Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время физика сильно коррелированных систем является бурно развивающейся областью физики твердого тела. Новый мощный импульс эта тематика получила в связи с исследованиями высокотемпературных сверхпроводников. Спиновые корреляции, по-видимому, играют важную роль в механизме высокотемпературной сверхпроводимости. Возникновение сверхпроводящего перехода в ВТСП-соеди-нениях часто связывают с появлением особого магнитного состояния - квантовой спиновой жидкости. Последнее проявляется в отсутствии дальнего магнитного порядка даже при Т = 0 на фоне существования сильных двумерных антиферромагнитных корреляций спинов s = 1/2 в медных плоскостях, которые уменьшаются с расстоянием степенным образом, в отличии от их экспоненциального затухания для парамагнитных систем вблизи температуры упорядочения. Возможным сценарием возникновения спин-жидкостного состояния в модели Хаббарда, отождествляющей медную плоскость в высокотемпературном сверхпроводнике с двумерной квадратной решеткой вблизи половинного заполнения, является конкуренция кинетического обменного взаимодействия электронов соседних узлов, приводящего к антиферромагнитному взаимодействию их спинов, и движения токовых носителей, разрушающих дальний магнитный порядок. Весьма плодотворным явилось описание двумерной спиновой жидкости в рамках модели резонирующих валентных связей CRVB5 [1]. RVB-состояния с фермиевскими спиновыми возбуждениями (спинонамиЗ соответствуют в частности среднеполевым решениям антиферромагкитной модели Гейзенберга. В настоящей работе для описания спиновой жидкости рассматриваются два таких состояния - однородная RVB-фаза и flux-фаза [2,31. Первая из них - бесщелевая, вторая - обладает псевдощелью на уровне Ферми. Явное присутствие подвижных токовых носителей в данной работе не рассматривается. Значительную роль при изучении ВТСП-систем играет исследование тех особенностей, которые отсутствуют в обычных "низкотемпературных сверхпроводниках". С этой точки зрения весьма полезным является изучение эффектов замещения ионов меди на ионы других элементов, которое дает важную
информацию о структуре основного состояния этих систем. Так большое впечатление вызывает тот факт, что внедрение 2.5 ат. % неиагнитной прииеси Zn , имеющего конфигурацию 3d , S = 0 полностью подавляет сверхпроводящее состояние, тогда как соответствующие малые количества примеси Ni (3d ,S = 1) понижают температуру сверхпроводящего перехода значительно меньше, хотя с точки зрения "обычной" сверхпроводимости, магнитные примеси должны подавлять ее намного сильнее немагнитных. Одним из эффектов, тесно связанным с проблемой аномального влияния немагнитных дефектов на ВТСП, является возникновение локализованного состояния вблизи немагнитных примесей, что было убедительно продемонстрировано непосредственным наблюдением магнитного резонанса на появляющихся локализованных моментах [41. В свете этих проблем представляет интерес исследование устойчивости RVB-состояний к допированию магнитными (S = 1) и немагнитными (S = 0) примесями. В настоящей диссертации, в предположении, что статическая вакансия слугкт моделью немагнитного замещения медных ионов в ВТСП-системах, исследуется в каких именно RVB-cocto-яниях подобное допирование приводит к образованию локализованного состояния. А также исследуется влияние на псевдощелевую RVB-фазу (flux-фазу) замещения спина решетки s = 1/2 на примесный спин S = 1, имитирующее замещение иона меди на магнитный ион Ni , обладающий триплетной спиновой конфигурацией.
Целью настоящей работы является изучение эффектов магнитного и немагнитного замещения в спиновой жидкости, которая описывается в рамках двух среднеполевых состояний -однородной RVB и flux-фазы.
Научная новизна
І.Предложен механизм образования локального момента вблизи спиновой вакансии, внедренной в RVB-решетку.
2. Данный механизм использован для исследования взаимодействия немагнитных примесей, введенных в RVB-решетку, находившуюся в состоянии flux-фазы.
3.Получены среднеполевые решения, соответствующие RVB
-состояниям двумерного антиферромагнетика, и их модификация при немагнитном допировании решетки с использованием представления Маттиса для спиновых операторов, которое не вносит нефизических состояний и позволяет определить величины как спиновых корреляторов так и индуцированного вакансией локального момента,не привлекая уравнения связи на числа заполнений псевдочастиц.
4.Предложена модель, позволяющая объяснить как инвариантность состояния RVB-решетки при ее допировании спином S = 1, так и локализованность примесного состояния на замещаемом узле, в низкоэкергетическом пределе.
Научная и практическая ценность работы заключается в том, что полученные в ней результаты расширяют имеющиеся представления о механизмах влияния магнитных и немагнитных примесей на сдин-аидкостнув фазу сильно коррелированных систем. Они могут быть использованы для объяснения аномальных свойств высокотемпературных сверхпроводников при внедрении магнитных и немагнитных примесей в медные плоскости. Показано, что, привлекая только спинокные степени
cgnrfniTM PVH—nomcaTWW unwin пґ4щ.яг*иигпг* rw^nararmauwo ттлva ттмігугґз
v**v» -л*^*ы^** лж t л*у ш*-ш^лл*-ш** Л »*** f HiVMt^AV WAPV*^**«4 ^ *^ ч*'**л ******* ^^fc**mfcfc«»*^ v****?*M**,»*V* 4^
момента вблизи спиновой вакансии в псевдощелевой Сflux) фазе, а также инвариантность псевдощелевого RVB-состояния при добавлении в ВТСП-системы магнитных ионов (например -ND. Развитый drone-фермионный подход к исследованию RVB-состояний двумерного антиферромагнетика избавляет от необходимости гутцвиллеровского проецирования и может быть полезен при изучении различных моделей сильно коррелированных систем, содержащих спиновые операторы, напрмер t-J модели, кондо-систем и других.
На защиту выносятся следующие положения:
1.Исследована модификация RVB-состояний двумерного гейзенберговского антиферроыагнетика при немагнитном допировании. Обнаружено, что появление статической спиновой вакансии в двумерной спиновой жидкости, находящейся з потоковой CfluxD фазе, индуцирует у решетки локальный момент, распределенный в окрестности узла.
2. Исследовано изменение flux-фазы двумя магнитными при-
иеоят. Обнаружено, что локальные моменты, образовавшиеся в различных подрешетках, взаимодействует антиферромагнитным образом. Это снимает вырождение локального уровня и приводит к синглетному основному состоянию. При конечной концентрации вакансии приводят к образование примесной зоны вблизи уровня Ферми.
3.Показано, что использование представления Маттиса вместо стандартного псевдофермионного представления позволяет более эффективно учесть корреляции в спиновых жидкостях и обеспечивает правильнув величину локального момента вблизи статической спиновой вакансии в flux-фазе.
4.Обнаружено, что допирование примесью со спиноы S = 1 спиновой жидкости, находящейся в flux-фазе, оставляет инвариантной псевдощель в плотности спинонных состояний. Эффективный спин самой примеси при этом частично экранируется и в низкоэнергетическом пределе ведет себя как s = 1/2.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались ка XXI Международной конференции по физике низких температур Сг.Прага,Чехия,1996D к Международной конференции "Методы возмущений в физике сильно коррелированных электронов" Сг.Бразилиа,Бразилия,1996Э.
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре статьи, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста. Библиографический список состоит из 52 наименований.
