Leggett's collective modes in multi-band superconductors; Multiple dynamical classes

多バンド超伝導体におけるレゲットモードとダイナミカルクラス

太田 幸宏; 町田 昌彦  ; 小山 富男*; 青木 秀夫*

Ota, Yukihiro; Machida, Masahiko; Koyama, Tomio*; Aoki, Hideo*

鉄砒素系超伝導体の発見及び複数原子種からなる冷却原子系の実現可能性より、多バンド超伝導や多バンド超流動の研究、特にそのバンド数が2以上であるような場合に関して、重要性が増している。われわれは、バンドBCS理論に基づき多バンド超流動/超伝導を調べた。鉄砒素系超伝導体のように、の場合は、複数個のバンド間ジョセフソン電流が存在する。このため、集団励起モードにも複数のダイナミックスが発生する。これはバンド間ジョセフソン電流のパリティで分類できる。このように、多バンド超流動/超伝導を特徴付けるのに"dynamical class"の概念が重要であり、バンド間のギャップ関数の相対位相がconventionではなく本質的に効くことを提案する。

One important way to characterize multi-band superconductors should be to look at their collective modes, which are expected to reflect the broken gauge symmetry that involves multi-bands. We extend Leggett's analysis for a massive out-of-phase mode coexisting with the Nambu-Goldstone mode in two-band superconductors to the case where there are three or more bands. Crucial is to classify the inter-band Josephson coupling energy which is the origin of the Leggett's modes. Three-band superconductors are shown to accommodate more than one collective modes, which are classified in terms of the "dynamical class" that distinguishes the action of the inter-band Josephson coupling. The mass of the multiple Leggett's modes is then shown to dramatically depend on the class. We expect that the present prediction can be tested in the iron-based superconductor (with a gap function involving three bands).