O isolamento do grafeno há mais de uma década transformou a paisagem da física da matéria condensada, como a espessura de um único átomo, o material bidimensional exibiu cristal e alta qualidade eletrônica para representar uma classe conceitualmente nova de materiais quânticos. Físicos e engenheiros já exploraram uma vasta família de cristais bidimensionais conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), nos quais os elétrons existem em camadas com isolamento, propriedades condutoras ou semicondutoras, embora pouca atenção tenha sido direcionada para investigar a supercondutividade nos cristais 2-D. O trabalho em andamento no campo continua a fornecer um terreno surpreendentemente fértil para aplicações em física de baixa dimensão.

Descobertas recentes em alta T _c supercondutores resultaram em um intenso interesse em uma "onda de densidade de par" (PDW) formada em pares de Cooper (um par de elétrons ligado a baixas temperaturas), embora haja pouco conhecimento teórico sobre os mecanismos de condução desse estado exótico. A complexidade resulta dos muitos estados concorrentes que estão em energia próxima na região fortemente correlacionada dentro de modelos e fenômenos aparentemente simples, como o modelo de Hubbard, ímãs frustrados e supercondutores de alta temperatura. Em um estudo recente, Jordan Venderley e Eun-Ah Kim na Universidade Cornell, Nova york, mostraram que a quebra de simetria de inversão e o bloqueio de vale de rotação resultante poderiam promover PDWs para superar as faixas de rotação e carga mais comumente encontradas por meio da frustração contra a ordem magnética. O estudo detalhou a primeira evidência robusta para um PDW na renormalização da matriz de densidade de um modelo fermiônico simples via simulação de grupo. Os resultados apontaram para uma possibilidade intrigante de o estado exótico ocorrer em dichalcogenetos de metais de transição (TMDs) dopados com furo do grupo VI com estrutura de banda bloqueada de vale de spin e correlações moderadas. Os resultados agora são publicados em Avanços da Ciência .

Supercondutores de alta temperatura (abreviado como high-T _c ) são materiais que se comportam como supercondutores em temperaturas de transição extremamente altas. A primeira evidência experimental de supercondutores foi descoberta por J.G. Bednorz e K.A. Müller no Laboratório de Pesquisa de Zurique da IBM em 1986, pelo qual receberam o Prêmio Nobel de Física em 1987. Desenvolvimentos experimentais e teóricos recentes reviveram a ideia de um estado supercondutor regulado ou modulado que quebra espontaneamente a simetria translacional. Os primeiros esforços na regulação de supercondutores mantiveram de perto os princípios do modelo original Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnkov (FFLO), proposto em 1964. Uma proposta alternativa para um estado pareado modulado para cupratos (materiais contendo complexos aniônicos de cobre) requer um mecanismo de acoplamento forte, conhecido como onda de densidade de par (PDW), que é diferente dos supercondutores do tipo FFLO.

A necessidade existente de um forte mecanismo de acoplamento levou os físicos a buscarem o estado PDW em simulações numéricas. A evidência atual de um PDW no grupo de renormalização da matriz de densidade (DMRG) foi estabelecida apenas no modelo unidimensional (1D) de Kondo-Heisenberg. A evidência numérica da abordagem controlada do DMRG é, Contudo, carente de modelos fermiônicos simples. Uma dificuldade característica em perceber tal estado é devido à presença de spin e estados de base de faixa de carga em vez do estado PDW em um modelo de Hubbard ou t-J em uma rede quadrada com simetria de rotação aberta. O modelo t-J, derivado pela primeira vez do modelo Hubbard por Josef Spalek em 1977, descreveu sistemas de elétrons fortemente correlacionados para calcular estados de supercondutividade de alta temperatura em antiferroímãs dopados (compostos de alguns átomos de Fe em uma superfície exibindo dois estados magnéticos).

