ВТСП под “колпаком”

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#16   morozov » Пн апр 25, 2011 12:04

"Разрушение" поверхности Ферми в высокотемпературных сверхпроводниках с низким уровнем допирования
Электроны являются фермионами, поэтому ни одно квантовое состояние не может быть занято сразу двумя электронами (принцип Паули). Это, собственно, и приводит к разнообразию свойств индивидуальных атомов в Периодической Таблице. Что касается больших атомных систем, то именно в силу принципа Паули электроны не "сваливаются" в одно состояние с минимальной энергией, а однородно распределяются по импульсному пространству, занимая состояния с энергиями, не превышающими некоторую минимальную энергию, которая называется энергией Ферми. Таким образом, электроны как бы формируют в импульсном пространстве (в периодических системах - в зоне Бриллюэна) некое подобие "капли". Энергия электронных состояний на поверхности этой "капли" (поверхности Ферми) равна энергии Ферми. Деформация и колебания поверхности Ферми определяют коллективные свойства металлов.

ВТСП, открытые 12 лет назад, представляют собой качественно новый тип металлов: перемещение электронов в ВТСП ограничено проводящими слоями CuO2; в направлении, перпендикулярном этим слоям, проводимость очень низкая, а зона Бриллюэна является практически двумерной. Многие необычные свойства ВТСП проистекают, по-видимому, из коррелированного движения электронной жидкости в пределах слоев CuO2. Специфические особенности этого движения формируются при температуре, превышающей температуру сверхпроводящего перехода Tc, и "оставляют свои следы" на поверхности Ферми.

Единственный, известный на сегодня надежный способ экспериментального определения параметров поверхности Ферми в ВТСП - это фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением. Когда высокоэнергетичный фотон рассеивается на исследуемом образце, он "выселяет" электрон из занятого им состояния, в результате чего в электронной жидкости образуется "дырка". Анализ интенсивности выбитых электронов дает информацию об изначальном распределении электронов по энергии и импульсу. Этим методом было установлено, что в ВТСП с оптимальным уровнем допирования (то есть с такой концентрацией носителей заряда, при которой Tc конкретной системы максимальна) двумерная поверхность Ферми имеет форму квадрата со скругленными краями [1,2].

По-другому обстоят дела в ?underdoped? ВТСП, где уровень допирования (концентрация носителей) ниже оптимальной величины. Если при температуре выше некоторой температуры T*>Tc также наблюдается "квадратоподобная" поверхность Ферми, то понижение температуры ниже T* ведет к появлению в плотности электронных состояний на уровне Ферми так называемой "псевдощели", то есть, число электронов на поверхности Ферми резко уменьшается. При дальнейшем охлаждении образца до Tc происходит переход в сверхпроводящее состояние, то еcть на поверхности Ферми возникает не псевдо-, а сверхпроводящая щель. Пока не понятно, связано ли наличие псевдощели со сверхпроводящими корреляциями электронов, которые развиваются еще в нормальном состоянии, или же псевдощель имеет другое происхождение (например, она может быть обусловлена спиновыми корреляциями в соседних слоях CuO2).

В недавней работе [3] большого коллектива американских, индийских и японских физиков (Argonne National Laboratory, University of Illinois at Chicago; Tata Institute of Fundamental Research; Tohoku University, Nagoya University, National Research Institute for Metals, University of Tsukuba) была детально промерена поверхность Ферми "under-doped" монокристалла ВТСП Bi2Sr2CaCu2O8+d с Tc=85К. Выяснилось, что формирование псевдощели ведет к "разрыву" поверхности Ферми. А происходит это так. Псевдощель при T*=180K возникает первоначально в четырех точках поверхности Ферми, которые находятся в центрах сторон "скругленного квадрата". При этом непрерывность поверхности Ферми оказывается нарушенной. По мере понижения температуры псевдощель "расползается" по направлению к скругленным углам (дугам). Поверхность Ферми при этом представляет собой четыре не связанные друг с другом дуги, размеры которых по мере охлаждения уменьшаются (но форма дуг при этом не изменяется!). Полностью дуги исчезают лишь при T=Tc. При температуре ниже Tc на поверхности Ферми имеется сверхпроводящая щель. Но не на всей поверхности Ферми. Дело в том, что сверхпроводящая щель сильно анизотропна и равна нулю в четырех точках поверхности Ферми. Интересно, что это именно те точки, в которых "схлопнулись" четыре дуги при подходе к Tc "сверху"!

