超导和铁磁共存问题的研究

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本文主要研究了最近在实验上UGe2中发现的不寻常的铁磁和超导共存现象,包括前言和三个部分。 在前言中,我们介绍了UGe2这类材料的结构和性质,给出了实验中的铁磁和超导共存的压力相图,同时对已有的关于铁磁和超导共存现象的理论作了综述,指出了目前的理论还不能很好的描述实验现象。 第一部分我们研究了在各项同形的准二维系统中,采用双参数模型时铁磁和超导共存的可能性以及序参数的性质。我们首先计算了在s-wave配对的情况下,超导能隙和磁化强度随参数的变化情况以及对稳定性做了判断。计算结果指出,虽然序参数的行为类似于实验现象,但是由于这种共存态的能量高于其他可能的正常铁磁态和纯的超导态,s-wave配对是不稳定的。我们把哈密顿扩展到p-wave配对,发现从能量的角度看p-wave配对是可以存在的,但是序参数行为的研究指出超导能隙对磁化强度的单调依赖不符合实验结果。因此在各向同性的准二维系统中二参数模型是不适合描述UGe2的。 第二部分我们考虑了UGe2的特殊晶格结构,采用了各向异性的准二维能带结构。首先我们指出同样由于共存态的能量高于相应的其他可能态,s-wave的配对还是不可能存在的。在对p-wave配对情况的理论计算,我们成功的解释了铁磁态的跃变,重现了超导序对铁磁序的非单调依赖关系,我们得到了同实验接近的超导能隙,并且发现超导配对只在同磁化强度方向平行的电子之间发生,另外一种平行电了不发生配对,从而给出了比热系数的合理解释。我们指出了UGe2的超导和铁磁共存的现象可能是由它的特殊结构导致的。 最后一部分我们考虑到超导性和铁磁性都源于相同的巡游电子,建立了一个巡游的Heisenberg模型,通过对交换项的处理同时得到了铁磁序和超导序。超导能隙不仅表现出类似实验的非单调性,并且在铁磁态的值远大于顺磁态的值,解决了前面理论工作中的顺磁态超导序和铁磁态超导序大小差不多的问题。超导能隙的大小也较好地符合了实验。由于自旋涨落的RPA修正消除了态密度的VanHove奇异性,我们避免了铁磁序的不连续。通过对跳迁项参数t和交换项参数J的合理估计,我们给出的压力相图也较好的符合了实验。
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