ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#646   morozov » Ср июн 03, 2015 8:49

О природе запаздывающего взаимодействия носителей заряда в купратных ВТСП

Фундаментальный вопрос физики высокотемпературной сверхпроводимости заключается в том, чтобы выяснить природу низкоэнергетических возбуждений, обмен которыми приводит к спариванию дырочных носителей заряда. Для ответа на него в работе [1] (Италия, Германия, Словения, Польша, Канада, Швейцария, Япония, США) использована оптическая спектроскопия, сочетающая предельно короткие световые импульсы (9 ¸ 13 фс) с широким спектральным диапазоном (0.75 ¸ 2.4 эВ). Показано, что в купратных ВТСП характерное время обмена энергией между фотовозбужденными дырками и бозонным резервуаром составляет около 20 фс – гораздо меньше, чем в БКШ-сверхпроводниках и обычных металлах (см. рис.).

Изображение

Иллюстрация различной динамики релаксации фотовозбужденных носителей в купратном ВТСП, обычном сверхпроводнике и несверхпроводящем металле.

Из этого авторы делают вывод, что причиной эффективного притяжения носителей в купратах является их обмен антиферромагнитными флуктуациями, а не фононами.

Л.Опенов

1. S. Dal Conte et al., Nature Phys. 11, 421 (2015).

Спаривание без сверхпроводимости

При добавлении в полупроводник SrTiO3 носителей заряда (например, путем допирования) до концентрации » 1017 см-3 он становится сверхпроводником с критической температурой Tc » 300 мК, верхним критическим полем Hc2 » 0.2 Тл и фазовой диаграммой, похожей на таковую в купратных ВТСП. Природа спаривания электронов в SrTiO3 пока остается невыясненной. В работе [1] представлены результаты исследования транспортных характеристик сверхпроводниковых туннельных контактов на границе раздела SrTiO3/LaAlO3. При T > Tc и H > Hc2 обнаружены двухэлектронные резонансы туннельной проводимости, что указывает на присутствие в образце локальных электронных пар. Эти пары существуют вплоть до T » 900 мК и H » 4 Тл. При Т = Tс они образуют бозе-конденсат. Экспериментальные данные описаны в рамках модели Хаббарда с притяжением на узлах. Физический механизм этого притяжения неясен.

1. G.Cheng et al., Nature 521, 196 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#647   morozov » Вс авг 23, 2015 13:56

Джозефсоновские наноконтакты в пленках YBa2Cu3O7-d

Джозефсоновские туннельные контакты из купратных ВТСП представляют интерес, как для исследовательских целей, так и с практической точки зрения. Их изготовление осложняется малой величиной и анизотропией сверхпроводящей длины когерентности (~ 2 нм в плоскости a-b и ~ 0.2 нм вдоль оси c), вследствие чего электрические свойства контактов оказываются чрезвычайно чувствительны к дефектам структуры и неоднородности химического состава на атомном масштабе. В работе [1] контакты сверхпроводник-диэлектрик-сверхпроводник (SIS) с воспроизводимыми характеристиками получены путем облучения пленок YBa2Cu3O7-d толщиной 150 нм сфокусированным пучком ионов гелия диаметром 0.5 нм. При этом в области воздействия пучка возникают радиационные дефекты и образуется диэлектрический барьер шириной ~ 1 нм, разделяющий два сверхпроводящих электрода YBa2Cu3O7-d. Параметры барьера можно регулировать, изменяя дозу облучения. Таким путем были получены контакты с IcRN = 50 ¸ 200 мкВ. Основное преимущество развитой методики заключается в возможности изготовления больших массивов туннельных контактов с их наперед заданным взаимным расположением, что требуется для широкого круга приложений – от чувствительных магнитометров до космических средств связи

Л.Опенов

1. S.A.Cybart et al., Nature Nanotech. 10, 598 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#648   morozov » Ср авг 26, 2015 0:54

Примесные связанные состояния внутри сверхпроводящей щели в безмедном ВТСП Fe(Te,Se)

