ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#451   morozov » Сб сен 01, 2012 2:40

Природа “шахматного порядка” в купратных ВТСП

Одной из причин того, что так долго не удается разобраться с механизмом высокотемпературной сверхпроводимости, является наличие в купратных ВТСП нескольких различных электронных состояний, либо мирно сосуществующих, либо конкурирующих между собой. В центре внимания сейчас находится псевдощелевая фаза, занимающая большую область фазовой диаграммы на плоскости температура – концентрация дырок p и окружающая “сверхпроводящий купол” на кривой Tc(p). В этой связи значительный интерес привлекает так называемый “шахматный порядок”, наблюдающийся методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) как в сверхпроводящем, так и в нормальном (в том числе в псевдощелевом) состоянии ВТСП. Он представляет собой модуляцию электронной плотности в плоскости a-b с периодом 4¸5 периодов решетки a0. Пока непонятно, какой из теоретических моделей шахматного порядка можно отдать предпочтение, поскольку все экспериментальные данные получены лишь для тех или иных небольших отдельных областей фазовой диаграммы купратов.

В работе [1] представлены результаты систематических исследований СТМ-спектров ВТСП Bi2-yPbySr2-zLazCuO6+x при различных T и p. Изучены оптимально допированные и недодопированные составы.


Изображение
Рис. СТМ-топография участка поверхности скола оптимально допированного ВТСП Bi2-yPbySr2-zLazCuO6+x с Tc = 35 К вдоль слоев BiO. Слои CuO2 находятся на » 0.5 нм глубже. Размеры участка 78.5 х 78.5 нм2.
На вставке – увеличенное изображение с размерами 11 х 11 нм2.

Показано, что “электронная шахматная решетка” (см. рис.) является статической (не флуктуирующей), бездисперсионной (одинаковой при разных напряжениях смещения) и не зависящей от температуры в довольно широком диапазоне от T<Tc до T>Tc. При увеличении p ее период увеличивается. Это говорит о том, что она, скорее всего, возникает вследствие формирования волны зарядовой плотности (CDW) в некотором направлении контура Ферми. Если это действительно так, то псевдощель представляет собой ни что иное как CDW. Но тогда, правда, непонятно, почему CDW ни разу не наблюдалась в экспериментах по рассеянию.

Л.Опенов

1. W.D.Wise et al., Nature Phys. 4, 696 (2008).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#452   morozov » Вс сен 02, 2012 2:05

Электронная структура безмедного ВТСП LaOFeP

Слоистая кристаллическая структура недавно открытых сверхпроводящих оксипниктидов [1] и наличие в них волны спиновой плотности при T » 130 К [2] указывают на определенное сходство безмедных и купратных ВТСП. Для описания электронной структуры “родительских” оксипниктидов было предложено два различных класса теоретических моделей. В приближении сильной связи основное состояние получалось антиферромагнитным (с локальными магнитными моментами на атомах Fe), а в приближении слабой связи – металлическим (с делокализованными электронами). Оставалось дождаться эксперимента.

В работе [3] измерены фотоэмиссионные спектры оксипниктида LaOFeP с Tc = 5.9 К (рис. 1a). Экспериментальные данные в целом согласуются с результатами расчетов плотности состояний в приближении функционала локальной плотности (рис. 1b) и свидетельствуют о существенном различии электронной структуры безмедных и купратных ВТСП: у последних при низкой концентрации носителей отсутствует резкий пик плотности состояний в окрестности уровня Ферми. Таким образом, “отправной точкой” для сверхпроводящих окси-пниктидов является, по-видимому, состояние с делокализованными электронами, а не моттовский (или антиферромагнитный) диэлектрик, как для купратных ВТСП.


Изображение
Рис. 1. (a) Проинтегрированный по углам фотоэмиссионный спектр LaOFeP. На вставке – спектр купратного ВТСП La2-xSrxCuO4. (b) Плотность состояний LaOFeP, рассчитанная в рамках LDA.

Л.Опенов

1. Y.Kamihara et al., J.Am.Chem.Soc. 128, 10012 (2008).

2. C. de la Cruz et al., Nature 453, 899 (2008).

3. D.H.Lu et al., Nature 455, 81 (2008).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#453   morozov » Ср сен 05, 2012 2:42

Сильные корреляции – причина устойчивости ВТСП к беспорядку

Сильное межэлектронное взаимодействие играет центральную роль в высокотемпературных сверхпроводниках [1]. Оно ответственно как за моттовское диэлектрическое состояние родительских соединений, так и за d-волновое сверхпроводящее состояние, формирующееся при допировании моттовского диэлектрика. Эксперимент свидетельствует о том, что высокотемпературная сверхпроводимость нечувствительна (или очень слабо чувствительна) к структурному беспорядку [2], тогда как стандартная БКШ-подобная теория предсказывает обратное [3]: d-волновое спаривание должно быстро подавляться как немагнитными, так и магнитными примесями или дефектами [4].

В работе [5] теория сверхпроводимости допированного моттовского диэлектрика обобщена на случай наличия в нем хаотически распределенных примесей. Показано, что электронные корреляции обеспечивают устойчивость сверхпроводимости к разупорядочению. Это связано, в первую очередь, с “экранировкой” беспорядка межэлектронным взаимодействием, в результате чего локальное нарушение сверхпроводящего порядка “залечивается” на гораздо более коротких расстояниях от примеси, чем в отсутствии таких взаимодействий. Полученные в [5] результаты позволяют объяснить данные многочисленных экспериментальных исследований дефектных ВТСП методами сканирующей туннельной спектроскопии и фотоэмиссии с угловым разрешением.

