ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#631   morozov » Ср дек 17, 2014 14:34

Неравновесная структура YBa2Cu3O6.5
подозревается в комнатнотемпературной сверхпроводимости

Терагерцовые оптические импульсы индуцируют в недодопированном купратном ВТСП YBa2Cu3O6.5 с Tc » 50 К неравновесное состояние, в котором даже при комнатной температуре наблюдается когерентный межслоевой транспорт, сильно напоминающий сверхпроводимость [1, 2]. Чтобы понять причину такого необычного эффекта, авторы статьи [3] (Германия, Франция, Швейцария, США, Великобритания) изучили структуру этого экзотического состояния с помощью фемптосекундной рентгеновской дифракции (см. рис.).

Изображение

Структура неравновесного состояния YBa2Cu3O6.5


Они обнаружили, что нелинейные возбуждения решетки приводят к уменьшению расстояния между парами слоев CuO2, увеличению расстояния между слоями CuO2 в каждой паре и изгибу связи O-Cu-O в каждом слое. Численные расчеты в рамках теории функционала плотности показали, что незначительные, на первый взгляд, изменения кристаллической структуры приводят к довольно сильному изменению структуры электронной. В частности, возрастает вклад 3d-орбиталей меди типа x2-y2 в плотность электронных состояний на уровне Ферми, что, по мнению авторов, и способствует сверхпроводимости.

Л.Опенов

1. S.Kaiser et al., Phys. Rev. B 89, 184516 (2014).

2. W.Hu et al., Nature Mater. 13, 705 (2014).

3. R.Mankowsky et al., Nature 516, 71 (2014).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#632   morozov » Ср дек 17, 2014 18:12

Direct spectroscopic evidence for phase competition between the pseudogap and superconductivity in Bi2Sr2CaCu2O8+δ
Makoto Hashimoto, Elizabeth A. Nowadnick, Rui-Hua. He, Inna M. Vishik, Brian Moritz, Yu He, Kiyohisa Tanaka, Robert G. Moore, Donghui Lu, Yoshiyuki Yoshida, Motoyuki Ishikado, Takao Sasagawa, Kazuhiro Fujita, Shigeyuki Ishida, Shinichi Uchida, Hiroshi Eisaki, Zahid Hussain, Thomas P. Devereaux, Zhi-Xun Shen
(Submitted on 20 May 2014)

In the high-temperature (Tc) cuprate superconductors, increasing evidence suggests that the pseudogap, existing below the pseudogap temperature T*, has a distinct broken electronic symmetry from that of superconductivity. Particularly, recent scattering experiments on the underdoped cuprates have suggested that a charge ordering competes with superconductivity. However, no direct link of this physics and the important low-energy excitations has been identified. Here we report an antagonistic singularity at Tc in the spectral weight of Bi2Sr2CaCu2O8+δ as a compelling evidence for phase competition, which persists up to a high hole concentration p ~ 0.22. Comparison with a theoretical calculation confirms that the singularity is a signature of competition between the order parameters for the pseudogap and superconductivity. The observation of the spectroscopic singularity at finite temperatures over a wide doping range provides new insights into the nature of the competitive interplay between the two intertwined phases and the complex phase diagram near the pseudogap critical point.

http://lanl.arxiv.org/pdf/1405.5199v1
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#633   morozov » Пт дек 26, 2014 19:59

Почему у монослоя FeSe на подложке SrTiO3 такая высокая Tc?

