Введение к работе
з
АкхуальНОСІЬ_ра.бо:Ші. Рассматриваемая в диссертации проблема динамики "избыточного" носителя заряда в ионнон кристалле приобрела в настоящее время особую актуальность в связи с открыгиен высокотемпературной сверхпроводимости <ВТСП) слонных оксидов. Как известно, они обладают "мягкой" решеткой, сильно взаимодействующей с носителем заряда, что, в частности, дало основание для многочисленных биполяронных теорий ВТСП.
Состояния носителя заряда в ионнон кристалле с сильным электрон-фэноннын взаимодействием традиционно рассматривались теорией поляронов на модели среды с одной ветвью продольных оптических фононов. имеющих бесконечно большую эффективную массу [11. Однако в последние годы было показано Г25Д31, что пространственная дисперсия СПД) диэлектрической проницаемости <ДП), обусловленная конечностью эффективной массы фононов, в существенной степени определяет состояние взаимодействующего с ними носителя: дане в случае выполнения условий образования полярона Пекара область его существования ограничена скоростями трансляционного движения, меньшими минимальной фазовой скорости фэнонов (МФСФ). Вследствие этого выполненные ранее работы по определению эффективной массы полярона в приближении равной нулю МФСФ оказываются основанными на внутренне противоречивой нодели. Тем более это можно сказать о работах, в которых рассмотрен специфический механизм тормонения полярона, действующий в области его скоростей, превышающих МФСФ 141. Тем не ненее, выводы этих работ ногут быть сохранены для некоторого интервала скоростей, если, как это делается в диссертации, ввести в рассмотрение вторую ветвь оптических колебаний, удовлетворяющую условию адиабатичности поляронной теории [13, с большей МФСФ.
В такой нодели появляется возможность рассмотреть движение автолокализовааного носителя со скоростью, превышающей одну из МФСФ. Как показано в диссертации, это позволяет описать ряд новых эффектов запаздывания и ПД решеточной поляризуемости в динанике носителей заряда. Поскольку большинство реальных ионных кристаллов имеют несколько фэнонных ветвей с различной дисперсией, а для некоторых ветвей фэнонов в сложных оксидах доказано наличие сильного электрон-фэнонного взаимодействия, можно
ожидать проявления в них описанных в диссертации аффектов.
Последовательный учет запаздывания и ПД поляризуености при анализе состояния системы с большой концентрацией носителей до сих пор не проводился, а между тем он позволяет, как показано в диссертации, преодолеть некоторые трудности, характерные для всех биголяронных теорий ВТСП. В свете исследования природы ВТСП представляет интерес также проверка возможности образования по механизму, предложенному в [51 для точечных частиц, биполярона нового типа: стационарного связанного состояния автолокализованных носителей при их орбитальной движении с реальными фононами в условиях резонанса. Необходимый условиен существования такого резонансно связанного биполярона, как показано в диссертации, является наличие в среде как нинимум двух конпонент поляризации с различными МФСФ.
В связи со сказанным выше цдями_наеіеяддй_р.д(2у являгатсяі исследование состояний носителей заряда и эффектов их движения при сильной алектрон-фононнон взаимодействии в среде с двухкомлонентной решеточной поляризацией (представляющей собой частный случай среды с нногокомпонынтной полглрияацией) при учете конечности эффективной массы фононов, т.е. ПД ДП; анализ влияния особенностей атих состояний,..обусловленных ПД ДП, на свойства систем с большой концентрацией Носителей заряда, в том числе, - на вид условия бозе-конденсации в системе биполяронов;
выяснение возможности и условий образования резонансно связанных биполяронов.
В диссертационной работе получены следующие HayijHy.g_DQflQwgtftjg, ВкВДСИну_ьа_зашит.у:
1. Конечность аффективной массы фононов приводит к тону, что носитель заряда в среде с двухконпонентной поляризацией, обусловленной двумя фононныни ветвями с различными минимальными фазовыми скоростями фононов и\<^2' может находиться в двух различных автолокализованных (поляронных) состояниях. Тяжелый полярон (ТШ, имеющий поляризационную "шубу" из фононов обеих ветвей, приобретая скорость трансляционного движения v>u.,теряет часть "шубы", обусловленную низкоскоростными (НС) фононами, и
5 превращается в легкий полярон (ЛП), который нонет существовать в интервале скоростей u4
2. В результате отщепления от зоны свободным носителей зоны ТП в
интервале средник инпульсов носителя р<т и. и зоны ЛП в интервале
meul<P
появляются две запрещенные зоны: возникает автолокализационная
зонная структура.