Сверхпроводимость возникает вследствие макроскопической квантовой конденсации куперовских пар. Симметрия волновой функции таких пар определяется микроскопическим механизмом спаривания. Полезную информацию об этой симметрии может дать исследование квазичастичных связанных состояний, возникающих внутри сверхпроводящей щели при разрыве куперовских пар примесями. В работе [1] (Китай, США) методом сканирующей электронной микроскопии/спектроскопии изучены локальные ВАХ кристаллов безмедного ВТСП Fe1+x(Te,Se) с Tc = 12 ¸ 14 К в окрестности межузельных примесных атомов Fe (x = 0.001 ¸ 0.005). Обнаружено, что рассеяние на примесях индуцирует узкий спектральный пик при нулевой энергии (то есть в самом центре сверхпроводящей щели). Этот пик сохраняется при увеличении магнитного поля до 8 Тл. Авторы считают, что их результаты не согласуются ни с s-волновой, ни с d-волновой симметрией куперовских пар и высказывают предположение о топологической природе сверхпроводимости этого ВТСП.

1. J.-X.Yin et al., Nature Phys. 11, 543 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#649   morozov » Сб сен 12, 2015 19:35

Сверхпроводимость многослойных пленок FeSe

Недавнее открытие сверхпроводимости монослоя безмедного ВТСП FeSe при Tc » 65 К стало довольно неожиданным, поскольку в объемных образцах FeSe величина Tc не превышает 10 К. Причина столь высокой Tc монослоя заключается в резком увеличении концентрации электронов ne из-за наличия кислородных вакансий на поверхности подложки SrTiO3. В работе [1] для изменения ne предложен другой подход – осаждение атомов калия на поверхность многослойных пленок FeSe. Оказалось, что зависимость Tc от ne имеет куполообразный вид (рис. 1), как и во многих других системах ВТСП. При этом у допированных калием многослойных пленок топология поверхности Ферми такая же, как у монослоя (рис. 2).
Изображение
Рис. 1. Фазовая диаграмма FeSe в координатах температура – концентрация электронов.
Красным и синим цветами показаны области сверхпроводящего и антиферромагнитного порядка, соответственно.


Изображение
Рис. 2. Схематическое изображение поверхности Ферми FeSe в:
a – объемном образце и трехслойной пленке;
b – монослое; c – трехслойной пленке с осажденными на нее атомами калия.
Синим цветом изображены слои FeSe, оранжевым – подложка SrTiO3, желтым – атомы K.
Как отмечено в работе [2], всю совокупность экспериментальных данных трудно объяснить в рамках и фононного, и спин-флуктуационного механизмов спаривания. А что же тогда? Загадка…

Л.Опенов

1. Y.Miyata et al., Nature Mater. 14, 775 (2015).

2. I.I.Mazin, Nature Mater. 14, 755 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#650   morozov » Вс окт 18, 2015 3:19

Зарядовая топология в купратных ВТСП

Известно, что в некоторых купратных ВТСП области с волной зарядовой плотности (ВЗП) организованы в виде полосок (страйпов). В работе [1] (Италия, Великобритания, Швейцария, Россия, Франция, Бельгия, Германия) обнаружено, что в однослойном ВТСП HgBa2CuO4+y с Tc = 95 К участки ВЗП представляют собой нанометровые “лужи” различной формы. Сканируя образец рентгеновским лучом микронной толщины, авторы [1] определили функцию распределения этих “луж” по размерам (рис. 1) и показали, что она имеет степенной вид, типичный для фракталов. Мы пока мало знаем о поведении электронов и куперовских пар в средах с фрактальной размерностью. Такая необычная “зарядовая топология” ведет к усилению роли атомного беспорядка: одна-единственная примесь может перекрыть проводящий канал и направить сверхток по другому пути (рис.2).
Изображение

Рис. 1. Функция распределения “луж” ВЗП по размерам.

Изображение

Рис. 2. Схематическое изображение различных путей протекания сверхтока между “лужами” ВЗП.
По материалам заметки “Charge topology in superconductors”,
E.W.Carlson, Nature 525, 329 (2015).

1. G.Campi et al., Nature 525, 359 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#651   morozov » Ср окт 21, 2015 13:36

Сверхпроводимость BaFe2S3 под давлением

Кристаллическая структура моттовского диэлектрика BaFe2S3 имеет квазиодномерный характер и включает в себя “лестницы” из атомов Fe (рис. 1). В этих лестницах атомные спины упорядочены ферромагнитно в одном направлении и антиферромагнитно в другом (рис. 2).
Изображение
Рис. 1. Структура BaFe2S3.