Критическая температура Tc объемных образцов безмедного ВТСП FeSe очень низкая, Tc ≈ 8 К, а в монослое FeSe на подложке SrTiO3 достигает почти 70 К [1] (рекорд для селенидов/пниктидов железа). Чтобы разобраться в причинах такой “аномалии”, авторы работы [2] (США, Канада) изучили ARPES-спектры этих тончайших пленок. Они обнаружили в их электронной структуре необычные “зоны-копии”, обязанные своим происхождением взаимодействию электронов с оптическими фононами подложки. О чем это говорит? Мнения разделились: одни считают, что фононы просто усиливают основное (электронное) спаривающее взаимодействие, а другие – что механизм сверхпроводимости FeSe – чисто фононный (к слову сказать, константа электрон-фононного взаимодействия достаточно велика, λ ≈ 0.5, а сверхпроводящая щель почти изотропна на всей поверхности Ферми). Так или иначе, эксперименты с монослоями FeSe/SrTiO3 подсказывают путь дальнейшего кардинального увеличения их критической температуры: для “сэндвичей” SrTiO3/FeSe/SrTiO3 оценка дает рост Tc в 2.5 раза – Температурная зависимость сверхпроводящей щели ∆ в монослое FeSe/SrTiO3 (∆=0 при T = 58 ± 7 К).
Изображение
Температурная зависимость сверхпроводящей щели ∆
в монослое FeSe/SrTiO3 (∆=0 при T = 58 ± 7 К).

Л.Опенов

1. D.F.Liu et al., Nature Commun. 3, 931 (2012).

2. J.J.Lee et al., Nature 515, 245 (2014).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#634   morozov » Пт янв 16, 2015 13:48

“Вонючая” сверхпроводимость при 190 К

Максимальная критическая температура купратных ВТСП составляет Tc = 133 К при атмосферном давлении и Tc = 164 К при очень большом. Поскольку природа сверхпроводимости купратов так до сих пор и не понята, то перспективы найти еще более высокотемпературные сверхпроводники в этом классе соединений остаются туманными. Между тем старая добрая теория БКШ дает четкие ориентиры, где искать: среди материалов с высокочастотными фононами, сильным электрон-фононным взаимодействием и большой плотностью электронных состояний на уровне Ферми. Если все эти условия выполняются, то Tc будет высокой вне зависимости от того, нравится вам фононный механизм куперовского спаривания или нет. А выполняются они в металлическом водороде и ковалентных водородсодержащих соединениях. Для последних теория дает Tc = 100 ÷ 235 К, но на эксперименте Tc выше 17 К не наблюдалась.

Изображение

Зависимость температуры сверхпроводящего перехода от давления: синие и черные символы разные серии экспериментов для H2S, красные кружки - D2S, желто-серые кружки - чистая сера, серые звездочки - результаты расчетов [2] для H2S.


В работе [1] группа из Max-Planck Institut für Chemie (Германия) обнаружила, что при сжатии сероводорода H2S до P > 150 ГПа это дурно пахнущее в нормальных условиях вещество становится сверхпроводником с Tc = 190 К. О сверхпроводимости свидетельствует 1) резкое падение удельного сопротивления, которое становится на два порядка меньше, чем у меди; 2) понижение Tc при увеличении магнитного поля; 3) сильный изотопический эффект при замещении водорода на дейтерий (фононный механизм!?). Авторы высказывают предположение, что за сверхпроводимость ответственны гидриды SHn с n > 2, образующиеся при диссоциации H2S.



Л.Опенов

1. A.P.Drozdov et al., arXiv:1412.0460 (2014).

2. Y.Li et al., J. Chem. Phys. 140, 040901 (2014).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#635   morozov » Пн янв 19, 2015 0:29

Влияют ли спиновые флуктуации на динамику дырки в плоскости CuO2?

Для понимания природы сверхпроводимости купратных ВТСП нужно, прежде всего, разобраться с тем, как ведет себя одна-единственная дырка в антиферромагнитном слое CuO2. Задачу обычно упрощают, заменяя трехзонную модель Эмери на однозонную модель (Хаббарда или t-J). Так как в однозонных моделях спиновые и зарядовые флуктуации порождаются одними и теми же элементарными возбуждениями дырочной подсистемы, то трудно понять, какие же из них сильнее влияют на динамику дырки. А это важно, поскольку спиновые флуктуации – один из кандидатов на роль “спаривающего клея” в купратах.


Изображение


a – Cu3dx2-y2 и O2px/y орбитали в трехзонной модели плоскости CuO2;
b – эффективный перескок дырки с одного атома кислорода на другой сопровождается переворотом спинов дырки и атома меди; c – элементарная ячейка для неелевского магнитного порядка в трехзонной модели; d – магнитная (темная область) и полная зоны Бриллюэна; e – элементарная ячейка для неелевского магнитного порядка в пятизонной модели (дополнительные кислородные орбитали показаны красным цветом).