Изображение
Аналогичные результаты были получены и для другого "underdoped" образца с Tc=77К. А вот в "overdoped" монокристаллах с Tc=82 и 87К, у которых концентрация носителей выше оптимальной, псевдощели при T>Tc обнаружено не было. По-видимому, между псевдощелью и сверхпроводящей щелью в ВТСП имеется какая-то связь, которая может оказаться весьма нетривиальной, как нетривиальна и необычная (зависящая от температуры) анизотропия псевдощели. Не исключено, что в нормальном состоянии ВТСП присутствуют виртуальные электронные пары, время жизни которых t связано с неопределенностью их энергии связи D e соотношением t D e ~h [4]. Когда величина D e становится сравнима со сверхпроводящей щелью в определенной точке поверхности Ферми, то в этой точке "открывается" псевдощель.

Как бы то ни было, приведенные в [3] результаты позволяют примирить большое количество имеющихся в литературе противоречивых данных, полученных при исследовании псевдощели различными методами. Действительно, поскольку псевдощель сильно анизотропна в импульсном пространстве, то температурная зависимость конкретной физической величины (электрической проводимости, удельной теплоемкости, туннельного тока и т.д.) определяется конкретной зависимостью соответствующего матричного элемента от импульса, а эти матричные элементы для разных физических величин могут существенно различаться.

В электронном Банке препринтов уже появились первые теоретические работы [5-7], посвященные объяснению данных работы [3] и формулировке соответствующих моделей.

Аналогичные результаты были получены и для другого "underdoped" образца с Tc=77К. А вот в "overdoped" монокристаллах с Tc=82 и 87К, у которых концентрация носителей выше оптимальной, псевдощели при T>Tc обнаружено не было. По-видимому, между псевдощелью и сверхпроводящей щелью в ВТСП имеется какая-то связь, которая может оказаться весьма нетривиальной, как нетривиальна и необычная (зависящая от температуры) анизотропия псевдощели. Не исключено, что в нормальном состоянии ВТСП присутствуют виртуальные электронные пары, время жизни которых t связано с неопределенностью их энергии связи D e соотношением t D e ~h [4]. Когда величина D e становится сравнима со сверхпроводящей щелью в определенной точке поверхности Ферми, то в этой точке "открывается" псевдощель.

Как бы то ни было, приведенные в [3] результаты позволяют примирить большое количество имеющихся в литературе противоречивых данных, полученных при исследовании псевдощели различными методами. Действительно, поскольку псевдощель сильно анизотропна в импульсном пространстве, то температурная зависимость конкретной физической величины (электрической проводимости, удельной теплоемкости, туннельного тока и т.д.) определяется конкретной зависимостью соответствующего матричного элемента от импульса, а эти матричные элементы для разных физических величин могут существенно различаться.

В электронном Банке препринтов уже появились первые теоретические работы [5-7], посвященные объяснению данных работы [3] и формулировке соответствующих моделей.

1. C.G.Olson et al., Science 1989, 245, p.731
2. J.C.Campuzano et al., Phys. Rev. Lett. 1990, 64, p.2308
3. M.R.Norman et al., Nature 1998, 392, p.157
4. P.Coleman, Nature 1998, 392, p.134
5. G.Preosti et al.,
http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9808298
6. J.Kishine and K.Yonemitsu,?/cond-mat/9808303
7. V.J.Emery and S.A.Kivelson,?/cond-mat/9809083
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#17   morozov » Вт апр 26, 2011 2:01

Двукратный рост критической температуры тонких пленок La1.9Sr0.1CuO4
Тонкие пленки уже давно используются физиками как объекты, которые зачастую обладают свойствами, отличными от свойств объемных образцов тех же самых материалов. В пленках обнаружен целый ряд новых явлений, включая гигантское магнитосопротивление, размерный кроссовер, конкуренцию сверхпроводимости и магнетизма, множество специфических низкоразмерных эффектов, и т.д. и т.п. Причина уникальности свойств тонких пленок заключается, в частности, в том, что их получают искусственно, то есть в существенно неравновесных условиях.