Л.Опенов

1. P.A.Lee et al., Rev. Mod. Phys. 78, 17 (2006).

2. H.Alloul et al., http://arxiv.org/abs/0711.0877 (2007).

3. А.А.Абрикосов, Л.П.Горьков, ЖЭТФ 39, 1781 (1960).

4. L.A.Openov, Phys. Rev. B 58, 9468 (1998).

5. A.Garg et al.,Nature Phys. 4, 762 (2008).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#454   morozov » Ср сен 05, 2012 12:59

Некогерентные и “несимметричные” куперовские пары в ВТСП

Каждый сверхпроводник характеризуется сверхпроводящей щелью D – энергией, которую необходимо затратить для разрыва одной куперовской пары. В обычных (“низкотемпературных”) сверхпроводниках D = 0 при температурах выше критической температуры Tc и возрастает по мере охлаждения образца ниже Tc. А в высокотемпературных купратных сверхпроводниках имеются многочисленные свидетельства наличия еще одной энергетической щели при T > Tc, которую называют “псевдощелью”[1]. Ее природа до сих пор окончательно неясна. В литературе обсуждалось два варианта: либо псевдощель появляется из-за формирования так называемых локальных пар [2] (но без необходимой для состояния с R=0 когерентности пар), либо она отражает наличие в ВТСП какого-то другого состояния, конкурирующего со сверхпроводящим состоянием. Различить эти два случая в принципе можно по наличию (для псевдощели сверхпроводящей природы) или отсутствию (в противном случае) электронно-дырочной симметрии спектров возбуждений квазичастиц относительно уровня Ферми.
Изображение
Фотоэмиссионные спектры Bi2Sr2CaCu2O8+d в двух различных точках поверхности Ферми (1 и 2)
при температуре выше и ниже Tc = 65 К. Слева – для точки 1 (ближе к узловому направлению),
справа – для точки 2 (ближе к антиузловому направлению).
Специалисты из Brookhaven National Laboratory (США) представили результаты исследования фотоэмиссионных спектров слабо допированного ВТСП Bi2Sr2CaCu2O8+d [3], которые ясно показывают, что на участке поверхности Ферми вблизи так называемого “антиузлового направления” (то есть направления, вблизи которого сверхпроводящая щель при T < Tc максимальна) спектры симметричны как выше, так и ниже Tc (см. рис.). Таким образом, в этой области поверхности Ферми псевдощель имеет сверхпроводящую природу. Но ближе к “узловому направлению” (вдоль которого d-волновая сверхпроводящая щель при T < Tc обращается в нуль) электронно-дырочная симметрия спектров при T > Tc отсутствует (см. рис.), то есть здесь псевдощель не имеет никакого отношения к некогерентным парам (куперовским или же локальным). Следовательно, спаривание носителей (без их конденсации) выше Tc происходит только в определенных направлениях импульсного пространства и соответствующих им направлениях координатного пространства, а именно – в направлениях связей Cu-O. Этот результат согласуется с теориями, предсказывающими “одномерный” характер спаривания в ВТСП [4], и позволяет отчасти понять причину противоречивости имеющихся в литературе экспериментальных данных о природе псевдощели.

Л.Опенов

1. М.В.Садовский, УФН 171, 539 (2001).

2. V.M.Loktev et al., Phys. Rep. 349, 1 (2001).

3. H.-B.Yang et al., Nature 456, 77 (2008).

4. A.M.Tsvelik et al., Phys. Rev. Lett. 98, 237001 (2008).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#455   morozov » Чт сен 06, 2012 0:31

Безмедные ВТСП (взгляд с Урала)

Сразу три обзора высокотемпературной сверхпроводимости в безмедных FeAs-соединениях одновременно опубликованы в декабрьском номере УФН за 2008 год [1-3]. Примечательно, что авторы всех этих обзоров – из Екатеринбурга (Институт электрофизики УрО РАН, Институт химии твердого тела УрО РАН, Институт физики металлов УрО РАН). Как отметил В.Л.Гинзбург в преамбуле “От редколлегии”, авторы излагают несколько различные точки зрения на физику новых сверхпроводников. Оно и понятно, ведь исследования этого класса материалов сейчас в самом разгаре, и для однозначных выводов часто просто не хватает экспериментальных данных.

Помимо обязательного для подобного рода обзоров набора соответствующим образом систематизированных “объективных” данных (методы синтеза, основные физические свойства, кристаллическая и электронная структура, коллективные возбуждения и пр.), их критического анализа и обширного списка литературы, особый интерес всегда представляет “субъективное” мнение авторов на те или иные вопросы, пока остающиеся открытыми. Отправляя читателя за деталями к первоисточникам [1-3], заметим, что в [1] высказано предположение о вероятном различии микроскопических механизмов спаривания в купратных (“почти однозначно электронный механизм”) и безмедных (“роль электрон-фононного взаимодействия, по-видимому, может оказаться вполне существенной”) ВТСП, а в [3] – о спин-флуктуационном механизме спаривания в обеих системах.

