Высокотемпературные сверхпроводники
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
осителей pc, слегка превышающей p0 (рис. 1.5а). Например, согласно [8] это происходит при p=pc?0,19. По мнению ряда авторов (в основном сторонников сверхпроводящей природы псевдощели) T* сливается с кривой, ограничивающей область сверхпроводящего состояния Tc вблизи оптимальной концентрации p0 (рис. 1.5б). Однако большинство новых экспериментальных данных скорее всего подтверждают вариант фазовой диаграммы, показанный на рис. 1.5а. Нужно подчеркнуть, что величина T*, по мнению большинства исследователей, не имеет смысла температуры какого-либо фазового перехода, а просто задает характерный масштаб температуры, ниже которой в системе возникают псевдощелевые аномалии. Какие-либо особенности термодинамических величин, характерные для фазовых переходов в этой области фазовой диаграммы просто отсутствуют. Общее утверждение состоит в том, что все эти аномалии, на простейшем языке, связаны с подавлением (в данной области) плотности состояний одночастичных возбуждений вблизи уровня Ферми, что и соответствует общей концепции псевдощели. При этом величина T* просто пропорциональна энергетической ширине псевдощели. Иногда выделяют еще один характерный масштаб температуры T*2, как это показано на рис. 1.5б, который связывают с переходом от режима слабой псевдощели к режиму сильной псевдощели [9], основываясь на некотором изменении характера спинового отклика системы в окрестности этой температуры [10].
сверхпроводник псевдощель электросопротивление
Рис. 1.5 Варианты фазовой диаграммы ВТСП-купратов
.3 Теоретические модели псевдощелевого состояния
Вернемся к фазовой диаграмме, представленной на рис. 1.5 и обратим особое внимание на линию, обозначенную как T*. Уже давно было замечено, что свойства нормальной металлической фазы для недодопированных и передопированных купратов сильно различаются. В последнем случае металлическая фаза достаточно хорошо описывается картиной ферми-жидкости: имеется хорошо определенная поверхность Ферми и затухание квазичастиц стремится к нулю при приближении к ней. В случае недодопированных систем при достаточно низких температурах (T<T*) наблюдаются аномалии всех электронных свойств системы. Изменение свойств при пересечении линии T* не носит резкого характера и не является фазовым переходом, а представляет собой кроссовер от обычного ферми-жидкостного состояния к псевдощелевому состоянию. Само понятие псевдощелевого состояния означает прежде всего понижение плотности состояний на поверхности Ферми. Об этом свидетельствует, в частности, весьма заметное уменьшение линейного коэффициента ? в электронной теплоемкости и паулиевской магнитной восприимчивости ?0 при переходе через линию T* и в особенности данные туннельных экспериментов и фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (angle-resolved PES-ARPES).
Метод ARPES позволяет непосредственно измерять спектральную плотность квазичастиц в окрестности поверхности Ферми и восстанавливать саму поверхность Ферми. Оказалось, что во всех исследованных классах ВТСП-купратов наблюдается характерное явление: разрушение части поверхности Ферми вдоль направлений (0,ky) и (0,kx) зоны Бриллюэна, тогда как в диагональных направлениях (kx, ky) поверхность Ферми сохраняется в обычном смысле: при переходе через нее интенсивность ARPES-спектра резко падает. В направлениях(0,ky) и (kx,0) изменение плотности A(k,?) происходит на широком интервале, причем при фиксированном квазиимпульсе плотность A(k,?) имеет двугорбую структуру с минимумом на бывшей поверхности Ферми, которая существовала бы в отсутствие псевдощелевого состояния, например, при T>T*. Детальное обсуждение этого явления содержится в достаточно подробных обзорах Садовского [5,11]. Таким образом, в ВТСП-купратах поверхность Ферми имеет арочный характер, т.е. сохраняется только на дугах, примыкающих к диагональным направлениям зоны Бриллюэна.
Рассмотрим динамическую магнитную восприимчивость для металлической системы, находящейся в состоянии, близком к антиферромагнитному упорядочению.
(1.1)
здесь Q=(?, ?) - волновой вектор антиферромагнитной структуры в диэлектрической фазе, ?s-характерная частота флуктуаций, ?-корреляционная длина спиновых флуктуаций. Взаимодействие электронов со спиновыми флуктуациями пропорционально ?(q,?), поэтому должно резко возрастать для тех электронов на поверхности Ферми, волновые векторы которых близки к границам магнитной зоны Бриллюэна, либо для электронов, расположенных на плоских участках поверхности Ферми (если они существуют), разделенных вектором Q. Так возникают две модели, в которых будет проявляться псевдощелевое состояние: модель горячих точек и модель горячих участков вблизи поверхности Ферми [5]. Недодопированные системы находятся вблизи половинного заполнения зоны, так что невозмущенная зонными корреляциями поверхность Ферми лежит вблизи магнитной зоны Бриллюэна и для нее возможна реализация одной из двух предложенных моделей.
Вблизи горячих точек области k-пространства шириной ?-1 электроны сильно рассеиваются с изменением импульса на вектор Q, что приводит к открытию псевдощели в окрестности этих точек, подобно тому, как на всей поверхности Ферми возникает щель, обусловленная возникновением антиферромагнитной фазы, если затравочная поверхность Ферми обладает нестингом (nesting). Если пренебречь динамикой спиновых флуктуаций и считать статические флуктуации гауссовыми, то в одномерном случае задача о взаимодействии электронов с такими флуктуациями може?/p>