Изображение
Рис. 2. Упорядочение спинов в лестнице.
Температура Нееля TN = 119 К. В работе [1] (Япония, Австралия, Китай) обнаружено, что при увеличении давления BaFe2S3 переходит сначала в металлическое состояние, а затем – в сверхпроводящее с Tс = 14 К (рис. 3).
Изображение
Рис. 3. Температурная зависимость сопротивления BaFe2S3 при Р = 13.5 ГПа.
Есть надежда, что при допировании BaFe2S3 соответствующими элементами (“химическое давление”) удастся добиться сверхпроводимости при атмосферном давлении.

Л.Опенов

1. H.Takahashi et al., Nature Mater. 14, 1008 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#652   morozov » Пт окт 30, 2015 19:49

Высокотемпературная сверхпроводимость на границе
раздела диэлектриков CaCuO2 и SrTiO3

Электронные свойства границ раздела сложных оксидов могут радикально отличаться от таковых в объеме образца. Например, граница между диэлектриками LaAlO3 и SrTiO3 является сверхпроводящей, хотя и с очень низкой критической температурой Tс ~ 0.1 К. В работе [1] (Италия, США) обнаружена высокотемпературная сверхпроводимость двухслойных пленок CaCuO2/SrTiO3 на подложках NdGaO3. Она наблюдается лишь в том случае, когда плоскость Ca в слое CaCuO2 граничит с плоскостью TiO2 в слое SrTiO3 (см. рис.) и поэтому оказывается допированной кислородом (Ca ® CaOx), который через связи Cu-O поставляет дырочные носители заряда в плоскости CuO2.

Изображение
a – Температурные зависимости сопротивления двухслойных и трехслойных пленок из слоев CaCuO2 (CCO), SrTiO3 (STO) и CaTiO3 (CTO) на подложках NdGaO3 (NGO). Здесь amSTO – аморфный слой SrTiO3.
b-d – Схематическое изображение структуры различных границ раздела.


Данные сканирующей просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронами указывают на то, что в (сверх)проводимости участвует элементарная ячейка CaCuO2, непосредственно примыкающая к границе раздела. Максимальная Tc составляет около 40 К.

Л.Опенов
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#653   morozov » Вт ноя 17, 2015 10:57

Знакопостоянство параметра сверхпроводящего порядка в монослое FeSe

Ультратонкие пленки сверхпроводящего селенида железа представляют интерес как из-за их очень высокой критической температуры, превышающей иногда 100 К [1] (у объемных образцов Tc = 8 К), так и с точки зрения прояснения вопроса о симметрии сверхпроводящего параметра порядка D в этом безмедном ВТСП. Одно время считалось, что D в FeSe имеет так называемую s±-волновую симметрию, то есть на одних участках поверхности Ферми является s-волной со знаком “плюс”, а на других – со знаком “минус”, и поэтому обращается в нуль при переходах между этими участками, формируя “узлы”. Обсуждались и другие варианты, но для всех общим было наличие узлов D на поверхности Ферми.
В работе [2] (Китай, США) представлены результаты систематических исследований симметрии D в монослое FeSe на подложке SrTiO3(001) методом сканирующей туннельной микроскопии. Характер интерференционных узоров при рассеянии квазичастиц между разными электронными “карманами” и в пределах одного “кармана” указывает на отсутствие у D узлов, из чего авторы делают вывод о знакопостоянстве D на всей поверхности Ферми, то есть об s-волновой (хотя и анизотропной) симметрии D. Они называют ее s++-волновой. Это согласуется с различным влиянием магнитных и немагнитных примесей на сверхпроводящие свойства монослоя: первые (Cr, Mn) подавляют сверхпроводимость, а вторые (Zn, Ag, K) – нет.
Л.Опенов
1. J.-F.Ge et al., Nature Mater. 14, 285 (2015).
2. Q.Fan et al., Nature Phys. 11, 946 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#654   morozov » Ср дек 02, 2015 16:09

Изображение
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#655   morozov » Пт дек 04, 2015 2:00

Решены две загадки высокотемпературной сверхпроводимости в купратах
Американские физики разобрались с поведением электронов в так называемой псевдощелевой фазе вещества, предшествующей состоянию сверхпроводимости.