И, наверное, стоит сказать, что сравнительная “простота” FeAs-сверхпроводников может оказаться обманчивой. Ведь в первое время после открытия ВТСП и речи не было о псевдощели, страйпах и т.п. Безмедные ВТСП тоже могут преподнести нам свои сюрпризы. Как справедливо отмечено в [2], исследования нового класса сверхпроводящих материалов только начинаются. Необходимы дальнейшие эксперименты в сочетании с их тщательным теоретическим анализом. И еще: может, не стоит так уж зацикливаться на оксипниктидах, а покопаться в других строчках и столбцах Таблицы Менделеева? Ведь, пожалуй, главное, за что мы должны благодарить безмедные ВТСП (а точнее – их первооткрывателей) – это “ликвидация монополии купратов в физике высокотемпературной сверхпроводимости” [1] и осознание того факта, что “явление ВТСП гораздо шире распространено, чем было принято считать последние 20 лет” [1].

1. М.В.Садовский, УФН 178, 1243 (2008).

2. А.Л.Ивановский, УФН 178, 1273 (2008).

3. Ю.А.Изюмов, Э.З.Курмаев, УФН 178, 1307 (2008).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#456   morozov » Пт сен 07, 2012 15:00

Фактор когерентности в купратных ВТСП

Отличительным признаком сверхпроводящего состояния является макроскопическая фазовая когерентность. В этом отношении сверхпроводники схожи со сверхтекучими жидкостями, но отличаются от последних наличием куперовских пар. Характеристики квазичастичных возбуждений в сверхпроводнике существенно зависят от внутренней структуры пар, что проявляется в усилении когерентности между процессами рассеяния ki ® kf и -kf ® -ki. Математически это выражается в появлении у матричного элемента рассеяния так называемого фактора когерентности (или когерентного множителя) G(ki,kf), чувствительного к фазе сверхпроводящего параметра порядка Δ и к симметрии рассеивающего потенциала относительно обращения времени. В сверхпроводниках с s-волновой симметрией Δ фактор когерентности приводит к ряду специфических эффектов, таких как максимум на температурной зависимости скорости релаксации ядерного спина чуть ниже Tc. В анизотропных же сверхпроводниках влияние фактора когерентности подавлено сильной (в купратных ВТСП – d-волновой) зависимостью Δ от k, и поэтому экспериментальное наблюдение связанных с ним эффектов затруднено.

В работе [1] японские и американские ученые разработали методику, позволяющую судить о зависимости фактора когерентности анизотропного сверхпроводника от импульса по изменению туннельных спектров в магнитном поле. Магнитные вихри являются центрами рассеяния квазичастиц, и поэтому в их окрестности этот фактор проявляется более отчетливо. Свою методику авторы [1] применили к ВТСП Ca2-xNaxCuO2Cl2 с x = 0.14 и Tc = 28 К. Эксперимент проводили при T = 1.6 К и H £ 12 Тл. Фурье-анализ спектров, полученных путем сканирования, показал, что фактор когерентности в ВТСП ведет себя, как ему и положено в d-волновом сверхпроводнике с узлами Δ (что, впрочем, и ожидалось). Интересным “побочным” результатом стало обнаружение при больших H целой области импульсного пространства (а не просто линий), в которой Δ=0. Эта область расположена в окрестности “исходных” (при H=0) узлов Δ и увеличивается с ростом H. Полученные результаты согласуются с теоретическими предсказаниями ("эффект Воловика"). Развитую в [1] методику можно применить и к другим анизотропным сверхпроводникам (например, p-волновым и s*-волновым). Ее можно также модифицировать для изучения фактора когерентности при рассеянии квазичастиц на обычных примесях выше Tc, что даст новую информацию о псевдощелевом состоянии ВТСП.

Л.Опенов

1. T.Hanaguri et al., Science 323, 393 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#457   morozov » Вс сен 09, 2012 2:17

Эффект Нернста и страйпы в ВТСП

Если в металлическом образце создать градиент температуры (например, вдоль оси x) и поместить этот образец в магнитное поле (вдоль оси z), то в поперечном направлении (по оси y) возникнет разность потенциалов, то есть – электрическое поле. Этот эффект называется эффектом Нернста. Количественно он определяется коэффициентом Нернста n в соотношении Ey=nB(¶T/¶x). В однозонных металлах величина n обычно мала, а в многозонных – напротив, велика, то есть эффект Нернста очень чувствителен к форме поверхности Ферми, что можно использовать для регистрации изменения топологии последней. Например, резкий рост n в URu2Si2 сигнализирует о переходе металл – полуметалл.
Изображение
Фазовая диаграмма La1.8-xEu0.2SrxCuO4 в координатах температура – концентрация дырок p.
Страйповый порядок возникает при p ≈ 0.25 и усиливается по мере уменьшения p.

