Theory of surface spectroscopy for noncentrosymmetric superconductors

We study noncentrosymmetric superconductors with the tetrahedral $T_d$, tetragonal $C_{4v}$, and cubic point group $O$. The order parameter is computed self-consistently in the bulk and near a surface for several different singlet to triplet order parameter ratios. It is shown that a second phase transition below $T_c$ is possible for certain parameter values. In order to determine the surface orientation's effect on the order parameter suppression, the latter is calculated for a range of different surface orientations. For selected self-consistent order parameter profiles the surface density of states is calculated showing intricate structure of the Andreev bound states (ABS) as well as spin polarization. The topology's effect on the surface states and the tunnel conductance is thoroughly investigated, and a topological phase diagram is constructed for open and closed Fermi surfaces showing a sharp transition between the two for the cubic point group $O$.Comment: 19 pages, 15 figures, accepted for publication in Phys. Rev.

Response, relaxation and transport in unconventional superconductors

We investigate the collision-limited electronic Raman response and the attenuation of ultrasound in spin-singlet d-wave superconductors at low temperatures. The dominating elastic collisions are treated within a t-matrix approximation, which combines the description of weak (Born) and strong (unitary) impurity scattering. In the long wavelength limit a two-fluid description of both response and transport emerges. Collisions are here seen to exclusively dominate the relaxational dynamics of the (Bogoliubov) quasiparticle system and the analysis allows for a clear connection of response and transport phenomena. When applied to quasi-2-d superconductors like the cuprates, it turns out that the transport parameter associated with the Raman scattering intensity for B1g and B2g photon polarization is closely related to the corresponding components of the shear viscosity tensor, which dominates the attenuation of ultrasound. At low temperatures we present analytic solutions of the transport equations, resulting in a non-power-law behavior of the transport parameters on temperature.Comment: 22 pages, 3 figure

Außergewöhnliche Eigenschaften nicht-inversionssymmetrischer Supraleiter

A kinetic theory for non-centrosymmetric superconductors (NCS) is formulated for low temperatures and in the clean limit. The transport equations are solved quite generally for any kind of antisymmetric spin-orbit coupling (ASOC) in an extended momentum and frequency range. The result is a particle-hole symmetric, gauge-invariant and charge conserving description, which is used to calculate the current response, the specific heat capacity, and the Raman response function. A detailed analysis of the gauge invariance and the associated phase fluctuations of the superconducting order parameter revealed two gauge modes: the Anderson-Bogoliubov mode on the one side and a new gauge mode on the other side, which strongly depends on the symmetry of the ASOC. As application of the kinetic theory, the polarization-dependence of the T=0 electronic Raman response in NCS is studied for two important classes of ASOC with the representative systems CePt3Si and Li2PdxPt3-xB. Analytical expressions for the Raman vertices are derived, and the frequency power laws and pair-breaking peaks are calculated. A characteristic two-peak structure is predicted for NCS and might serve as an indicator for the unknown relative magnitude of the singlet and triplet contributions to the superconducting order parameter. An efficient numerical method is introduced in order to calculate the dynamical spin and charge response of CePt3Si, using an itinerant description for the electrons. With a realistic parameterization of the band structure, the nesting function, inelastic neutron scattering cross sections, and Kohn anomalies are calculated for a selected band in the normal non-magnetic state. From the spin and charge susceptibility, a superconducting pairing interaction is constructed for the weak-coupling gap equation. A sign analysis of the decoupled gap equation supports the experimental evidence of a strong triplet contribution to the order parameter in CePt3Si. In particular for this compound, it can be shown that an increasing Rashba-type of spin-orbit coupling strengthens the triplet contribution.Eine kinetische Theorie für nicht-inversionssymmetrische Supraleiter (NCS) wird im reinen Grenzfall und für tiefe Temperaturen formuliert. Die Transportgleichungen wurden ganz allgemein für beliebige antisymmetrische Spin-Bahn-Kopplung (ASOC) und in einem erweiterten Impuls- und Frequenz-Bereich gelöst. Es ergibt sich eine Teilchen-Loch-symmetrische, eichinvariante und ladungserhaltende Beschreibung, mit deren Hilfe der Strom-Response, die spezifische Wärmekapazität und der Raman-Response berechnet wird. Eine detaillierte Betrachtung der Eichinvarianz und der dazugehörigen Phasenfluktuationen des supraleitenden Ordnungsparameters offenbart zwei Eichmoden: Einerseits die Anderson-Bogoliubov Mode und andererseits eine neue Eichmode, die stark von der Symmetrie der ASOC abhängt. Als Anwendung der kinetischen Theorie wird der polarisationsabhängige elektronische Raman-Response für T=0 in zwei wichtigen Gruppen von NCS erforscht, die sich nach der ASOC klassifizieren lassen. Vertreter dieser beiden Gruppen sind CePt3Si und Li2PdxPt3-xB. Für die Raman-Vertices werden analytische Ausdrücke hergeleitet und Potenzgesetze im Frequenzbereich sowie die Paarbrechungs-Peaks berechnet. Eine charakteristische Doppelpeak-Struktur wird für NCS vorhergesagt, die dazu dienen kann das unbekannte Verhältnis der Spin-Singulett- und Triplett-Komponente im supraleitenden Ordnungsparameter zu bestimmen. Um die dynamische Spin- und Ladungs-Suszeptibilität von CePt3Si für eine itinerante Beschreibung von Elektronen zu berechnen wird eine effiziente numerische Methode vorgestellt. Mithilfe einer realistischen Parametrisierung der Bandstruktur werden die Nesting-Funktion, Wirkungsquerschnitte für inelastische Neutronenstreuung und Kohn-Anomalien für ein ausgewähltes Band im nichtmagnetischen Normalzustand berechnet. Ausgehend von der Spin- und Ladungs-Suszeptibilität wird eine supraleitende Paarwechselwirkung für eine Gap-Gleichung in schwacher Kopplung konstruiert. Eine Vorzeichenbetrachtung der entkoppelten Gap-Gleichung stützt die experimentellen Hinweise für einen starken Triplett-Beitrag im Ordnungsparameter von CePt3Si. Speziell für diese Verbindung kann man zeigen, dass eine zunehmende Rashba-artige Spin-Bahn-Kopplung den Triplett-Beitrag stärkt