Введение к работе
Актуальность темы. Изучение, сзойстз сверхпроводящих материалов занимает одно из центральных мест в физике твердого тела. Особый шггерес представляет изучение термодинамических, магшгпшх а кянетячесхпх свойств сильно анизотропных сверхпроЕодащнх систем а С223П с чрезвычайно богатым набором наблюдаемых в ртгт интересных, физических явлений.'К таким системам моагно отнести ., в частности, органические сзерхпроводиихя, цепочечные и слоистые соединения, a такте металлокядные высокотемпературные керамита. Существенную роль в формяроЕапзш свойств этих материалов играют особенносгя структуры ах электронного энергетического сиехтра. Речь идет о таких особенЕостах как: іерехрьггяе энергетических полос из поверхности Ферми, особенность Бан-Хогл-Пифщица, налзчЕЗ "иестгпга". У<:ет этих особенностей электронного эпергетичес-ого спектра в теории сверхпроводимости приводит к сущестгенпой зависимости зерхлроводялщх характеристик от анизотропных свойств зездестга. Возггоазш гзхже пайерлсовские структурные и шпиферромагнитные переходы. Существенным ЯВЛЯСТСЗ 5Л82НИЄ ПрИМССЗ»
В настоящей Дзссертационной работе Ессдедогапо влияние особенностей лехтронного энергетического спехгра (перехрытяе на поверхности Ферми песхо-ъких энергетических зои и наличие логарифмической сингулярности в шготно-ти электронных состояний) ва термодинамические и квиетические свойства си-ьно анизотропных сверхпроводников* в том числе н высокотемпературных.
Открытие высокотемпературной сверхпроводимости в мегаллоксидных керами-ах выдвинуло на первый план поиск механизмов, ответственных за высокие аачения критической температуры сверхпроводящего перехода, попытки объяснена широкого спектра наблюдаемых магнитных и сверхпроводящих свойств этих адеств. В этом плане проблема учета особенностей в электронном энергетическом іектре , в частности, перекрытие гнертспиеезшх- полос, для обьястения свойстз асокотемпературных керамик в настоящее время является одним из важных травлений в современной физика и физике конденсированных сред. Поэтому
развитие теории сверхпроводимости на основе шогозонвой модели является чрезвычайно актуальным.
Одной из важных проблем фазгзш конденсированных сред является исследо-ваике свойств вышеуказанных выеокотеыпературЕых керамик с малой плотностью носителей заряда. В таких системах сверхврэводавдя щель оказывает существенное влияние на полоеснис уровня Ферии вследствие самосогласованной системы уравнений для параметра порядка в закона сохранения плотности частиц. При этом химический потенциал к критическая температура сверхпроводящего перехода становятся величинами одного порядка. Это, обстоятельство приводит к аномальному поьедешпо температурной зависимости химического потенциала (появлению излома в точхе Т " Т f ) . Поэтому представляется ахтульнон задача установления влияния перекрытия знергетпчеехтг' зов бз это аномальное поведение температурной зависимости химического потенциала.
Другой вахпол характеристикой вышеупомянутых высокотемпературных соединений является квазд-дауыерная, слоистая структура. В таких квази-двумерных системах воздыхает логарифмическая сингулярность в плотности электронных состояний ва уровне Ферми. Эта сшпулярвость оказывает существепвое влияние на кинетические свойства сысокотемвературных керамик в нормальной фазе. Следовательно, изучение кинетических свойств этих двумерных систем в нормальной фазе позволит существенно выяснить природу " нормального" состояния, что является очень актуальным в проблеме определения механизма сверхпроводпмо-сге высокотемпературных соединенна^
Цель настоящей диссертационной работы заключается в:
-
Развитии теории сверхпроводимости ва'основе модели с перекрываювпшися энергетическими зовами при пефрнонном механизме и применении ее к описанию свойств высокотемпературных соединений.
-
Построении Теории СВерХПрОВОДЕМОСТИ ДЛЯ СИСТеМ С ПРОИЗВОЛЬНОЙ плотности
носителей (в том числе в малой, р. _ Т с ) на основе двухзоЕнон модели с учетом
всех ео-мозсікх метзепных п япутрттсептшх зле/сгроп-элггтротпгых взаимодействий и всгвозмогшых, сязриглтй элгхтроисв. Развития теория для фоноалого и нгфонояного механизма сггрхпрозодтасстя..
