原子层晶体材料中的抗磁场超导性

最近的一项研究 [S. Yoshizawa 等, Nature Communications 12, 1462 (2021)] 报道了在 Si(111) 衬底上的原子层晶体 ($\sqrt{7}\times\sqrt{3}$)-In 中出现了抗磁场超导性，即面内临界磁场 $H^{||}_{\rm c2}$ 增强并超出顺磁极限场。本文阐明了这种高结晶二维材料中观测到的抗磁场非中心对称超导性的起源。我们通过引入费米面各向异性以及原子层晶体系统特有的各向异性自旋分裂与自旋织构，发展了超导的准经典理论。在具有大反对称自旋轨道耦合 (ASOC) 的典型材料 Si(111)-($\sqrt{7}\times\sqrt{3}$)-In 中，我们展示了一个例子：由于各向异性自旋织构，仅当磁场沿特定方向施加时，ASOC 与无序效应的结合才会抑制顺磁对破缺，并导致 $H^{||}_{\rm c2}$ 相比各向同性系统增强。我们还研究了宇称混合效应，表明由于当配对波函数以奇宇称分量为主时脆弱的 $s$+$p$ 波配对易受非磁性散射影响，$H^{||}_{\rm c2}$ 的增强在适度洁净区受到限制。此外，通过转变线的分析，我们确定了考虑散射与顺磁效应抑制的抗磁场因子，并讨论了抗磁场超导性的起源。通过对 $H^{||}_{\rm c2}$ 数据的拟合，我们讨论了正常态电子散射，重点关注 Si(111) 表面原子台阶的作用。