die so definiert ist, daß sie für Diagonalbeiträge verschwindet und groß ist für Terme, deren Energiedifferenz der zugehörigen Teilchen groß ist. Zum einen wird dadurch festgelegt, in welcher Reihenfolge die außerdiagonalen Terme transformiert werden, zum anderen ermöglicht der Zugang zum Generator über die Eliminationsfunktion eine Wahl der Terme, die als diagonal angesehen werden, die auch bei endlichen Temperaturen wohldefiniert ist.

Wir benutzen diese Methode, um den Hamiltonoperator des Hubbardmodells in eine Hartree-Fock-Bogoliubov-Wechselwirkung zu transformieren und sein Verhalten bzgl. Supraleitung zu untersuchen.

Low energy behaviour of quasiparticles in superconductors with p-wave symmetry

•Corinna Kollath^1,2 und Martin R. Zirnbauer^1
1Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln
²Sektion Physik, LMU München

We investigate a model for quasiparticles in a gapped disordered superconductor with p-wave symmetry. In such a superconductor two topologically distinct phases exist [1]. The low energy density of states of the quasiparticles close to a domain wall between these two phases is investigated by field theoretical methods, in the random matrix limit. A model for the quasiparticles in a vortex can be gained by considering a circular domain wall [2]. In particular we are interested in the existence of a zero energy state which was found by quasiclassical considerations in the vortex of a clean p-wave superconductor [2,3].

[1] G.E. Volovik 1988 Sov. Phys. JETP 67 1804

[2] N. Read and D. Green 2000 Phys.Rev. B61 10267

[3] G.E. Volovik 1999 JETP Lett. 70 609-614

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Zuletzt geändert am 14.11.2002

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