Ширина запрещенной зоны менаду зонами ЛП и свободных носителей определяется анергией связи ЛП; зона ТП расположена глубже дна зоны ЛП на величину разности им энергий связи. В зонах поляронов зависимость анергии состояний от среднего импульса определяется их эффективными нассани, причем эффективная масса ТП больше эффектвной массы ЛП.
-
Движение ЛП сопровождается "черепковским"излучением реальных фононов НС ветви. При скорости ЛП v>>u^ излучение практически когерентно и обусловливает торможение ЛП когерентным излучениен, что должно проявляться, в частности, в неомической зависимости подвижности носителя в рассматриваемой среде от приложенного поля. Вследствие излучения фононов состояния ЛП не являются стационарными.
-
При учете ограниченности области существования АС по скоростям и, следовательно, инпулъсан, тенпература бозе-конденсации в системе биполяронов оказывается более высокой, чем в системе бозонов с неограниченным спектром при той же их концентрации.
-
Взаинодействие легких поляронов с волнами НС поляризации при условии достаточно вьсокой дисперсии высокоскоростной фононной ветви ножет приводить кстабилизации связанного с реальными НС фононами состояния орбитального движения как одного, так и пары Ш в условиях резонанса.
Научнде_и_пракіическде_значение_рабдхьі определяется тен, что в ней предпринято развитие теории поляронов, которое позволило описать ряд новых эффектов запаздывания и ПД ДП в динамике носителей зарядаї
возможность существования нескольких запрещенных зон в энергетической спектре носителя заряда, обусловленных его взаимодействием с многокомпонентной решеточной поляризацией;
торможени* движения полярона в некоторой интервале скоростей
когерентным излучением;
бозе-конденсация в системе биполяронов при солее низкой их концентрации, чем в случае бозонов с неограниченным спектром (при одинаковой заданной температуре конденсации и аффективной массе бозонов);
образование стационарных связанных состояний автолока-лизованных носителей с реальными колебаниями среды при орбитальном движении поляронов в условиях резонанса, в том числе - их спаривание с образованием резонансно связанных биполяронов.
Результаты работы могут быть использованы для предсказания и объяснения данных експериментальных исследований свойств ионных кристаллов с многокомпонентной поляризацией, в частности - слонных оксидов, обладающих свойством ВТСП. Информация об автолокализа-ционной зонной структуре онергетического спектра носителей заряда монет быть полезной для интерпретации результатов оксперинентов гю нормальному туннелированишв отих натериалах, по определению зависимости низкотемпературной подвижности носителей от прилонюнного ПОЛЯ.
ИсоОДЬзование_ЭВН. В процессе работы было написано и . использовано большое количество программ. Основные из них посвящены вариационному расчету параметров волновых функций стационарных состояний, определению анергий связи атих состояний и радиусов стационарных орбит. Расчеты проводились на ЭВМ IBM - PS 386/387.
6DPQ63UH3_pa6Qtt_i- Основные материалы диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: семинар отдела теоретической и ядерной физики НИИ фізики РГУ; К Всесоюзная школа-сенинар по спектроскопии молекул и кристаллов (1991г., г.Сумы); 7 Европейская конференция по сегнетоэлектри-- честву С 1991г., г.Динон, Франция); 4-я Всесоюзная конференция "Актуальные проблемы получению и применению сегнето-, пьезо- и пирозлектриков и родственных им материалов" (1991г., Москва); 2-я Европейская конференция по применению полярных диэлектриков (1992г., Лондон); Международная конференция по высокотемпературной сверпроводимости и туннельным явлениям (1992г., г.Донецк).
Оубликации_и_вклад_авіорз. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах. Роль соавтора заключалась в
7 постановке задачи и участии в обсуждении результатов.
0^ъем_и_с1руктура_работы. Работа состоит из введения,
четырех глав, заключения и списка литературы из 52 названий.
Объем диссертации - 100 страниц, число рисунков - 7-