До недавнего времени большую положительную величину n в купратных ВТСП при T > Tc объясняли флуктуационной сверхпроводимостью. Исследования, выполненные японскими, канадскими и американскими учеными [1], показали, что это не так (или, по крайней мере, не всегда так). При охлаждении ВТСП La1.6-xNd0.4SrxCuO4 (Tc ≈ 20 К) увеличение n начинается при температуре Tn, примерно в два раза превышающей температуру TCO, при которой (как показали исследования ядерного квадрупольного резонанса и дифракции рентгеновских лучей) в этом ВТСП формируется так называемый “страйповый порядок”. По мере понижения температуры до TCO величина n возрастает весьма значительно. В передопированных образцах, где страйпы отсутствуют, рост n не наблюдался. Было показано, что сверхпроводящие флуктуации тоже дают вклад в n, но при более низких, близких к Tc температурах. Аналогичные результаты получены в [1] и для ВТСП La1.8-xEu0.2SrxCuO4 (см. рис.). Авторы [1] делают вывод, что упорядочение страйпов сопровождается реконструкцией поверхности Ферми. Тот факт, что Tn значительно выше TCO, свидетельствует о сильных флуктуациях страйпов при T > TCO. Представляет интерес детальнее изучить эффект Нернста в недодопированном ВТСП YBa2Cu3Oy, где, возможно, имеет место кардинальная перестройка дырочной поверхности Ферми, сопровождающаяся образованием электронных “карманов”.

1. O.Cyr-Choinière et al., Nature 458, 743 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#458   morozov » Пн сен 10, 2012 1:23

Сверхпроводящий, когда мокрый

Высокотемпературная сверхпроводимость слоистых оксипниктидов была открыта в соединении LaFeAsO, допированном фтором. Вскоре были найдены и другие безмедные ВТСП из этого семейства. Все они становятся сверхпроводниками только после соответствующего допирования (дырочного или электронного). Критическая температура Tc максимальна (56 К) в GdFeAsO, допированном таллием. Недавно, однако, появилось сообщение [1] о сверхпроводимости недопированного арсенида стронция и железа SrFe2As2. История почти детективная. Тонкие пленки SrFe2As2, полученные лазерным осаждением, оказались несверхпроводящими, как и ожидалось. Но при повторных измерениях, выполненных через несколько часов, в них обнаружили сверхпроводящий переход при Tc = 26 К. Все это время пленки хранились на воздухе. Было понятно, что именно из воздуха в них попало “нечто”, кардинально изменившее электрические свойства. Стали разбираться. Поочередно исключили примеси кислорода, азота и диоксида углерода в качестве возможных стимуляторов сверхпроводимости. Оказалось, что все дело в парах, которые проникают в пленки из окружающей атмосферы. Вообще-то эффект появления сверхпроводимости за счет интеркаляции молекул воды был известен и ранее. Он наблюдался в некоторых экзотических слоистых сульфидах и оксидах. Но всякий раз это было связано с увеличением межслоевого расстояния, то есть – с “двумеризацией” кристаллической решетки (и, соответственно, электронных характеристик). А проникновение воды в SrFe2As2, как выяснилось, приводит к сближению атомных слоев. Чем объяснить “мокрую сверхпроводимость” оксипниктидов? Ответ на этот вопрос может, во-первых, стать ключом к механизму сверхпроводимости безмедных ВТСП, а во-вторых – подсказать путь повышения их критической температуры.

По материалам заметки
Nature Mater. 8, 370 (2009)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#459   morozov » Пн сен 10, 2012 19:19

сверхпроводники

Изотопический эффект в безмедных ВТСП

Теоретические расчеты [1] показывают, что критическая температура Tc “железистых” ВТСП слишком высока для фононного механизма спаривания, и их сверхпроводимость может быть следствием взаимодействия электронов с сильными ферромагнитными или антиферромагнитными флуктуациями [2]. Впрочем, не вполне понятно, насколько таким расчетам можно доверять, поэтому особую ценность сегодня приобретает любая новая экспериментальная информация о сверхпроводящих характеристиках оксипниктидов. В работе [3] китайские физики изучили влияние изотопического замещения 18O/16O и 56Fe/54Fe на Tс двух типичных представителей безмедных ВТСП – Ba1-xKxFe2As2 с x = 0.4 и SmFeAsO1-xFx с x = 0.15. Для кислорода коэффициент a = -dlnTc/dlnM , характеризующий изотопический сдвиг Tс, оказался очень маленьким, около 0.05, тогда как для железа a ≈ 0.35 – довольно близко к “фононному стандарту”a = 0.5. Казалось бы, очко в пользу фононов. Но авторы [3] пошли дальше и посмотрели, как изотопическое замещение влияет не только на Tc, а еще и на температуру TSDW перехода исходных соединений с x = 0 в состояние с волной спиновой плотности. И нашли aSDW = -dlnTSDW/dlnM ≈ 0.05 для кислорода и aSDW ≈ 0.37 для железа.

Поскольку общепринятой теории влияния изотопического замещения на магнитные фазовые переходы в настоящее время не существует, то полученные в [3] результаты можно интерпретировать по-разному. С одной стороны, большая величина a говорит о том, что электрон-фононное взаимодействие играет в сверхпроводимости оксипниктидов определенную роль, а с другой – очевидно наличие сильного фонон-магнонного взаимодействия. Поэтому может оказаться, что изотопическое изменение Tc связано в конечном итоге с изменением не фононного, а магнонного спектра. Наверное, при анализе этих данных не помешает еще раз вернуться к купратным ВТСП, в которых изотопический эффект крайне чувствителен к уровню допирования: в оптимально допированных образцах он практически отсутствует, а в недодопированных систематически увеличивается по мере приближения к антиферромагнитной области фазовой диаграммы. Налицо какая-то хитрая взаимосвязь решеточных и магнитных степеней свободы. Может быть, именно здесь прячется механизм, который мы так долго ищем?