Сверхпроводимостью называют полное исчезновение электрического сопротивления вещества постоянному электрическому току при температуре ниже критической. Огромная практическая ценность сверхпроводников заключается в отсутствии в них потерь электрической энергии при протекании тока. Но на пути их широкого использования стоит очень низкая величина критической температуры. Для большинства веществ она близка к абсолютному нулю. До 1986 года наивысшей температурой обладал сплав Nb3Ge, для которого сверхпроводимость наступала при температуре ниже 23 К (–250°). Поэтому возникла важная научная задача: найти вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние при более высокой температуре, желательно близкой к комнатной, что получило название высокотемпературной сверхпроводимости.

В 1986 году были открыты высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) на базе оксидов меди (купратов), и в течение нескольких лет критическая температура поднялась до примерно 120 К. Однако эти вещества обладают очень сложной электронной структурой, что чрезвычайно затрудняет понимание того, как в них происходит переход к сверхпроводящему состоянию, без чего невозможно разработка сверхпроводников, работающих при более высоких температурах. С тех пор уже почти 30 лет ведутся сложные эксперименты по изучению этого вопроса.

В частности, было обнаружено, что состоянию сверхпроводимости у ВТСП предшествует состояние, названное «псевдощелевой фазой». Этот термин связан с особенностью энергетического спектра электронов в веществе (так называется дискретный набор разрешенных уровней энергии электронов в атоме). Электроны с низкими значениями энергии расположены в валентной зоне, электроны с большей энергией, способные перемещаться по веществу, — в зоне проводимости. В полупроводниках и диэлектриках валентную зону и зону проводимости разделяет интервал запрещенных значений энергии, называемый «щель». Чтобы участвовать в создании тока, электрон должен получить энергию, чтобы перескочить через щель из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому, чем больше ширина щели, тем сильнее изолирующие свойства материала.

Щель образуется и у сверхпроводников, но у нее другая природа. При возникновении сверхпроводимости электроны, близкие к уровню Ферми, образуют так называемые куперовские пары и оседают на уровне Ферми, и этот уровень начинает отделять щель от уровней одиночных электронов. Уровень Ферми определяется критической температурой.

Оказалось, что у ВТСП при температурах выше критических существует состояние с меньшим числом носителей заряда вблизи уровня Ферми, чем в обычном проводнике. Это явление получило название «псевдощель». Это состояние непонятной природы вызвало много вопросов у физиков. Поскольку состояние псевдощели предшествует и частично существует совместно со сверхпроводимостью (конкурирует с ней), ученые полагают, что исследование этого состояния поможет раскрыть тайны ВТСП. В последние годы этому вопросу посвящено много работ, одна из которых опубликована на днях в журнале «Science».

Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории и Корнельского университета, используя разработанный ими уникальный высокоточный сканирующий туннельный микроскоп, сумели проследить детали превращения купрата из диэлектрика в сверхпроводник, через стадию псевдощели. Их экспериментальная установка позволяла определять пространственное расположение и направление движения электронов в материале, благодаря чему удалось обнаружить два новых явления.

В исходном состоянии исследуемый купрат Bi2Sr2CaCu2O8+δ представляет собой изолятор. Чтобы превратить его в ВТСП, к нему в качестве источника носителей заряда (дырок) химически добавляли атомы кислорода. Такой процесс называется допирование, дополнительные атомы обозначены в формуле как «+δ». Физики систематически в течение длительного времени сканировали материал при различных уровнях допирования, чтобы проследить, как изменяется поведение и расположение электронов при эволюции материала в сверхпроводящее состояние.

При повышении количества носителей заряда (уровня допирования) материал переходил из состояния диэлектрика в псевдощелевую фазу. При низкой плотности носителей заряда наблюдалась достаточно статичная картина. Возникало экзотическое периодическое статическое расположение некоторых электронов, получившее название «волны плотности» или «полосы». Эти волны похожи на полоски «замороженных» электронов. Волны плотности, как и движение электронов, ограничены определенными направлениями. При дальнейшем увеличении числа зарядов ученые обнаружили, что волны плотности исчезают, а электроны в материале обретают способность свободно двигаться в любом направлении. Причем это происходит при том же уровне допирования, что и возникновение чистой сверхпроводимости.

«Впервые эксперимент напрямую связал исчезновение волн плотности и связанных с ними наноразмерных дефектов кристаллической решетки с появлением электронов, текущих свободно во всех направлениях, необходимых для неограниченной сверхпроводимости, – сказал ведущий автор Симус Дэвис (Séamus Davis). – Эти новые измерения, наконец, показали нам, почему в таинственном псевдощелевом состоянии этого материала электроны перемещаются менее свободно».

