Naslov (eng)

Magnetic impurities in superconductors: subgap states in quantum dots and effects of periodic local moments: doctoral disertation : doctoral dissertation

Autor

van Gerven, Willem-Victor, 1986-, 67907849

Doprinosi

Tanasković, Darko, 1971-, 68288265
Spasojević, Đorđe, 1958-, 15328359
Popović, Zorica, 1976-, 68288521
Balaž, Antun, 1973-, 13695591

Opis (eng)

Magnetic impurities can at low temperatures significantly change the physical properties of seemingly ordinary metals. In minuscule amounts (parts-per-million) local moments cause anomalies in the transport and thermodynamic properties of metals such as gold or copper. In the stoichiometric compounds periodic local moments of rare earth ions can cause a strong renormalization of the Fermi liquid resulting in heavy-fermion materials. Additional complexity arises if the bulk is in a conventional superconducting phase. In this case, competition arises between the singlet Cooper pair formation and screening of the magnetic impurity—the Kondo effect. New possibilities in terms of fabrication and experimental techniques like Scanning Tunneling Microscopy (STM) have sparked renewed interest in the topic of the effects of impurities in condensed matter—in particular on superconductors due to their potential in industrial applications such as quantum spintronics and quantum computing. Local effects of impurities have become increasingly resolvable. Hence, theoretical work addressing what can be observed in situ with a focus on nano length scales is gaining appreciable interest. Important questions with regards to systems of magnetic impurities on top of superconductors are to what extent quantum fluctuations introduce deviations from what is known from classical spins, and what is the signature of inter-impurity coupling on the sub-gap bound states and/or bands. Secondly, the driving mechanism of unconventional superconductivity in the high-Tc heavy-fermion superconductors remains a puzzling question, with both s-wave as well as nodal order parameters being reported. In light of the recent surge in interest in the interplay between magnetic impurities and superconductors, this thesis will look at two theoretical models using state-ofthe-art numerical methods employed in the field of theoretical condensed-matter research in the strongly-correlated regime. Being that these systems are in the stronglycorrelated regime, it necessitates the application and development of new numerical techniques for yielding novel insights. We shall first investigate a model where a single impurity is placed on top of an s-wave superconducting thin-film substrate, placed parallel along an external Zeeman field. The effect of the Zeeman field on a thin-film is that of a splitting of the density vof states per spin (so-called spin-split superconductors), and before our work it was not know what was the effect of the Zeeman field on the in-gap states which are the result of the proximity effect between superconducting substrate and impurity. We solve the impurity problem using the Numerical Renormalization Group impurity solver, an advanced numerical method allowing for access to spectral functions at arbitrarily small energy scales near the Fermi level. This enables us to study the spectral properties of the in-gap states as a function of field strength, alignment and coupling of the impurity to the substrate...

Opis (eng)

Physics - Condensed matter physics / Fizika - Fizika kondenzovane materije Datum odbrane: 30.12.2020.

Opis (srp)