Одной из основных характеристик сверхпроводников является критическая плотность тока Jc (и, соответственно, критический ток Ic). В купратных ВТСП величина Jc при H=0 очень большая, но с ростом H быстро уменьшается, что ограничивает использование ВТСП в силовых электрических устройствах и обмотках мощных магнитов при температуре жидкого азота. Для увеличения Jc в сверхпроводник намеренно вводят дефекты – центры пиннинга, которые препятствуют свободному перемещению магнитных вихрей, приводящему к диссипации энергии. Задача состоит в определении оптимальных размеров и формы центров пиннинга, а также их количества и расположения в образце.

Л.Опенов

1. L.Boeri et al., Phys. Rev. Lett. 101, 026403 (2008).

2. X.Dai et al., Phys. Rev. Lett. 101, 057008 (2008).

3. R.H.Liu et al., Nature 459, 64 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#460   morozov » Ср сен 12, 2012 1:05

Сравнительный анализ влияния допирования и давления на структуру безмедных ВТСП

При выяснении механизма сверхпроводимости того или иного семейства сверхпроводников важно выявить общий для данного семейства элемент кристаллической структуры. В купратных ВТСП таковым являются слои CuO2, а в недавно открытых безмедных ВТСП – слои атомов Fe, находящихся в тетраэдрическом окружении атомов As (см. рис.). К настоящему времени установлены два основных отличия пниктидов от купратов: 1) у первых магнетизм родительской несверхпроводящей фазы обусловлен делокализованными электронами, а у вторых – локальными магнитными моментами; 2) в купратных ВТСП сверхпроводимость появляется только при “химическом допировании” (неизовалентном замещении одних элементов другими или изменении содержания кислорода), а у безмедных – еще и при воздействии высокого давления. Таким образом, и допирование, и сильное сжатие одинаковым образом изменяют какие-то характеристики пниктидов, существенные для их сверхпроводимости. Вопрос – какие?
Изображение
Фрагмент структуры BaFe2As2.
Желтым, фиолетовым и розовым цветом изображены атомы Fe, As и Ba, соответственно.

В работе [1] немецкие, французские и американские физики методом нейтронной дифракции изучили влияние допирования (Ba ® Ba1-xKx) и давления (Tc = 31 К при
P = 5.5 ГПа) на структуру BaFe2As2. Выяснилось, что в обоих случаях имеет место уменьшение длины связи Fe-Fe и угла As-Fe-As, а также подавление перехода из тетрагональной в орторомбическую фазу. Эти изменения кристаллической структуры приводят, в свою очередь, к изменению структуры электронной. Выполненные в [1] расчеты показали, что при допировании и увеличении P изменяется форма энергетических зон в окрестности уровня Ферми, ослабляется нестинг поверхности Ферми и дестабилизируется волна спиновой плотности. Авторы [1] делают вывод, что основным фактором, определяющим сверхпроводимость пниктидов, является (в отличие от купратов) не концентрация подвижных носителей, а вид электронной зонной структуры.

Л.Опенов

1. S.A.J.Kimber et al., Nature Mater. 8, 471 (2009)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#461   morozov » Ср сен 12, 2012 1:16

Высокотемпературные сверхпроводники: в поисках “спаривающего клея”

В середине прошлого века открытие изотопического эффекта навело авторов теории БКШ на мысль, что функцию “спаривающего клея”, связывающего электроны в куперовские пары, выполняют колебания кристаллической решетки – фононы. Это относится к обычным (так называемым низкотемпературным) сверхпроводникам. Что касается высокотемпературных сверхпроводников, то однозначных экспериментальных аргументов в пользу того или иного механизма спаривания для них пока не предъявлено. В купратных ВТСП с оптимальным уровнем дырочного допирования показатель степени изотопического эффекта a = -d(lnTc)/d(lnM) близок к нулю, что вроде бы говорит в пользу нефононной природы “клея”. Но при уменьшении концентрации дырок величина a быстро достигает БКШ-значения 0.5 и даже превышает его, свидетельствуя тем самым о существенной роли фононов для сверхпроводимости купратов. После сообщения [1] о том, что величина a ≈ 0.37 для температуры сверхпроводящего перехода Tc безмедных ВТСП SmFeAsO1-xFx с дырочным типом проводимости и Ba1-xKxFe2As2 с электронным типом проводимости почти в точности такая же, как и aSDW = -d(lnTSDW)/d(lnM) для температуры магнитного упорядочения TSDW в исходных несверхпроводящих соединениях с x = 0, стало понятно, что решеточные и магнитные степени свободы оксипниктидов нельзя рассматривать обособленно друг от друга. Существенно, что Tc и TSDW изменяются только при изотопическом замещении атомов Fe в слоях FeAs, но не атомов кислорода в промежуточных слоях. При этом теоретическая величина Tc, определенная на основании расчетов фононных спектров и константы электрон-фононного взаимодействия, составляет всего лишь 0.1 К – почти на три порядка меньше экспериментальной! Уже одно это заставляет усомниться в “чисто фононном” механизме сверхпроводимости оксипниктидов. Поскольку при допировании безмедных ВТСП дальний магнитный порядок исчезает (и в сверхпроводящем состоянии отсутствует), то к сверхпроводимости могут оказаться причастны короткодействующие спиновые флуктуации. И такие же флуктуации уже давно рассматриваются в качестве кандидатов на роль “спаривающего клея” в купратных ВТСП. Не исключено, таким образом, что механизм сверхпроводимости оксипниктидов и купратов одинаков, по крайней мере, в общих чертах. Впрочем, существует и другая точка зрения – спиновые флуктуации для спаривания вообще не нужны. В работе [2] физики из Loughborough University (Великобритания) предложили вариант модели Хаббарда-Фрелиха, согласно которому необходимыми ингредиентами высокотемпературной сверхпроводимости являются: 1) большая энергия хаббардовского отталкивания электронов на узлах решетки и 2) электрон-фононное взаимодействие – не очень сильное, но дальнодействующее (из-за слабой экранировки). Расчеты показывают, что даже в отсутствие спиновых флуктуаций сверхпроводящее состояние имеет d-волновую симметрию. Эта модель в принципе позволяет с единой точки зрения объяснить – сверхпроводимость как допированных моттовских диэлектриков, так и металлов с сильными кулоновскими корреляциями, то есть – и купратов, и оксипниктидов. Что при этом происходит с изотопическим эффектом, еще предстоит разобраться.

