Density functional theory for superconductors - extension to a pairing mediated by spin-fluctuations

Abstract

Dichtefunktionaltheorie für Supraleiter (SCDFT) mit Phononen basierten Näherungen für das Austausch-Korrelations (XC) Funktional wurde mit Erfolg für die konventionellen Supraleiter angewandt. Jedoch ist die Paarung in den unkonventionellen Supraleitern nicht Phononen basiert und deshalb werden die hohen kritischen Temperaturen (Tc) in diesen Materialien nicht korrekt vorhergesagt. In der vorliegenden Arbeit wird eine Paarung durch Spin-Fluktuationen (SF) dem SCDFT Framework hinzugefügt um die Näherung des XC Funktional zu verbessern. In den ersten Abschnitten der Arbeit werden die nötigen Werkzeuge wie SCDFT, Green’s funktionen, Nambu Notation und Hedin Gleichungen eingeführt. Dann werden die SF mit der Hilfe von Vielteilchenstörungstheory dem SCDFT Funktional hinzugefügt. Das neue Funktional wird an einem Zwei-Band Model getested und Rechnungen für FeSe und LiFeAs (zwei unkonventionale SC) werden durchgeführt. Es stellt sich heraus, dass die Paarung durch die SF stark genug ist um die hohe Tc in then beiden Materialen zu erklären.

Density functional theory for superconductors (SCDFT) using phonon based approximations to the exchange-correlation (XC) functional has been applied with success to the conventional SC. However in the unconventional SC the pairing is not phonon based and hence the high critical temperatures (Tc) in these materials are not predicted correctly. In the present thesis a pairing mediated by spin-fluctuations (SF) is added to the SCDFT framework in order to improve the approximation to the XC functional. In the first sections of the thesis the necessary tools like SCDFT, Green’s functions, Nambu Notation and Hedin equations are introduced. Then the SF are included in the SCDFT functional using many-body perturbation theory. The new functional is tested with a two-band model and is applied to FeSe and LiFeAs (two unconventional SC). It turns out that the coupling provided by the SF is strong enough to explain the high Tc in the two materials.