В работе [1] канадские физики, используя вариационный подход, рассчитали закон дисперсии дырки в трехзонной модели (рис. 1) и показали, что он количественно совпадает с экспериментальным при учете взаимодействия дырки с неелевской решеткой спинов без спиновых флуктуаций. Более того, расширение модели до пятизонной путем учета кислородных орбиталей, не гибридизованных с медными (рис. 1e), позволило объяснить наблюдаемое в экспериментах по фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением сильное подавление спектрального веса за пределами магнитной зоны Бриллюэна. Авторы [1] делают вывод, что спиновые флуктуации не оказывают никакого влияния на динамику дырки, то есть полученные в рамках однозонных моделей результаты ошибочны. В дальнейшем они собираются применить свой метод для двухдырочных состояний и изучить роль процессов обмена магнонами в междырочном взаимодействии.

Л.Опенов

1. H.Ebrahimnejad et al., Nature Phys. 10, 951 (2014).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#636   morozov » Вт янв 20, 2015 23:03

Ультратонкие пленки ВТСП под охраной графена

Основными структурными единицами, ответственными за сверхпроводимость купратных ВТСП, считаются плоскости CuO2. Даже тончайшая пленка толщиной всего в одну элементарную ячейку (два слоя CuO2) является сверхпроводящей. Авторы работы [1] (Китай, Германия) пошли еще дальше и изготовили пленки Bi2Sr2CaCu2O8+x толщиной в половину элементарной ячейки (один слой CuO2). Они отщепляли их от монокристалла с помощью скотча, перемещали на подложку SiO2/Si и сверху покрывали графеном, который предохранял пленки от воздействия атмосферы. Критическая температура Tc у таких пленок хоть и чуть ниже, чем у объемных образцов, но все же больше азотной (см. рис.).

Изображение

Температурные зависимости сопротивления пленок
Bi-2212 толщиной от 270 до 0.5 элементарных ячеек.


В нормальном состоянии сопротивление строго линейно по T, как и во всех ВТСП, но отсутствует наблюдающаяся в других системах четкая корреляция между наклоном температурной зависимости удельного сопротивления А и Tc: величина А изменяется в 4 ÷ 5 раз при почти постоянной Tc.



Л.Опенов

1. D.Jiang et al., Nature Commun. 5, 5708 (2014).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#637   morozov » Пн фев 02, 2015 14:10

Конкуренция псевдощели и сверхпроводимости в Bi2Sr2CaCu2O8+d

За последние годы широкое распространение получила точка зрения, что псевдощелевая фаза в купратных ВТСП характеризуется нарушением электронной симметрии, не связанной со сверхпроводимостью (возможно, зарядовой). В работе [1] на температурных зависимостях ARPES-спектров оптимально допированного ВТСП Bi2Sr2CaCu2O8+d с Tc = 98 К обнаружена сингулярность спектрального веса при T = Tc (рис. 1), которую авторы объяснили конкуренцией псевдощелевого и сверхпроводящего параметров порядка (рис. 2). По-видимому, сверхпроводящее упорядочение каким-то образом влияет на псевдощель.

Изображение

Рис. 1. Температурные зависимости спектрального веса для двух импульсов вблизи антиузлового направления зоны Бриллюэна.

Изображение

Рис. 2. Температурные зависимости псевдощелевого (PG) и сверхпроводящего (SC) параметров порядка (расчет).