1. R.H.Liu et al., Nature 459, 64 (2009), см. ПерсТ 16, вып. 10, с. 1 (2009).

2. T.M.Hardy et al., Phys. Rev. B 79, 212501 (2009).

По материалам заметки “What is the glue?”,
D.G.Hinks, Nature Phys. 5, 386 (2009)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#462   morozov » Чт сен 13, 2012 0:30

Универсальные узловые возбуждения в купратных ВТСП

Для описания характеристик обычного d-волнового БКШ-сверхпроводника с угловой зависимостью сверхпроводящей щели D=D0cos(2q), то есть для определения спектра квазичастичных возбуждений, критической температуры Tc, температурной зависимости D и т.д. достаточно знать одну характерную энергию – D0. В купратных ВТСП это не так: D как функция температуры и уровня допирования ведет себя совершенно по-разному в узловом (q = 450) и антиузловом (q=0) направлениях (здесь q – угол, отсчитанный от связи Cu-O). Единого мнения о деталях этого поведения у экспериментаторов пока нет. Между тем для понимания механизма высокотемпературной сверхпроводимости важно знать, спаривание в какой именно области импульсного пространства определяет величину Tc и приводит к ее максимуму при некоторой оптимальной концентрации дырочных носителей p.

Изображение
Рис.1. Угловые зависимости щели в недодопированных (UD), передопированных (OV) и оптимально допированном (OP) образцах. Цифры на вставках – величина Tc в Кельвина. Кривые одного цвета отвечают различным значениям напряжения смещения. Стрелки указывают начало отклонения от косинусоидальной зависимости при удалении от узлового направления.

В работе [1] методом сканирующей туннельной микроскопии высокого разрешения детально исследованы локальные вольт-амперные характеристики монокристаллов Bi2Sr2CaCu2O8+d с различным содержанием кислорода и, соответственно, с различной концентрацией дырок 0.07 < p < 0.24 и различной 35 K < Tc < 91 K. Выяснилось, что в недодопированных образцах угловая зависимость D вблизи узлового направления является универсальной, D ~ cos(2q) вне зависимости от p и Tc, а отклонение от нее (по мере удаления от узла) начинается тем раньше, чем ниже Tc, то есть чем меньше p (рис.1) Таким образом, величина Tc увеличивается с ростом относительной доли поверхности Ферми, на которой D ~ cos(2q). Максимум Tc достигается, когда почти на всей поверхности Ферми зависимость D(q) имеет этот универсальный вид (отклонение от косинусоидальной формы имеет место только вблизи антиузлового направления).

А вот в передопированных образцах универсальность D(q) отсутствует во всем диапазоне q (рис.1). Чтобы выяснить взаимосвязь D в окрестности узлового направления с максимальной величиной D0 в антиузловом направлении, авторы [1] поступили следующим образом. Для каждого образца они определили “универсальную узловую щель DN” (являющуюся мерой силы спаривающего взаимодействия вблизи узла) путем экстраполяции D(q) от q » 450 к q = 0 (пунктирные линии на рис.1). В передопированных образцах наблюдается четкая корреляция DN и D0 (для обычной d-волны DN = D0), тогда как при уменьшении концентрации дырок DN как функция D0 медленно уменьшается (рис.2).

Изображение
Рис.2. Щель DN, полученная экстраполяцией из узловой области к q = 0, как функция максимальной щели D0 в антиузловом направлении. Пунктирными линиями изображены зависимости DN от D0, ожидаемые для случаев, когда DN пропорциональна критической температуре Tc или температуре появления псевдощели T*.

Максимум DN достигается при оптимальном допировании. В недодопированных образцах повышение температуры выше Tc приводит к появлению конечных участков бесщелевых возбуждений в узловых направлениях, и формируются так называемые фермиевские дуги. Обращает на себя внимание тот факт, что во всех изученных образцах с низким уровнем допирования эти дуги при T > Tc занимают те области импульсного пространства, в которых при T < Tc имеет место “универсальная” косинусоидальная зависимость D от q, поэтому при понижении концентрации дырок длина дуг уменьшается.

