On-site pairing and microscopic inhomogeneneity in confined lattice fermion systems

閉じ込められた格子フェルミオン系におけるサイト上でのペアリングと微視的非一様性

町田 昌彦  ; 山田 進  ; 大橋 洋士*; 松本 秀樹*

Machida, Masahiko; Yamada, Susumu; Ohashi, Yoji*; Matsumoto, Hideki*

高温超伝導体は、超伝導の強さを特徴づける超伝導ギャップの大きさが空間的に変化しており、本質的に非一様な超伝導状態が実現している可能性が指摘されている。その一方、フェルミ原子ガスでは、相互作用が制御できるうえ、二つの対向するレーザーにより周期ポテンシャルが実現できることから、高温超伝導体と同じ状態を実験できるといった提案がなされている。そこで、本研究では、この別々の分野における二つのトピックスに同時に回答を与え、非一様性を持つ超伝導(超流動)がなぜ、現れるのかを両者を特徴づける典型的物理モデルを数値シミュレーションし、明らかにすることを目標とした。その結果、系統的なシミュレーションにより、強い引力とそして、並進対称性の破れから、超伝導(超流動)を引き起こすクーパーペア間に強い相関が働き、非一様性が生じ、超伝導(超流動)と共存することがわかり、高温超伝導体で見られる非一様性は、単なる結晶の乱れではなく、本質的な乱れであると結論づけられる。

In order to explore a universal feature of atomic Fermi gases loaded on optical lattices, we make a systematic study of the particle density profile for 1-D and 2-D attractive Hubbard models with harmonic potential wells. Using the exact diagonalization scheme and the density-matrix renormalization group technique, we show that fine inhomogeneous zigzag patterns universally emerge in the above models. Theoretical and numerical analyses suggest that these structures originate from an effective repulsive interaction between tightly-bound pairs and a breakdown of translational invariance. Furthermore, it is emphasized that the pattern obtained numerically in the 2-D model is the checkerboard type, which is very similar to results recently observed in a vortex core of High-T cuprate superconductor.