-
Изучении- аномального поведения температурной зависимости химического потенциала і* (появлення излома!) в теория сверхпроводиигоз с двумя церсіфьі-киощкмпся знергетачесипсі сопаїя с галоЗ пяопгостыо поснтелел.
-
Исследовании возмоггиостя безхцелезого ссстогния в теории дзухзошшх сзерхпроводнигоз с учетом sax мггзсяпых, таг п гяутрпзснпых спариваний элезтропш.
-
Исследовзяпл Еикетячесзптх свойств ( проводимость, термо-злехгродаастутцаа гала ) двумерных неупоргко^енных систем с хоспиусным загоном дисперсии з
ЕССМЯЛЬНОа ф22С
S. Исскєдовзейп пглппе&ззго серегсез з деумерных элгггрон-дримесяых систе-мах : ксекпуспзим загоном дисперсия в произвольном статическом элеггричесхе?* пале : мэлоЗ юзЕцетгргц=г5 прзггеет сз основе, уравнения бзлзпеэ сил,
Науигш nrrsra ^ссертз^снпсЗ рг.5оты спределгется результатами, пол-пжгсыми гперпне, я ггздютаетез з кгдувядпх еспезгнгх пэяозепиях, выпоея-шх па защнту:
. Теория езерхпроводимосга на основе модели с перехршшоппвагся энергетнче-
заын зонами при нефенонном механизме и применении этой теории к описанию
зойств высокотемпературных соединений. Доказательство сушественной зазп-
амосгн термодинамических харахтеристнх системы от хпмэтесЕОго потенциала и
лотностей электронных состояний разных зон. Объяснение па основании этой
горил наличия на эксперименте "колокола" и "плато* в зависимости температуры
5ерхпроводшцего перехода Т с от содеряания гислорода н концентрации прнме-
і в лантановых в татпиекых керамиках.
Теория сверхпроводимости для СЕСтем с произвольной (в том чнелз н малой ,
-г Тс ) плотвосая) носителей па основе двухзовной модели с учетом всех
«-. мозшых мезгоязых я взутрлзонных злехтрон-элехтронных взаимодействий и
вссвозмоіліьо; спариваний электронов. Доказательство существенной зависимости термодинамических характеристик от концентрации носителей, степени гибридизации энергетических зон. Объяснение как малых ( < 1.43), так и больших < > 1.43) значений относительного скачка электронной теплоемкости, наблюдаемых экспериментально в высокотемпературных керамиках.
-
Установление аномальной зависимости химического потенциала ц от температуры (появление излома в точке Т Т.с ) в двухзонных сверхпроводниках с малой плотностью носителей , как следствие самосогласованной зависимости от всевозможных параметров порядка в области малых значений ft .
-
Теория кинетических свойств для двумерных неупорядоченных СЕстем с анизотропным косинусным -законом дисперсии энергии электрона квадратной решетки в нормальной фазе; Объяснение линейной температурной .зависимости сопротивления и температурной зависимости термоэде с максимумом, наблюдаемых ьа эксперименте в штрисвых керамиках. .
5. Обобщение теории нелинейного переноса, предложенного Лв.Тннгом, на случай
электрон-примесной системы с двумерным косинусным законом дисперсии в
произвольном электрическом паче. Установление спектральной зависимости мни
мой и вещественной частей затравочных корреляционной функшш "плотность-
плотность* во всей области частот. Доказательство существенной зависимости
сопротивления от скорости дрейфа электронного облака.
Научная н практическая ценность настоящей диссертационной работы состоит
в том, что : .
!. Получила дальнейшее развитие теория сверхпроводимости с перекрывающимися энергетическим зонами на поверхности Ферми применительно к высокотемпературным сверхпроводникам. При этом основное внимание уделено нефонопному механизму сверхпроводимости.