Итак, в целом вырисовывается следующая картина. При избыточном допировании уменьшение концентрации дырок ведет к росту как Tc, так и D(q), причем D(q) ~ cos(2q) почти во всем диапазоне 0 < q < 450, то есть можно предположить, что в формировании сверхпроводящего состояния участвует вся поверхность Ферми. Ниже оптимального уровня допирования щель в окрестности узлового направления перестает зависеть от концентрации дырок, то есть при приближении к состоянию моттовского диэлектрика сила спаривающего взаимодействия выходит на насыщение. Зато при этом монотонно уменьшаются размеры участков поверхности Ферми, где D(q) ~ cos(2q). При T > Tc именно в этих участках возникают фермиевские дуги. Из полученных результатов логично следует гипотеза, что вклад в сверхпроводимость дает только та часть поверхности Ферми, на которой D(q) ~ cos(2q). Что касается максимальной щели D0 в антиузловом направлении, то ее природа остается непонятной.

Л.Опенов

1. A.Pushp et al., Science 324, 1689 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Миныч
Сообщения: 404
Зарегистрирован: Сб фев 07, 2009 21:50
Откуда: Ногинск
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#463   Миныч » Чт сен 13, 2012 17:27

Наткнулся тут на фразу в статье про топологические изоляторы:
Colloquium Topological insulators.pdf
---Topological insulators can be understood within
the framework of the band theory of solids _Bloch,
1929_. It is remarkable that after more than 80 years,
there are still treasures to be uncovered within band
theory.
В переводе значит примерно следующее:
Замечательно то, что спустя более чем 80 лет в зонной теории обнаруживаются такие сокровища!!!

Вся шумиха со сверхпроводимостью и особенно с ВТСП есть не что иное, как такое же сокровище в той же самой образца 1929 года зонной теории металлов, изоляторов, полупроводников, сверхпроводников, на которую 80 лет любовались любители чтения популярных и профессиональных книжек, вроде здешнего вундеркинда, но не видели абсолютно ничего нового, сверх того, что опубликовал Блох.

Блох мог, в принципе, найти объяснение сверхпроводимости, но не допек, как впрочем и все известные науке "немецкие" и "советские" физики.

Ближе всех был Фрёлих к разгадке, но странным образом не увидел, что главное в сверхпроводимости не фононы, а электроны внутри зон вблизи состояний,где электроны называют дырками, и ионы, которые в тысячи раз тяжелее электронов.
Дырки неустойчивы, как состояния электронов и не спариваются, как в бреде сивой кобылы БКШ, а находят более низкие по энергии, чем блоховские состояния, "сверхпроводящие" уровни, на которые помещаются "сверхпроводящие" электроны. Эти сверхпроводящие уровни есть линейная комбинация ДВУХ волновых функций (дырочных) уровней , связанных большим матричным элементом,который дает параметр порядка.

ВТСП бывает и при низких температурах. Псевдощель и сверхпроводящая щель имеют один и тот же параметр порядка как физическое явление, но в случае псевдощели, получается диэлектрическая щель по определенному направлению, в купратах, например по антинодальным направлениям.

Пользуйтесь, ребята :mrgreen:
1. Физики большие мастаки в подгонке теорий к фактам и фактов к теориям (Миныч).
2. Убеждения - более опасные враги истины, чем ложь (Ф. Ницше).
3. ВТСП: "здесь должен быть подземный ход" (Абдулла).
### Миныч: мой журнал ###

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32481
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#464   morozov » Пт сен 14, 2012 0:28

Псевдощель, сверхпроводимость и квантовая критическая точка в ВТСП

На фундаментальный вопрос о природе псевдощелевого состояния высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) пока нет однозначного ответа. На фазовой диаграмме этому состоянию отвечает область промежуточного допирования p, расположенная между фазами моттовского диэлектрика (p=0) и ферми-жидкости (p>0.25). При слабом допировании (p<0.05) определяемая по эффекту Холла концентрация дырок nH ≈ p, тогда как в ферми-жидкостном состоянии nH ≈ p+1. Это говорит о том, что на каком-то этапе допирования происходит резкое увеличение площади поверхности Ферми. Вопрос – на каком? И связано ли это с псевдощелью?
Изображение
Рис.1. Температурная зависимость удельного сопротивления ρ в плоскости ab монокристаллов Nd-LSCO с различным уровнем допирования p = 0.20 и p = 0.24 при H = 35 Тл > Hc2(0). Величина T* ≈ 80 К при p = 0.20 – температура появления псевдощели, определяемая как температура, при которой зависимость ρ(T) начинает отклоняться от линейной. При p=0.24 кривая ρ(T) строго линейна вплоть до T = 1 К.