1. M.Hashimoto et al., Nature Mater. 14, 37 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#638   morozov » Пн мар 02, 2015 18:57

Изображение

Образование пар Купера как следствие обменного взаимодействия

Долгополов Станислав Олегович

Спаривание двух электронов с антипараллельными спинами может минимизировать энергию каждого из спаренных электронов. Таким образом, обменное взаимодействие обусловливает связь между двумя валентными электронами в кристалле. Это можно доказать анализируя энергию каждого валентного электрона в поле одновалентного металлического кристалла в предположении, что все другие виды магнитного упорядочивания спинов пренебрежимо малы.

arXiv.org:1501.04978
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#639   morozov » Ср мар 04, 2015 23:57

Антиферромагнитные спиновые флуктуации и
куперовское спаривание в пниктидах железа

На роль бозонов, обмен которыми приводит к куперовскому спариванию электронов в пниктидах железа, претендуют, во-первых, антиферромагнитные спиновые флуктуации и, во-вторых, d-орбитальные флуктуации, усиленные фононами. Чтобы разобраться, какие же из них ответственны за сверхпроводимость безмедных ВТСП, авторы работы [1] (США, Шотландия, Япония, Тайвань) сопоставили экспериментальные данные по интерференции квазичастиц в LiFeAs с расчетами собственно-энергетической части электронной функции Грина, выполненными с учетом рассеяния квазичастиц на флуктуациях того или иного происхождения. Оказалось, что наилучшее соответствие имеет место для антиферромагнитных спиновых флуктуаций. По-видимому, именно они являются основным “спаривающим клеем” в пниктидах.

1. M.P.Allan et al., Nature Phys. 11, 177 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#640   morozov » Вс мар 08, 2015 23:18

Зарядовый порядок в Nd2-xCexCuO4

В купратных ВТСП проявляются неустойчивости электронной подсистемы, приводящие к возникновению различных типов параметра порядка, а не только к сверхпроводимости. Имеют ли они какое-то отношение к механизму куперовского спаривания, остается неясным. Общим для всех ВТСП с дырочным типом допирования является наличие в псевдощелевой фазе зарядового порядка (charge ordering, CO), конкурирующего со сверхпроводимостью. В купратах с электронным допированием СО пока не был обнаружен.

Изображение

Фазовые диаграммы купратных ВТСП с электронным и дырочным допированием.
SC – сверхпроводимость, AF – антиферромагнетизм, CO – зарядовый порядок.
Зеленый и серый цвет – псевдощелевые фазы.



В работе [1] (Канада, Германия, США) сообщается о наблюдении СО в электронном ВТСП
Nd2-xCexCuO4 с близким к оптимальному уровнем допирования x = 0.14÷0.15. Используя методику резонансного рассеяния рентгеновских лучей, авторы [1] установили, что этот СО имеет такую же периодичность (четыре постоянные решетки) и такое же направление (вдоль связей Cu–O), как и в дырочных ВТСП. Однако, в отличие от последних, температура образования СО (≈ 340 К) выше, чем температура появления псевдощели (80÷170 К), но близка к температуре возникновения антиферромагнитных флуктуаций (≈ 320 К). Для прояснения роли антиферромагнетизма в формировании СО требуются дальнейшие исследования.

Л.Опенов

1. E.H. da Silva Neto et al., Science 347, 282 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#641   morozov » Вс мар 15, 2015 1:49

Сверхпроводимость однослойных пленок FeSe при температуре выше 100 К

После открытия в 2008 г. сверхпроводимости оксипниктида LaFeAsO на основе железа при Tc = 26 К огромные усилия были направлены на поиск новых безмедных ВТСП с еще более высокой Tc. Но максимум, чего удалось добиться при нормальном давлении – это Tc = 56 К в SmFeAsO, что ниже точки кипения жидкого азота и значительно уступает максимальной Tc купратов (135 К). Некоторого оптимизма добавило недавнее сообщение о наблюдении посредством СТМ/СТС большой сверхпроводящей щели D(T = 4.2 К) = 20.1 мэВ в однослойных пленках FeSe на подложках SrTiO3. Если предположить, что отношение 2D/kBTc в пленках FeSe такое же, как и в объемных образцах FeSe с Tc = 9.4 К, где оно составляет 5.5, то для пленок можно ожидать Tc = 86 К. Однако выполненные разными группами измерения температурной зависимости сопротивления R показали, что R = 0 (главный признак сверхпроводимости) наблюдается лишь при T < 30 K.

