Введение к работе
Актуальность темы. Медь-кислородные высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) обладают целым рядом необычных свойств, обусловленных сложным взаимодействием электронных, спиновых и решеточных степеней свободы и существенно отличающих их от обычных металлических сверхпроводников. Несмотря на интенсивные усилия исследователей, однозначная теоретическая интерпретация ряда физических явлений и самого механизма сверхпроводимости до сих пор не найдена. К числу уникальных свойств ВТСП относится наличие сильных корреляций между структурными и сверхпроводящими свойствами; существование и принципиальная роль локальных структурных и зарядовых неоднородностей; сильная поляризуемость и наличие сильных электронных корреляций; необычный и многосторонний характер изотопического эффекта (ИЭ), которому отводится особая роль в теории сверхпроводимости. В связи с этим представляется актуальным развитие теоретических подходов, в которых предполагается детальный кван-тово-химический учет конкретного кристаллического и электронного строения сверхпроводящих купратов, включая определяющую роль вибронных взаимодействий и локальных межэлектронных корреляций. Именно этим вопросам посвящена данная диссертация.
Целью работы является анализ вибронных взаимодействий в медь-кислородных ВТСП, разработка модельных подходов к учету локальных межэлектронных корреляций и построение модельной теории ИЭ в ВТСП.
Научная новизна и практическая значимость:
- впервые, с учетом квантово-химических расчетов электронной
структуры, рассмотрены вибронные взаимодействия в двухдырочном
Си045~-кластере, являющемся основным элементом кристаллической и
электронной структуры медь-кислородных ВТСП;
исследовано влияние эффектов спин-орбитального взаимодействия и внешнего магнитного поля на основные характеристики ЯТ-центра и некоторые экспериментальные проявления этих эффектов в явлениях магнитострикции и теплового расширения;
развит формализм нового вариационного метода учета локальных электронных корреляций - модели подвижных электронных оболочек, и рассмотрены возможности ее применения к описанию локальных электронных свойств, корреляционной перенормировке вибронных взаимо-
действий и вопросу о локальном спаривании;
- на основе вибронной модели Си045~-кластера развит новый ян-теллеровский (ЯТ-) механизм ИЭ в ВТСП; предложены различные варианты перколяционного механизма ИЭ. На защиту выносятся:
-
Результаты анализа псевдоэффекта Яна-Теллера (ЯТ) в квадратном СиОгкластере (группа симметрии D4h) для lAis-, 'Eu- и 3Еи-термов двухчастичных конфигураций.
-
Результаты анализа туннельного расщепления основного состояния Си045~-кластера в условиях сильного псевдоэффекта ЯТ и возможность его эффективного учета в рамках базиса исходных электронных состояний с помощью обобщенных факторов вибронной редукции.
-
Результаты исследования влияния спин-орбитального взаимодействия и внешнего магнитного поля на адиабатический потенциал (АП) и основное состояние системы.
-
Результаты учета локальных межэлектронных корреляций в модели подвижных электронных оболочек; выражение функционала полной энергии для «^-конфигурации на смещенных слейтеровских орбит&тях.
-
Качественное объяснение и количественный расчет ИЭ в медь-кислородных ВТСП на основе ЯТ-механизма ИЭ; основные представления о перколяционной модели ИЭ.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на XXVII Амперовском конгрессе (Казань, 21-28 августа 1994г.), Международной конференции по магнетизму (Польша, Варшава, 22-26 августа 1994г.), традиционной теоретической школе «Коуровка-96» (Ижевск, 1996г.), 5-й Международной конференции по материалам и механизмам сверхпроводимости высокотемпературных сверхпроводников (Китай, Пекин, 28 февраля - 4 марта 1997г.) и опубликованы в 7 работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав с выводами к каждой главе, заключения и изложена на страницах машинописного текста, включая 41 рисунок, 8 таблиц и список литературы, содержащий 138 наименований.