В работе [1] ученые из США и Канады представили результаты исследования эволюции электронной структуры La1.6-xNd0.4SrxCuO4 по мере увеличения p. Этот ВТСП был выбран по причине его сравнительно низкой максимальной Tc ≈ 20 К, что делает возможным полное подавление сверхпроводимости магнитным полем и изучение характеристик нормального состояния вплоть до T=0. Температуру появления псевдощели T* авторы [1] определяли по началу отклонения температурной зависимости сопротивления от линейной (рис. 1), а концентрацию носителей nH – по коэффициенту Холла. Было показано, что величина T* обращается в нуль при p* ≈ 0.24 (сопротивление становится строго линейным по температуре). При этом nH = 0.3 ± 0.05 ≈ p для p=0.20 и nH = 1.3 ± 0.15 ≈ 1+p для p=0.24, то есть исчезновение псевдощели сопровождается качественным изменением вида поверхности Ферми (чем больше ее площадь, тем больше носителей заряда может на ней разместиться, то есть тем выше nH). Величина p* соответствует квантовой критической точке (ККТ) при T=0. Она меньше величины pc≈0.27, при которой с ростом допирования исчезает сверхпроводимость (рис. 2). Это согласуется с имеющимися в литературе косвенными экспериментальными данными для других систем ВТСП.

Помимо очередного подтверждения наличия ККТ в ВТСП, полученные в [1] результаты накладывают на теорию псевдощелевой фазы следующие ограничения: 1) возникновение псевдощели сопровождается кардинальной перестройкой поверхности Ферми и 2) при p=p* сопротивление зависит от температуры строго линейно вплоть до T = 0. Сам факт существования ККТ сейчас объясняют два сорта моделей, одни из которых связывают псевдощель с нарушением какой-либо симметрии, а другие – с переходом от нескольких маленьких дырочных “карманов” к большой поверхности Ферми. Но предстоит еще разобраться, что здесь является причиной, а что – следствием…
Изображение
Рис.2. Фазовая диаграмма Nd-LSCO в координатах p-T. Здесь Tc – критическая температура, T* - температура появления псевдощели, Tm – температура магнитного упорядочения, Tch – температура зарядового упорядочения.

Еще один интересный результат, касающийся псевдощели, получили швейцарские, японские и американские физики [2]. Они выполнили гораздо более детальный, чем в предыдущих работах, анализ ARPES-спектров недодопированных, оптимально допированных и передопированных монокристаллов ВТСП Bi2Sr2CuO6+x. Их целью было внести ясность в вопрос о том, имеет ли псевдощель отношение к сверхпроводимости. До сей поры данные ARPES интерпретировались по-разному, поскольку из-за низкой разрешающей способности метода было очень трудно отличить “несверхпроводящую псевдощель” (связанную, например, с волной зарядовой плотности) от “сверхпроводящей псевдощели”, появляющейся из-за наличия при T>Tc некогерентных куперовских пар.
Авторы работы [2] изучили корреляцию между спектральными весами WCP и WPG сверхпроводящего когерентного пика при T < Tc и псевдощелевой особенности при T* > Tc. Сопоставив данные, полученные для разных участков поверхности Ферми при различных температурах и концентрациях носителей, они пришли к выводу, что по мере удаления от узлового направления (линии нулей d-волновой сверхпроводящей щели) и приближения к антиузловому направлению (где щель максимальна) величина WCP всегда изменяется немонотонно: сначала она увеличивается (в соответствии с увеличением щели), а затем вновь уменьшается (рис. 3).
Изображение
Рис.3. Изменение спектрального веса сверхпроводящего когерентного пика WCP (в процентах от суммы WCP+WPG) на поверхности Ферми. Уголы j = 0 и 450 отвечают узловому и антиузловому направлениям, соответственно. OD – передопированный образец, OP – оптимально допированный, UD – недодопированный.

При этом WPG, напротив, монотонно возрастает, достигая максимума в антиузловом направлении. Из этого был сделан вывод, что сверхпроводящее и псевдощелевое состояния конкурируют друг с другом. Но это вовсе не означает, что в основе того и другого лежат разные микроскопические взаимодействия. Классический пример: в обычных низкотемпературных сверхпроводниках усиление электрон-фононного взаимодействия (ответственного за куперовское спаривание) приводит к зарядовому упорядочению, которое подавляет сверхпроводимость. Определенно можно сказать лишь то, что псевдощель не связана с некогерентными куперовскими парами, поскольку при охлаждении ниже Tc псевдощелевая спектральная особенность не трансформируется плавно в когерентный сверхпроводящий пик, а изменяется совершенно по-другому. Взаимодействия, которые приводят к образованию псевдощели, препятствуют сверхпроводящей когерентности на определенных участках поверхности Ферми. Авторы [2] отмечают также, что их результаты свидетельствуют о неприменимости к ВТСП модели резонирующих валентных связей (RVB), по крайней мере, в ее простейшем варианте.

Л.Опенов

1. R.Daou et al., Nature Phys. 5, 31 (2009).

2. T.Kondo et al., Nature 457, 296 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Миныч
Сообщения: 404
Зарегистрирован: Сб фев 07, 2009 21:50
Откуда: Ногинск
Контактная информация:

ВТСП ОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#465   Миныч » Сб сен 15, 2012 0:56

“Don’t you see?” said the Professor. “It’s a superconductor.”
“But that’s incredible!” Dr. Fenster said. “At room temperature?”
“So it appears. There’s no other explanation.”
“A superconductor?” Danny put in. “What’s that?”
Danny Dunn and the Swamp Monster
McGraw-Hill Book Company, Inc. New York, New York, USA. 1971
1. Физики большие мастаки в подгонке теорий к фактам и фактов к теориям (Миныч).
2. Убеждения - более опасные враги истины, чем ложь (Ф. Ницше).
3. ВТСП: "здесь должен быть подземный ход" (Абдулла).
### Миныч: мой журнал ###

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»