Magnetne neˇcisto´ce mogu na niskim temperaturama da znaˇcajno promene fiziˇcka svojstva po svemu drugom obiˇcnih metala. Ve´c pri malim koncentracijama (jedan u milion) lokalni magnetni momenti dovode do anomalija u transportnim i termodinamiˇckim svojstvima metala poput zlata ili bakra. U stehiometrijskim jedinjenjima periodiˇcni lokalni momenti jona retkih zemalja mogu da dovedu do jake renormalizacije Fermijeve teˇcnosti u jedinjenjima koja nazivamo teˇski fermioni. Dodatni efekti se javljaju u materijalima koji su ˇcistom stanju konvencionalni supravodnici. U ovom sluˇcaju nastaje kompeticija izmedu formiranja singletnih Cooper-ovih parova i ekrani- - ranja magnetne neˇcisto´ce, odnosno Kondo efekta. Nove mogu´cnosti u fabrikaciji uzoraka i u mernim eksperimentalnim tehnikama kao ˇsto je skeniraju´ca tunelna mikroskopija (STM) dovele su do obnovljenog interesovanja za efekte neˇcisto´ca. Od posebnog znaˇcaja je uticaj neˇcisto´ca na superprovodnike zbog potencijalnih primena u spintronici i kvantnom raˇcunarstvu. Lokalni efekti neˇcisto´ca mogu sve bolje da se okarakteriˇsu u eksperimentima. Otuda teorijske studije koje prouˇcavaju efekte neˇcisto´ca na nanoskali postaju sve zastupljenije. Vaˇzna pitanja u vezi sa magnetnim neˇcisto´cama na povrˇsini superprovodnika su u kojoj meri kvantne fluktuacije uvode odstupanja od rezultata koji su dobijeni prouˇcavanjem efekata klasiˇcnih spinova i kakav je efekat kuplovanja izmedu neˇcisto´ca na - vezana stanja unutar energijskog procepa. Takode, otvoreno je i pitanje mehanizma - nekonvencionalne superprovodnosti u jedinjenjima teˇskih fermiona, gde su nedavni eksperimentalni rezulatati ukazali na mogu´cnost superprovodnog sparivanja s, a ne dtipa. U svetlu ovih istraˇzivanja, ova disertacija ´ce se fokusirati na dva teorijska modela koriste´ci za njihovo reˇsavanje savremene numeriˇcke metode iz fizike jako korelisanih sistema. U prvom delu disertacije prouˇcavamo model sa jednom neˇcisto´com na povrˇsini tankog superprovodnika u spoljaˇsnjem Zeeman-ovom magnetnom polju koje je paralelno ravni superprovodnika. Zeeman-ovo polje paralelno superprovodniku dovodi do pomeraja u gustini stanja, odnosno superprovodnog procepa, u zavisnosti od projekcije spina. Cilj rada je da se odredi uticaj Zeeman-ovog polja na vezana stanja unutar superprovodnog procepa koja nastaju usled neˇcisto´ca. Problem neˇcisto´ce reˇsavamo viiimetodom numeriˇcke renormalizacione grupe koja omoguc´ava da odredimo spektralne funkcije na proizvoljno malim energijskim skalama blizu Fermi nivoa. Ovo nam omogu- ´cava da odredimo spektralne funkcije unutar superprovodnog procepa u funkciji jaˇcine polja i njegovog pravca, kao i jaˇcine kuplovanja neˇcisto´ce i superprovodnog supstrata. Nalazimo da poloˇzaji rezonanci, odnosno energije vezanih stanja, zavise od odnosa g-faktora u superprovodniku i neˇcisto´ci. Ispravno tretiranje efekata spina je posebno vaˇzno poˇsto vrednost g-faktora moˇzemo da podeˇsavamo modifikovanjem uzorka ili primenom napona na spoju. U odsustvu spin-orbitne interakcije spin je oˇcuvan i nalazimo da se rezonanca ne ˇsiri ˇcak iako se preklopi po energiji sa kontinuumom stanja suprotnog spina. Medutim, prisustvo spin-orbitnog sprezanja (koje modeliramo do- - daju´ci popreˇcnu komponentu magnetnog polja) dovodi do ˇsirenja rezonance. Odredili smo (B, ∆) fazni dijagram modela (B je magnetno polje, a ∆ superprovodni procep), tj. odredili smo granicu izmedu singletnih i dubletnih stanja za razliˇcite vrednosti - g-faktora...

Jezik

engleski

Datum

2020

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-SA 2.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Deliti pod istim uslovima 2.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Fizika čvrstog tela

strongly correlated systems, superconductivity, Yu-Shiba-Rusinov states,periodic Anderson model

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Fizika čvrstog tela

jako korelisani sistemi, superprovodnost, Ju-Siba-Rusinov stanja, pe- ˇriodiˇcni Andersonov model