Изображение

Рис. 1. Схематическое изображение устройства для
четырехконтактных измерений транспортных характеристик пленок FeSe.

Изображение
Рис. 2. Температурная зависимость сопротивления
пленки FeSe.

Изображение

Рис. 3. Вольт-амперная характеристика пленки FeSe при T = 3 К.

В работе [1] (Китай, США) сообщается об in situ измерении R(T) монослоя FeSe на легированной ниобием подложке SrTiO3(001) стандартным четырехконтактным методом (рис. 1). Резкий сверхпроводящий переход зафиксирован при Tc ≈ 110 К (рис. 2). Определенный по вольт-амперной характеристике критический ток Ic (рис. 3) соответствует критической плотности тока jc ≈ 1.3∙107 А/см2 при T = 3 К. Увеличение магнитного поля приводит, как и полагается, к уменьшению Тc (рис. 4) и Ic (рис. 5), причем резистивный переход остается очень узким вплоть до Н = 10 Тл. Экстраполяция к Т = 0 дает критическое поле (112 ± 16) Тл (рис. 6).
Изображение
Рис. 4. Температурные зависимости сопротивления пленки FeSe в различных поперечных магнитных полях. Рис. 5. Зависимость критического тока пленки FeSe от индукции поперечного магнитного поля при T = 3 К. Рис. 6. Температурная зависимость поперечного критического поля пленки FeSe.

Авторы полагают, что причиной резкого роста Тc при переходе от кристаллов к ультратонким пленкам является усиление электрон-фононного взаимодействия на границе раздела пленка/подложка. Если это действительно так, то поиск новых ВТСП становится более осмысленным. И основные кандидаты здесь – искусственные тонкопленочные гетероструктуры.

Л.Опенов

1. J.-F.Ge et al., Nature Mater. 14, 285 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#642   morozov » Вт мар 31, 2015 23:25

Сосуществование сверхпроводимости и антиферромагнетизма в (Li0.8Fe0.2)OHFeSe

В работе [1] (Китай, США) изготовлен новый устойчивый на воздухе сверхпроводящий селенид железа
(Li0.8Fe0.2)OHFeSe с Tc ≈ 40 К (см. рис.).


Изображение
Кристаллическая структура (Li0.8Fe0.2)OHFeSe.

Он интересен тем, что сверхпроводимость в нем сосуществует с антиферромагнетизмом. Использованный авторами гидротермический метод синтеза позволяет получить и другие селениды такого типа, исследование которых важно для понимания сверхпроводимости безмедных ВТСП.

Л.Опенов

1. X.F.Lu et al., Nature Mater. 14, 325 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Обзор

Номер сообщения:#643   morozov » Чт апр 02, 2015 2:27

обзоры

Купраты: от квантовой материи к высокотемпературной сверхпроводимости

Открытие в 1986 г. высокотемпературной сверхпроводимости купратов по праву считается одним из основных научных событий 20-го века. Критическая температура Tc подскочила сразу в несколько раз, значительно превысив Tc “обычных” сверхпроводников (рис. 1).

Изображение
Рис. 1. Рост критической температуры сверхпроводящего перехода на рубеже веков. Красным, желтым, зеленым и фиолетовым цветами показаны, соответственно,
данные для купратов, сверхпроводников с фононным механизмом спаривания, тяжелофермионых соединений и пниктидов железа.

Изображение
Рис. 2. Купратные ВТСП имеют слоистую кристаллическую структуру, основным элементом которой являются плоскости CuO2.


По мере накопления экспериментального материала становилось ясно, что многие свойства купратных ВТСП не описываются в рамках стандартной квантовой теории твердых тел. Причина заключается в сильных (благодаря квазидвумерной структуре, рис. 2) электронных корреляциях, которые приводят к исключительно сложной фазовой диаграмме, включающей псевдощелевую фазу, фазу “странного металла” и пр. (рис. 3).