Дэвис сравнивает наблюдения с полетом над замерзшей рекой, где можно увидеть статические фрагменты, образованные льдом, и в то же время обнаружить течение жидкой воды. Эти полеты совершаются снова и снова в течение весны, когда замороженный водный путь постепенно тает. В купрате вместо повышения температуры ученые повышали уровень допирования, чтобы «топить» волны плотности в определенной критической точке.

Это открытие подтверждает давнюю идею, что именно волны плотности ограничивают поток электронов и ухудшают максимальную сверхпроводимость в псевдощелевой фазе. «Статическое расположение электронов и связанные наноразмерные флуктуации нарушают свободный поток электронов – как лед на реке ухудшает поток жидкой воды», – говорит Дэвис.

Разумеется, получить ВТСП не так просто, как растопить лед, но это открытие дает подсказки. Если предотвратить образование статических полос, когда они возникают, в конечном итоге можно получить материалы, которые будут выступать в качестве сверхпроводника при более низкой плотности допирования и значительно более высокой температуре, считает Дэвис.

По материалам: Sciencedaily, Brookhaven National Laboratory

Изображение
Рис. 1. Упрощённая зонная диаграмма для проводников, полупроводников и диэлектриков (ru.wikipedia.org).

Изображение
Рис. 2. Фазовая диаграмма состояния ВТСП в зависимости от его температуры и уровня допирования (плотности дырок). Пунктирная линия – температура, при которой появляется псевдощель. Псевдощелевой фазе соответствует область желтого цвета ниже этой линии. Куполообразная область – область сверхпроводимости, ее граница – сплошная линия – критическая температура (Тс). Область 1 соответствует перекрытию псевдощелевого и сверхпроводящего состояний. На соответствующем фото вверху видны статические полосы, которые исчезают в области 2, где имеет место чистая сверхпроводимость. Белая область – обычное металлическое состояние.

Автор: Алексей Понятов

Источник: http://www.nkj.ru

В очередной раз разобрались...
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#656   morozov » Ср фев 03, 2016 16:36

Признаки квантового фазового перехода в сверхпроводящем состоянии
недодопированного купратного ВТСП

Фазовая диаграмма купратного ВТСП YBa2Cu3Oy очень богатая: помимо антиферромагнитной, металлической и сверхпроводящей фаз, на ней также присутствуют зарядовая, псевдощелевая и др. фазы. Границы между этими фазами являются функциями температуры T, магнитного поля H и концентрации дырок p. Авторы работы [1] (США, Канада) сообщили о наблюдавшихся ими признаках еще одного фазового перехода, который имеет место в сверхпроводящем состоянии недодопированных образцов YBa2Cu3O6.43 с p = 0.076, Tc = 41 К и YBa2Cu3O6.47 с p = 0.084, Tc = 49 К при увеличении магнитного поля H до H/ = 12-15 Тл. Свой вывод авторы основывают на различии температурных зависимостей электронной теплоемкости Cel при H < H/ и
H > H/ (рис. 1), а также смене линейной зависимости Cel(H) на корневую при H = H/ (рис. 2).

Изображение
Рис. 1. Температурные зависимости удельной теплоемкости YBa2Cu3O6.47 (слева)
и YBa2Cu3O6.43 (справа) в различных магнитных полях.

ИзображениеИзображение
Рис. 2. Полевые зависимости электронной удельной теплоемкости DCel(H,T) = Cel(H,T) - Cel(0,T)
при различных температурах в YBa2Cu3O6.47 (a) и YBa2Cu3O6.43 (b).


Суммируя собственные и имеющиеся в литературе данные различных экспериментов, они построили трехмерную фазовую диаграмму YBa2Cu3Oy в координатах T-H-p (рис. 3).

Изображение

Рис. 3. Фазовая диаграмма YBa2Cu3Oy
с квантовой критической точкой при p=0.08.


