Теория нематической сверхпроводимости в допированных топологических изоляторах (Миниобзор)

Данный обзор посвящен теории нематической сверхпроводимости в допированных топологических изоляторах семейства Bi$_2$Se$_3$. Эксперимент показывает, что при переходе в сверхпроводящее состояние в них возникает спонтанное нарушение вращательной симметрии. Такая сверхпроводимость называется нематической. Она хорошо описывается векторным триплетным параметром порядка. Мы изложим основные положения микроскопической теории и теории Гинзбурга–Ландау для нематической сверхпроводимости. Обсудим конкуренцию возможных сверхпроводящих параметров порядка в топологических изоляторах и покажем, что гексагональные искажения поверхности Ферми необходимы для реализации нематической фазы. Эта фаза весьма чувствительна к беспорядку, поскольку наличие заряженных примесей уменьшает критическую температуру. Переход при допировании от закрытой к открытой поверхности Ферми влияет на конкуренцию сверхпроводящих фаз. Обсуждаются поверхностные андреевские состояния в нематических сверхпроводниках. Из микроскопической теории выводится феноменологическая теория Гинзбурга–Ландау для двухкомпонентного параметра порядка. С помощью теории Гинзбурга–Ландау показано, что основным состоянием является либо действительный нематический параметр порядка со спонтанной деформацией решетки, либо комплексный хиральный параметр порядка со спонтанной намагниченностью. Векторная структура параметра порядка вызывает необычную связь сверхпроводимости с деформацией решетки и намагниченностью. Это приводит к сильной анизотропии второго критического поля, возникновению спиновых вихрей (которые могут нести крамерсовские пары фермионов Майораны), а также к необычному парамагнетизму Паули триплетных куперовских пар.