Аннотация:
Обсуждаются механизмы нетрадиционной сверхпроводимости и сверхтекучести в трёхмерных и двумерных ферми-системах малой плотности с чисто отталкивательным взаимодействием. Приведены фазовые диаграммы этих систем и определены области сверхпроводящего спаривания в свободном пространстве и на решётке в модели ферми-газа с отталкиванием, модели Хаббарда, модели Шубина – Вонсовского и t−J-модели. Продемонстрирована возможность резкого усиления критической температуры перехода в сверхпроводящую фазу уже при малой плотности фермионов в спин-поляризованном случае и в двухзонной ситуации. Представленная теория, которая основывается на механизме Кона – Латтинжера и его обобщениях, может объяснить или предсказать аномальную сверхпроводимость с р-, d- и f-спариванием в различных материалах и системах, включая высокотемпературные сверхпроводники, идеализированные монослой и бислой легированного графена, тяжелофермионные и органические сверхпроводники, сверхтекучий 3He, спин-поляризованные растворы 3He в 4He, а также ультрахолодные квантовые газы в магнитных ловушках и на оптических решётках.
Ключевые слова:
аномальная сверхпроводимость, механизм Кона – Латтинжера, фермионная сверхтекучесть, ферми-газ с отталкиванием, модель Хаббарда и t−−J-модель, модель Шубина – Вонсовского, монослой графена, бислой графена.
Стипендия Президента РФ молодым ученым и аспирантам
СП-1361.2015.1
Работа поддержана РФФИ (гранты 14-02-00058 и 14-02-31237). М.Ю.К. благодарит за поддержку Программой фундаментальных исследований Национального исследовательского университета “Высшая школа экономики”. Работа М.М.К. поддержана стипендией Президента РФ (СП-1361.2015.1) и Фондом “Династия”.
Поступила:15 мая 2015 г. Одобрена в печать: 9 июня 2015 г.
Образец цитирования:
М. Ю. Каган, В. А. Мицкан, М. М. Коровушкин, “Аномальная сверхпроводимость и сверхтекучесть в фермионных системах с отталкиванием”, УФН, 185:8 (2015), 785–815; Phys. Usp., 58:8 (2015), 733–761
V M Silkin, D V Efremov, M Yu Kagan, “Doping dependence of low-energy charge collective excitations in high-Tc cuprates”, Phys. Scr., 100:4 (2025), 045943
Ahmet Keles, Xiaopeng Li, Erhai Zhao, “Pairing from repulsion in a two-dimensional Fermi gas with soft-core interactions”, Phys. Rev. B, 109:5 (2024)
Maxim Yu. Kagan, Kliment I. Kugel, Alexander L. Rakhmanov, Artem O. Sboychakov, Springer Series in Solid-State Sciences, 201, Electronic Phase Separation in Magnetic and Superconducting Materials, 2024, 203
Maxim Yu. Kagan, Kliment I. Kugel, Alexander L. Rakhmanov, Artem O. Sboychakov, Springer Series in Solid-State Sciences, 201, Electronic Phase Separation in Magnetic and Superconducting Materials, 2024, 49
Maxim Yu. Kagan, Kliment I. Kugel, Alexander L. Rakhmanov, Artem O. Sboychakov, Springer Series in Solid-State Sciences, 201, Electronic Phase Separation in Magnetic and Superconducting Materials, 2024, 289
Maxim Yu. Kagan, Kliment I. Kugel, Alexander L. Rakhmanov, Artem O. Sboychakov, Springer Series in Solid-State Sciences, 201, Electronic Phase Separation in Magnetic and Superconducting Materials, 2024, 335