Л.Опенов

1. J.B.Kemper et al., Nature Phys. 12, 47 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#657   morozov » Вс мар 06, 2016 20:23

О сверхпроводимости пленок FeSe и не только их

У объемных образцов FeSe температура сверхпроводящего перехода Tc довольно низкая, около 8 К, тогда как у пленок FeSe толщиной всего в одну элементарную ячейку, выращенных на подложках SrTiO3 методом молекулярно-лучевой эпитаксии, она составляет Tc = 40-50 К. А если померить сопротивление такой ультратонкой пленки in situ сразу после ее формирования, то получим аж Tc = 109 K! Высказывались предположения, что причиной столь высоких Tc является близость подложки, которую электроны “чувствуют” в силу чрезвычайно малой толщины пленки. В деталях мнения расходятся. Одни считают, что все дело в большой диэлектрической проницаемости SrTiO3. Другие упирают на сильное взаимодействие электронов в FeSe с низкочастотными фононами в SrTiO3.

В работе [1] японцы получили пленки FeSe толщиной до 10 элементарных ячеек на подложках не только SrTiO3, но и MgO. Все они (не только ультра-тонкие) имеют Tc =40-50 К. А поскольку, вдобавок, у MgO маленькая диэлектрическая проницаемость и нет мягких фононных мод, то одним лишь влиянием подложки высокие Tc не объяснишь. Тогда чем же? Представляется, что главным фактором здесь является концентрация носителей заряда в пленке. Ее-то авторам [1] и удалось оптимизировать для пленок различной толщины. Что до механизма спаривания, то он в FeSe (учитывая простую круглую поверхность Ферми и изотропную сверхпроводящую щель), скорее всего, самый обычный – фононный, несмотря на то, что за последние 30 лет как минимум 14 нобелевских лауреатов (имея в виду прежде всего купратные ВТСП с Tc ~ 100 К) предложили свои теории высокотемпературной сверхпроводимости: необычные, экзотические и … противоречащие друг другу. Впоследствии эти же теории пытались применить к пниктидам железа – тоже без особого успеха. Тем временем семья ВТСП пополнилась сероводородом H3S с Tc =203 К (хоть и под огромным давлением) и, по общему мнению, фононным механизмом.

Изображение

Долог и тернист путь к комнатнотемпературной сверхпроводимости.

В итоге вырисовывается такая картина: почти все известные сверхпроводники описываются старой доброй моделью БКШ, тогда как купраты и некоторые ферропниктиды (а также ряд других систем с сильными корреляциями) представляют собой всего лишь досадное исключение, из-за которого, впрочем, эта модель не может претендовать на роль универсальной. Но, несмотря на тупиковые боковые ответвления, именно она указывает нам путь к комнатным Tc.

По материалам заметки
I.Božović, “A conventional conundrum”,
Nature Phys. 12, 22 (2016)

1. J.Shiogai et al., Nature Phys. 12, 42 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#658   morozov » Пт мар 11, 2016 18:01

Изинговская сверхпроводимость в монослоях дихалькогенидов переходных металлов

В сверхпроводниках II рода увеличение магнитного поля приводит к разрыву куперовских пар, обра-зованных электронами с противоположными импульсами и спинами. Распаривание происходит из-за воздействия магнитного поля либо на импульсы электронов (орбитальный эффект), либо на их спины (парамагнитный эффект Паули). Неожиданный результат получен в работах [1, 2]: оказалось, что для подавления сверхпроводимости слоев дихалькогенидов переходных металлов требуются аномально сильные продольные магнитные поля H|| – свыше 30 и 50 Тл в NbSe2 и MoS2, соответственно. Почему так получается? Что касается орбитального эффекта, то в монослое он действительно не должен проявляться, поскольку параллельное монослою поле не создает в нем магнитных вихрей. А вот с парамагнитным эффектом на первый взгляд неясно: экспериментальные величины критических полей более чем в шесть раз превышают паулиевский предел, определяемый равенством энергии зеемановского расщепления и энергии связи электронов в куперовской паре. Все дело в том, что спин-орбитальное (SO) взаимодействие приводит к возникновению очень сильного эффективного магнитного поля HSO, перпендикулярного плоскости монослоя и достигающего нескольких сотен тесла, то есть намного превышающего H||. В противоположных углах гексагональной зоны Бриллюэна это поле ориентировано в противоположных направлениях (см. рис.), что способствует формированию куперовских пар из электронов разных долин – так называемое “изинговское спаривание”.

