空穴掺杂单层MoS$_{2}$中的超导理论

我们通过求解存在原子自旋轨道耦合的三轨道吸引Hubbard类模型上的线性化BCS能隙方程，从理论上研究了空穴掺杂单层MoS$_2$中实现的库珀对对称性。在空穴掺杂单层MoS$_2$中，自旋轨道耦合和多轨道效应均比电子掺杂系统更为显著。在价带边附近，费米面由三种不同类型的空穴袋组成，即靠近$\Gamma$点主要由几乎自旋简并的$|d_{z^{2}}\rangle$轨道构成的空穴袋，以及靠近${\rm K}$和${\rm K}'$点由$|d_{x^{2}-y^{2}}\rangle$和$|d_{xy}\rangle$轨道产生的自旋分裂上、下能带构成的另外两种空穴袋。相关的费米袋数量随掺杂增加而增多。在极低掺杂下，涉及$|d_{x^{2}-y^{2}}\rangle$和$|d_{xy}\rangle$的上分裂能带，由于分裂能带态密度很小导致$T_{\rm c}$极低。进一步掺杂时，$\Gamma$空穴袋中出现传统的自旋单重态(SS)，而在K和K$'$空穴袋中混合有自旋三重态(轨道单重态)(ST-OS)和自旋单重态(轨道三重态)(SS-OT)态。混合比例取决于相互作用的相对强度以及交换相互作用的符号。中等强度的铁磁交换相互作用甚至会导致以ST-OS态为主而非传统SS态的配对态。基于这些观察，我们预期在高掺杂下涉及全部三个费米袋时会出现具有相对较高$T_{\rm c}$的引人注目的配对态。