Изображение
Рис. 3. Фазовая диаграмма купратных ВТСП с дырочным допированием. AF – антиферромагнетизм, SDW – волна спиновой плотности, CDW – волна зарядовой плотности, d-SC – d-волновая сверхпроводимость. Стрелки указывают положение квантовых критических точек для сверхпроводящего и зарядового порядков.

TS, onset (штриховая зелёная линия), TC, onset и TSC, onset (штриховая красная линия общая для обеих температур) описывают соответственно температуры возникновения спиновых, зарядовых и сверхпроводящих флуктуаций, а T* отвечает размытому переходу в псевдощелевое состояние.


В обзоре [1] (Германия, США, Япония, Нидерланды) предпринята попытка систематизировать и обобщить, насколько это возможно, имеющуюся информацию. Основное внимание уделено обсуждению вопросов, связанных с ролью кулоновского отталкивания в механизме спаривания, псевдощелью, конкуренцией различных типов порядка (сверхпроводящего, зарядового, спинового, орбитального, нематического), загадочным режимом “плохого металла”, природой квантовых критических точек. Что касается теории сильнокоррелированных систем (не только ВТСП), то здесь пока разброд и шатания, но большие надежды возлагаются на использование математического аппарата теории струн.

1. B.Keimer et al., Nature 518, 179 (2015).

Большая просьба. Копирните мне статью, если есть возможность.

Спасибо М.А.Самохвалову, откликнувшемуся на просьбу.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#644   morozov » Пн апр 20, 2015 16:23

Страйповый зарядовый порядок в YBa2Cu3O6+y

После открытия страйпового (однонаправленного) зарядового порядка в лантановой системе ВТСП зарядовые неустойчивости наблюдали практически во всех сверхпроводящих купратах. Но конкретный тип упорядочения (1D страйповый или 2D шахматный) определить чаще всего не удавалось. В работе [1] (Канада, Германия) методом резонансного рассеяния рентгеновских лучей установлено, что в недодопированных ВТСП YBa2Cu3O6+y с y = 0.51 ÷ 0.75 зарядовый порядок при T < 150 К является страйповым. Но не дальним, а локальным: в слоях CuO2 имеются наноразмерные области с ориентацией страйпов как вдоль оси a, так и вдоль оси b (см. рис.).


Изображение Изображение
Схематическое изображение страйповых нанодоменов в Y-123 при T » Tc и T < Tc.



Характерный размер этих областей (корреляционная длина) не превышает 10 нм и уменьшается при сверхпроводящем переходе, что свидетельствует о конкуренции зарядового порядка со сверхпроводимостью.

Л.Опенов

1. R.Comin et al., Science 347, 1335 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30935
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#645   morozov » Вс май 31, 2015 11:48

Увеличение эффективной массы квазичастиц в оптимально допированных купратных ВТСП

Одно из направлений поиска новых сверхпроводников с высокими критическими температурами Tc основано на предположении, что спаривающие взаимодействия усилены (или даже обусловлены) критическими флуктуациями, которые возникают из-за наличия при T = 0 квантовой критической точки (ККТ), разделяющей две фазы с различным типом нарушенной симметрии. Считается, что такие флуктуации играют важную роль в сверхпроводимости многих тяжелофермионых и органических соединений, а также пниктидов железа. По мере приближения к ККТ эти флуктуации приводят к усилению электронных корреляций и соответствующему увеличению эффективной массы квазичастиц m*. Мнения о роли критических флуктуаций в купратных ВТСП расходятся. Увеличение Tc, верхнего критического поля и скачка теплоемкости (рис. 1), а также изменение симметрии основного состояния вблизи уровня оптимального допирования говорят в пользу существования сильных флуктуаций, имеющих отношение к сверхпроводимости.