Схематическое изображение сверхпроводящего состояния кристалла (a) и монослоя (b) в присутствии продольного внешнего магнитного поля H|| (черные стрелки). Синим цветом показан сверхток, создающий магнитные вихри в объемном образце. В отсутствие спин-орбитального взаимодействия (SO) спины электронов куперовских пар (красные стрелки) в слоях кристалла ориентированы хаотически. В монослое на электроны действует эффективное поле HSO (зеленые стрелки), которое гораздо сильнее внешнего поля.


Изображение

Существенно, что эффективное поле препятствует ориентации электронных спинов вдоль внешнего поля, “защищая” тем самым сверхпроводящее сос-тояние от его пагубного влияния.



По материалам заметки
E.Havarro-Moratalla and P.Jarillo-Herrero,
“The Ising on the monolayer”, Nature Phys. 12, 112 (2016)

1. X.Xi et al., Nature Phys. 12, 139 (2016).

2. Y.Saito et al., Nature Phys. 12, 144 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#659   morozov » Пт мар 18, 2016 12:59

Электронная структура волны зарядовой плотности с d-симметрией в купратных ВТСП

Многочисленные эксперименты указывают на то, что псевдощелевая область фазовой диаграммы купратных ВТСП (рис. 1) характеризуется наличием необычной волны зарядовой плотности, форм-фактор которой имеет d-симметрию. Признаки такой волны наблюдались и в сверхпроводящем состоянии. Непосредственное подтверждение ее присутствия в плоскости CuO2 купрата Bi2Sr2CaCu2O8+y получено в работе [1] (США, Шотландия, Германия, Япония, Канада), авторы которой, используя СТМ, вы-полнили измерения дифференциальной туннельной проводимости и туннельного тока с атомарным разрешением (рис. 2).
Изображение
Рис. 1. Фазовая диаграмма купратных ВТСП в координатах:
Т – температура, р – концентрация дырок.
Здесь AF – антиферромагнетизм, DW – волна плотности,
dSС – d-волновая сверхпроводимость, Tc – критическая температура,
T* – температура формирования псевдощели.
Изображение

Рис. 2. Вверху – схематическое изображение волны плотности с
dd-волновым форм-фактором. Серые точки – медные узлы. Кислородные узлы Ox и Oy в каждой элементарной ячейке неэквивалентны “с электронной точки зрения” и поэтому изображены разными цветами (желтый, белый, синий).
Внизу – экспериментальные данные для отношения дифференциальных туннельных проводимостей Z(r,E)=g(r,E)/g(r,-E) в псевдощелевой фазе недодопированного купрата Bi2Sr2CaCu2O8+y с p»0.08 при T>Tc и
E = 150 мэВ.



Характерная энергия такой d-волновой модуляции плотности близка к энергии псевдощели D1, причем модуляция при E = -D1 (занятые состояния) сдвинута по фазе на p относительно модуляции при E = D1 (вакантные состояния). Волновой вектор этих модуляций соответствует рассеянию электронов между границами четырех пар “горячих областей” импульсного пространства, на которых открывается псевдощель и за которыми боголюбовские квазичастицы не существуют. Сделан вывод, что первопричиной появления d-волны плотности является экзотическая электронная структура псевдощели, а не наоборот.

1. M.H.Hamidian et al., Nature Phys. 12, 150 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30480
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#660   morozov » Чт мар 24, 2016 11:34

On the nature of pseudogap anomalies in HTSC
K Mitsen, O Ivanenko
Lebedev Physical Institute RAS, 119991 Moscow, Russia
E-mail: mitsen@sci.lebedev.ru
Abstract. We proposed the model of HTSC where the interaction of electrons from oxygen
band with the diatomic negative U-centers (NUC) on pairs of Сu ions in CuO2 plane is
assumed to be responsible for the superconducting pairing. As follows from the model the
occupation η of NUC with real electrons reduces superconducting order parameter due to
decreasing of number of states available for scattering of electron pairs. The charge
fluctuations between NUC and valence band will result in fluctuations of pairing interaction. In
clusters, containing small number of NUC`s, where the relative fluctuations of η are great
enough, the superconducting gap may open at T*>Tc∞ and close at Тс<Тс∞, where Тс∞ is the
temperature of superconducting transition for infinite cluster. The doping dependences of Т*
and Тс for YBa2Cu3O6+δ are calculated as two roots of the same square equation. The obtained
results demonstrate the impressive agreement with experiment.
https://www.researchgate.net/profile/Ol ... I2nTbQo-Dw
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»