Embora existam muitos modelos em diferentes ramos da física, o modelo de Hubbard é um artifício icônico e simples da física da matéria condensada teórica que captura o comportamento de elétrons correlacionados em sólidos conforme eles saltam entre os locais da rede. No presente estudo, Venderley e Kim, portanto, se voltaram para um modelo de Hubbard e esperavam que a frustrante ordem de spin magnético levasse os sistemas a um estado PDW em uma rede triangular frustrada com simetria de inversão quebrada. O modelo capturou os TMDs do grupo IV de monocamada dopada com furo, usados ​​como sistemas de referência para estudar e controlar pedidos eletrônicos interligados, alimentado por possibilidades exóticas impulsionadas pelo acoplamento spin-órbita (SOC) e uma falta de centrossimetria, ao lado da supercondutividade, conforme observado em estudos anteriores.

O DMRG (grupo de renormalização da matriz de densidade) é um método não perturbativo poderoso usado para estudar sistemas eletrônicos que interagem fortemente e explorar uma seleção diversa de sistemas fortemente correlacionados, fenômenos quânticos concorrentes. A técnica DMRG foi estabelecida na última década como o método líder para simular estática e dinâmica de sistemas de rede quântica unidimensional, com potencial para um maior desenvolvimento. Para acessar as tendências supercondutoras do sistema, Venderley e Kim implementaram um campo de ponta de par motivado pela abordagem de pinning de campo, que estão subjacentes a vários estudos anteriores. Eles enviesaram o sistema para um estado supercondutor específico e estudaram a simetria emergente do parâmetro de ordem apropriado no bulk para deduzir a inclinação do modelo para várias instabilidades.

Os cientistas conduziram os cálculos DMRG e simulações DMRG em sistemas bidimensionais usando a biblioteca iTensor desenvolvida por Stoudenmire e White. Eles apresentaram as simulações DMRG em um cilindro com células de três unidades na direção periódica e 12-, 18-, Células de 24 e 36 unidades na direção não periódica. A largura da simulação foi suficientemente grande para amostrar os bolsos na superfície do Fermi, mas não tão grande a ponto de tornar o DMRG proibitivamente caro para os recursos computacionais no laboratório.

Para capturar as superfícies de Fermi bloqueadas por vale de spin em um modelo de banda nos TMDs do grupo de valência VI, os cientistas consideraram um modelo de ligação forte do vizinho mais próximo na superfície de Fermi, onde o fluxo magnético introduziu pequenas quantidades de anisotropia nos bolsos, análogos aos observados em materiais semicondutores reais, como MoS ₂ , seguido pela inclusão de interações no local. No presente trabalho, a simulação DMRG revelou inesperadamente uma tendência de quebrar a simetria translacional no regime de interação repulsiva para formar um estado de par modulado, após o que os cientistas observaram evidências da formação e manutenção de oscilações PDW robustas, apesar das mudanças (aumento) no potencial químico simulado. Esta observação de Venderley e Kim foi o primeiro relatório de um forte PDW orientado por acoplamento em simulações DMRG de um modelo fermiônico simples. As oscilações de fase traçadas neste estudo, assemelhava-se fortemente ao comportamento do tipo PDW relatado no modelo 1D Kondo-Heisenberg anterior.

Venderley e Kim então Fourier transformaram essas oscilações para sugerir que o momento infinito dos pares de Cooper se originou da interação entre os bolsos de Fermi. Essa visão foi reforçada quando eles investigaram o efeito de aumentar o potencial químico no estudo (o que diminuiu o raio da bolsa). Eles então capturaram oscilações na força de emparelhamento do singlete e na densidade de carga da ligação para mostrar que ambas as ordens eram dominadas pelo mesmo modo de Fourier.

Desta maneira, Venderley e Kim usaram DMRG para estudar tendências supercondutoras de um repulsivo você Modelo de Hubbard em uma rede triangular com bloqueio de vale de spin. Eles investigaram as tendências para revelar o diagrama de fase supercondutor complexo do modelo com estados supercondutores de quebra de simetria translacional; possivelmente em competição com um estado uniforme. Enquanto os pesquisadores estão interessados ​​em modular estados supercondutores, o observado foi o primeiro relato de um forte PDW acionado por acoplamento formado em um modelo fermiônico simples. Venderley e Kim pretendem investigar se o estado PDW observado pode ser encontrado em uma configuração verdadeiramente 2-D usando uma técnica numérica diferente, como a teoria de incorporação de matriz de densidade que mostrou resultados de alta qualidade em modelos de Hubbard 2-D.

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