Изображение

Рис.1. Фазовая диаграмма купратных ВТСП в координатах:
Т – температура , p – концентрация дырок. При p » 0.05 дальний антиферромагнитный порядок (сплошная зеленая линия) уступает место сверхпроводимости (сплошная синяя линия). Оранжевые ромбики и звездочки отвечают уровням допирования, при которых квантовые флуктуации наблюдались, соответственно, ранее и в работе [1]. Ближний антиферромагнитный порядок (зеленые ромбики) существует вплоть до ККТ при p » 0.08. При p > 0.08 он наблюдается выше Tc (сплошные черные ромбики). Зарядовый порядок (псевдощель) по данным нейтронного рассеяния (пустые красные кружки), электрооптического эффекта Керра (пустые красные ромбики) и изменению наклона температурной зависимости сопротивления (пустые красные треугольники) исчезает при p = 0.18, что указывает на возможное наличие ККТ при этом уровне допирования. Две термодинамические величины резко возрастают вблизи p = 0.18: скачок удельной теплоемкости Dg при T = Tc (бордовые ромбики) и верхнее критическое поле Hc2 (сплошные фиолетовые кружки).


Но отсутствует непосредственное экспериментальное свидетельство того, что эти флуктуации приводят к усилению электронных взаимодействий в основном состоянии, то есть к росту m*. В работе [1] (США, Великобритания, Китай) для исследования изменения поверхности Ферми и величины m* по мере приближения к оптимальному уровню допирования из недодопированной области изучены квантовые осцилляции магнитосопротивления купрата YBa2Cu3O6+x с x = 0.75, 0.8 и 0.86 (концентрация дырок p = 1.35, 1.4 и 1.52, соответственно) в магнитных полях до 91 Тл (рис. 1). Установлено, что в этом диапазоне допирования m* увеличивается почти в три раза (рис. 2). Это согласуется с максимумами скачка теплоемкости и верхнего критического поля при p » 0.18 (рис. 1). Аналогичное поведение m* и сверхпроводящих характеристик наблюдается в окрестности ККТ в сверхпроводниках с тяжелыми фермионами и пниктидах железа. Так как электрон-фононное взаимодействие с ростом p ослабевает, то авторы делают вывод, что увеличение m* обусловлено усилением электрон-электронных взаимодействий. В отличие от m*, площадь поверхности Ферми А очень слабо зависит от р. Такое же поведение m* и А наблюдается при подходе к ККТ в CeRh2Si2, CeRhIn5 и BaFe2(As1-xPx)2.

Изображение

Рис.2. Эффективная масса квазичастиц m* в YBa2Cu3O6+x, определенная при различных концентрациях дырок из экспериментов по квантовым осцилляциям магнитосопротивления.

Изображение

Рис. 3.Квантовая критическая точка вблизи уровня оптимального допирования. Сплошные синие кружки – критические температуры, определенные резистивным методом в магнитных полях Н = 0; 15; 30; 50; 70 и 82 Тл (правая вертикальная ось). Левая вертикальная ось – обратная эффективная масса. Экстраполяция дает 1/m* ® 0 при p » 0.08 и p » 0.18.


Связь между увеличением m* и высокотемпературной сверхпроводимостью иллюстрирует рис. 3. Видно, что Tc уменьшается с ростом Н. При H < 30 Тл имеются два сверхпроводящих “купола”, центрированных около p » 0.08 и p » 0.18. При Н = 50 Тл остается только купол около p » 0.18. Величина m* максимальна при p » 0.08 и p » 0.18, то есть при тех же концентрациях дырок, при которых сверхпроводимость наиболее устойчива к магнитному полю. Не исключено, что критические флуктуации в окрестности p » 0.08 и p » 0.18 ответственны за два различных механизма спаривания. Здесь просматривается аналогия с CeCu2Si2, где два купола Tc(p) приходятся на ККТ для антиферромагнитного и валентного переходов. Интересно, что именно при p » 0.18 пропадают сразу несколько явлений, наблюдающихся в недодопированной области: обращается в нуль температура появления псевдощели, исчезают аномальный электрооптический эффект Керра и рассеяние нейтронов с переворотом спина. Кроме того, при p » 0.18 меняет знак коэффициент Холла, то есть электронная поверхность Ферми становится дырочной. Авторы обсуждают вопрос о том, какие именно фазы сменяют друг друга при (p » 0.18, Т = 0) и является ли эта точка критической в общепринятом смысле.

Л.Опенов

1. B.J.Ramshaw et al., Science 348, 317 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»