Local density of states fluctuations in a two-dimensional superconductor as a probe of quantum diffusion

• Published in: Physical review. B 2023-05, Vol.107 (17), Article 174508
• Main Authors: Lizée, Mathieu, Stosiek, Matthias, Burmistrov, Igor, Cren, Tristan, Brun, Christophe
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Physics
• ISSN: 2469-9950; 2469-9969
• DOI: 10.1103/PhysRevB.107.174508

The interplay of superconductivity and disorder generates a wealth of complex phenomena. In particular, the peculiar structure of diffusive electronic wave functions is predicted to increase the superconducting critical temperature in some range of disorder. In this work, we use an epitaxial monolayer of lead showing a simple band structure and homogeneous structural disorder as a model system of a two-dimensional superconductor in the weak-antilocalization regime. Then, we perform an extensive study of the emergent fluctuations of the local density of states (LDOS) and spectral energy gap in this material and compare them with both analytical results and the numerical solution of the attractive Hubbard model. We show that mesoscopic LDOS fluctuations allow us to probe locally both the elastic and inelastic scattering rates, which are notoriously difficult to measure in transport measurements. L'interaction entre la supraconductivité et le désordre génère une multitude de phénomènes complexes. En particulier, la structure particulière des fonctions d'onde électroniques diffusives est censée augmenter la température critique supraconductrice dans une certaine gamme de désordre. Dans ce travail, nous utilisons une monocouche épitaxiale de plomb présentant une structure de bande simple et un désordre structurel homogène comme système modèle d'un supraconducteur bidimensionnel dans le régime d'antilocalisation faible. Nous réalisons ensuite une étude approfondie des fluctuations émergentes de la densité locale d'états (LDOS) et de l'écart énergétique spectral dans ce matériau et les comparons à la fois aux résultats analytiques et à la solution numérique du modèle de Hubbard attractif. Nous montrons que les fluctuations mésoscopiques de la LDOS nous permettent de sonder localement les taux de diffusion élastique et inélastique, qui sont notoirement difficiles à mesurer dans les mesures de transport.