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Pairing from dynamically screened Coulomb repulsion in bismuth

机译：动态筛选铋中的库仑排斥力进行配对

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摘要

Recently, Prakash et al. have discovered bulk superconductivity in single crystals of bismuth, which is a semimetal with extremely low carrier density. At such low density, we argue that conventional electron-phonon coupling is too weak to be responsible for the binding of electrons into Cooper pairs. We study a dynamically screened Coulomb interaction with effective attraction generated on the scale of the collective plasma modes. We model the electronic states in bismuth to include three Dirac pockets with high velocity and one hole pocket with a significantly smaller velocity. We find a weak-coupling instability, which is greatly enhanced by the presence of the hole pocket. Therefore we argue that bismuth is the first material to exhibit superconductivity driven by retardation effects of Coulomb repulsion alone. By using realistic parameters for bismuth we find that the acoustic plasma mode does not play the central role in pairing. We also discuss a matrix element effect, resulting from the Dirac nature of the conduction band, which may affect T_c in the s-wave channel without breaking time-reversal symmetry.
机译：最近，Prakash等人。在铋的单晶中发现了体超导，铋是一种载流子密度极低的半金属。在如此低的密度下，我们认为常规的电子-声子耦合太弱，不足以导致电子结合成库珀对。我们研究了动态筛选的库仑相互作用，并在集体等离子体模式的规模上产生了有效的吸引力。我们对铋中的电子态建模，以包括三个高速的狄拉克腔和一个速度明显较小的一个空穴腔。我们发现弱耦合不稳定性，由于空穴的存在而大大增强了耦合不稳定性。因此，我们认为铋是第一种表现出超导性的材料，该材料仅受库仑排斥的阻滞作用驱动。通过使用铋的实际参数，我们发现声等离子模式在配对中不发挥中心作用。我们还讨论了由导带的狄拉克性质引起的矩阵元素效应，该效应可能会影响s波通道中的T_c而不会破坏时间反转对称性。

著录项

  • 来源
    《Physical review》 |2017年第23期|235107.1-235107.15|共15页
  • 作者

    Jonathan Ruhman; Patrick A. Lee;

  • 作者单位

    Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA;

    Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA;

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