Показано, что в двухзонной модели возможна высокотемпературная сверхпроводимость как в случае притяжения, так и отталкивания между электронами разных рок. Показало, что зависимости Т г и абсолютного скачка электронной теплоемкости
л- химического потенциала имеют форму " кслокола" с максимумом з области іересечения энергетических зон. Установлено совпадение значений химического ютенциала, соответствующих максимумам вышеуказанных зависимостей. Таказ сартина наблюдается на эксперименте з таллневых керамиках, /становлено, что з случае перекрытия трех энергетических зоп на поверхности Ферми зависимости Т с и абсолютного скачка элехтротюй теплоемкости тлеют рорму "плато", наблюдаемой экспериментально з иттриезых керамиках. 2.Вперзые получеио аналитическое выражение для разности свободных энергия з ;верхпровод2щеа и нормальной фазе в двухзонных системах с произвольной ( з гон числе л малой, ц _ Т с ) плотностью носителей с учетом всех 303МС2ОГЫХ
межзошшх и внутризогшых электрон-электронных взаимодействий и всевозможных спариваний электронов. Установлена существеная зависимость Т с , скачка электронной теплоемкости в точке Т » Т с от концентрации иосителей, плотностей электронных состояний разных зон и от констант мезионных атектрсн-электронных взаимодействий . Отпосите.тышй скачок теплоемкости может принимать как малые ( < 1.43), так и большие значения ( > 1.43), наблюдаемые па эксперименте в высокотемпературных керамиках.
-
Доказало, что перекрытие двух энергетических зон в теории сверхпроводимости с малой плотностью носителей ( ;* _ Т с ) со всевозмо2ными спариваниями электронов увелкчязает границу исчезновения излома в аномальной температурной зависимости химического потенциала /і (Т) в точке Т - Т с в 2-3 раза по сравнению с однозонным случаем. Это увеличение несомненно создает более благоприятные условия для экспериментального обнаружения этого излома а и (Т ) и, следовательно, выявления природы сверхпроводимости.
-
Установлено, что в дзухзонных сверхпроводниках возможно безшелевое состояние при условии Л,2> ДцА22 , которое выполняется в системах с очень малой энергией Ферми (/isTj )
5. Показано, что в дзумерных неупорядоченных системах с косинусным законом
дисперсии в нормальной фазе температурная зависимость сопротивления р имеет
линейный характер. Температурные завїхимости сопротивления р и термоодс существенно меняется с ростом анизотропна і; закона дисперсии энергии зла рона квадратной решетки. Доказано, что в температурной зависимости термо: а в этих системах наблюдается максимум в области температур, близких к ' (Т > Т с ) и слабое убывание в области высоких температур. Эти температури зависимости сопротивления р и термоэде а качественно согласуются с эка рименталъными данными для систем с узкой энергетической зоной (_ 0.4 эВ)
со слабой анизотропией закона дисперсии энергии электрона квадратной решеї { і} _ 0.8 - 1.0).
6. Установлено, что мнимая и вещественная часта затравочной двухчастичной к( реляционной функции "плотность-плотность" имеют логарифмическую сингулі ность по частоте в двумерной электрон-примесной системе (с малой копцент] цией примеси) с косинусным законом дисперсии в призвольном электрическ папе. Доказано, что в случае двумерного косинусного закона дисперсии знері электрона положение резкого максимума в зависимости сопротивления от скорі ти дрейфа электронного облака сдвигается в область более низких значений сравнению со случаем спстем с трехмерным квадратичным законом дпсперспп
Апробация работы. Материалы настоящей диссертационной работы бь докладывались и обсуждались на 4-ом Всесоюзном Симпозиуме "Неоднородв электронные состояния" (1991г., г.Новосибирск), 3-м Всесоюзном Совещании Высокотемпературной Сверхпроводимости (1991г., г.Харьков), на 29 - м Всесоюзг Совещании по Физике Низких Температур (1992г., г. Казань) , па Националы Конференции по Физике "Констанца - 93" (1993 г., г.Констанца, Румыния), її Конгресе Румыно-Американской Академии Науки и Искусств "Молдова: Ощ тие Науки и Культуры на Запад" (1993г., г.Кишииев), на 4 - й Международі конференции "M2S - HTSC - IV" (1994г., г.Гренобль, Франция), а также заседаниях Отдела Статистической Физики ИПФ АН Молдовы.
Публікація!. По материалам диссертации опубликовано 15 работ в централь-їой и зарубежной печати, названия которых приведены в списке літератури.
Структура и объем днссертаціш. Работа состоит из введения, трех оригинальных глав, заключения, трех приложений и списка литературы. Полный объем ;оставляет 130 страниц машинописного текста, в том числе 29 рисунков на 15 правилах, двух таблиц на 2 страницах, трех приложений па 7 страницах. Список гятературы содержит 90 наименований па 8 страницах.