М. Ю. Каган, С. В. Аксенов, А. В. Турлапов, Р. Ш. Ихсанов, К. И. Кугель, Е. А. Мазур, Е. А. Кузнецов, В. М. Силкин, Е. А. Буровский, “Образование капель параметра порядка и сверхпроводимость в неоднородных Ферми–Бозе смесях (Миниобзор)”, Письма в ЖЭТФ, 117:10 (2023), 754–764; M. Yu. Kagan, S. V. Aksenov, A. V. Turlapov, R. Sh. Ikhsanov, K. I. Kugel, E. A. Mazur, E. A. Kuznetsov, V. M. Silkin, E. A. Burovski, “Formation of droplets of the order parameter and superconductivity in inhomogeneous Fermi–Bose mixtures (brief review)”, JETP Letters, 117:10 (2023), 755–764
A. O. Zlotnikov, “Majorana vortex modes in spin-singlet chiral superconductors with noncollinear spin ordering: Local density of states study”, Phys. Rev. B, 107:14 (2023)
Areg Ghazaryan, Tobias Holder, Erez Berg, Maksym Serbyn, “Multilayer graphenes as a platform for interaction-driven physics and topological superconductivity”, Phys. Rev. B, 107:10 (2023)
Huijia Dai, Runyu Ma, Xiao Zhang, Ting Guo, Tianxing Ma, “Quantum Monte Carlo study of superconductivity in rhombohedral trilayer graphene under an electric field”, Phys. Rev. B, 107:24 (2023)
Ammar Jahin, Yuxuan Wang, “Higher-order topological superconductivity in monolayer
WTe2
from repulsive interactions”, Phys. Rev. B, 108:1 (2023)
В. В. Вальков, М. С. Шустин, С. В. Аксенов, А. О. Злотников, А. Д. Федосеев, В. А. Мицкан, М. Ю. Каган, “Топологическая сверхпроводимость и майорановские состояния в низкоразмерных системах”, УФН, 192:1 (2022), 3–44; V. V. Val'kov, M. S. Shustin, S. V. Aksenov, A. O. Zlotnikov, A. D. Fedoseev, V. A. Mitskan, M. Yu. Kagan, “Topological superconductivity and Majorana states in low-dimensional systems”, Phys. Usp., 65:1 (2022), 2–39
Yi-Zhuang You, Ashvin Vishwanath, “Kohn-Luttinger superconductivity and intervalley coherence in rhombohedral trilayer graphene”, Phys. Rev. B, 105:13 (2022)
В. В. Вальков, Д. М. Дзебисашвили, М. М. Коровушкин, А. Ф. Барабанов, “Спин-поляронная концепция в теории нормального и сверхпроводящего состояний купратов”, УФН, 191:7 (2021), 673–704; V. V. Val'kov, D. M. Dzebisashvili, M. M. Korovushkin, A. F. Barabanov, “Spin-polaron concept in the theory of normal and superconducting states of cuprates”, Phys. Usp., 64:7 (2021), 641–670
Kagan M.Yu. Kugel I K. Rakhmanov A.L., “Electronic Phase Separation: Recent Progress in the Old Problem”, Phys. Rep.-Rev. Sec. Phys. Lett., 916 (2021), 1–105
Kirchanov V.S., “Temporal Dynamics of Spin-Fermion Model in Cu2O”, Russ. Phys. J., 64:3 (2021), 491–495
Areg Ghazaryan, Tobias Holder, Maksym Serbyn, Erez Berg, “Unconventional Superconductivity in Systems with Annular Fermi Surfaces: Application to Rhombohedral Trilayer Graphene”, Phys. Rev. Lett., 127:24 (2021)
T. Li, J. Ingham, H. D. Scammell, “Artificial graphene: unconventional superconductivity in a honeycomb superlattice”, Phys. Rev. Res., 2:4 (2020), 043155
М. Ю. Каган, А. В. Турлапов, “Кроссовер БКШ–БЭК, коллективные возбуждения и гидродинамика сверхтекучих квантовых жидкостей и газов”, УФН, 189:3 (2019), 225–261; M. Yu. Kagan, A. V. Turlapov, “BCS–BEC crossover, collective excitations, and hydrodynamics of superfluid quantum liquids and gases”, Phys. Usp., 62:3 (2019), 215–248
H. Allami, O. A. Starykh, D. A. Pesin, “Superfluid-insulator transition and the bec-bcs crossover in the rashba moat band”, Phys. Rev. B, 99:10 (2019), 104505