При выращивании тонких пленок особое внимание уделяют выбору материала подложки. Так, например, для получения качественных пленок весьма желательно, чтобы между пленкой и подложкой не было химической реакции и взаимной диффузии. Обычно стараются выбрать подложку, структура которой близка к структуре пленки. Это сводит к минимуму эффекты деформации, возникающие на границе раздела пленка/подложка из-за несоответствия периодов решетки в пленке и в подложке.

Изображение

Авторы работы [1] взглянули на эту проблему под другим углом зрения. Они предложили "извлекать выгоду" из эффектов деформации пленки подложкой и подобрали для пленок ВТСП La1.9Sr0.1CuO4 такую подложку, у которой межатомные расстояния в плоскости a-b слегка меньше, чем межатомные расстояния в самом ВТСП. Так как пленки были очень тонкими, то они "восприняли" структуру подложки и слегка "поджались" (см. рисунок на первой странице).

Этот эффект фактически эквивалентен тому, который возникает при воздействии на образец высокого давления. А поскольку давление приводит к увеличению критической температуры Tc большинства ВТСП, то не удивительно, что возросла и Tc пленок La1.9Sr0.1CuO4. Удивительным оказался масштаб этого роста: величина Tc увеличилась от 25К до 49К, то есть в два раза! Первопричина такого неожиданного результата кроется, по-видимому, в том, что деформация пленки подложкой создает в пленке анизотропные механические напряжения, тогда как ранее в большинстве экспериментов изучалось изменение свойств ВТСП под действием гидростатического давления, которое приводит к изотропным напряжениям. А деформации вдоль различных кристаллографических направлений оказывают, как правило, противоположное влияние на Tc и частично компенсируют друг друга. В результате под воздействием гидростатического давления величина Tc может вообще не измениться или даже уменьшиться.

Результаты работы [1] важны для выявления структурных характеристик ВТСП, оказывающих существенное влияние на Tc. Действительно, согласно "эффекту Пуассона", сжатие пленки в плоскости a-b ведет к ее растяжению в перпендикулярном направлении, то есть вдоль оси c (см. рисунок выше). Значит, расстояние d между слоями CuO2 увеличивается с ростом давления, то есть Tc увеличивается с ростом d! Но это противоречит ряду экспериментов и господствующим сегодня теоретическим моделям [2,3]. Таким образом, вопрос о зависимости Tc от d в ВТСП пока остается открытым.

Автор комментария [4] к работе [1] высказал предположение, что применение "метода сжатия пленки подложкой" к другим системам ВТСП может привести к еще более высоким значениям Tc. Заметим, однако, что использованные в [1] пленки
La2-xSrxCuO4 с x=0.1 имели исходную Tc0 = 25K. Это существенно ниже, чем Tc0 ? 40K "оптимально допированного" материала с x=0.15 Между тем из предыдущих детальных исследований системы YBa2Cu3Oy известно, что давление ведет к резкому росту Tc кислорододефицитных образцов с y = 6.6 ? 6.7 и Tc0 ? 60K, тогда как величина Tc0 ? 90K "оптимально допированных" образцов с y ? 7 под давлением практически не меняется. Так что надежды на "помощь подложки" для повышения Tc тонких пленок ВТСП до рекордного уровня могут и не оправдаться.

1. J.P.Locquet et al., Nature, 1998, 394, p.453
2. J.H.Choy et al., Science, 1998, 280, p.1589
3. S.Chakravarty et al., Science, 1993, 261, p.337
4. I.K.Schuller, Nature, 1998, 394, p.419
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#18   morozov » Вт апр 26, 2011 2:05

Изменение симметрии параметра порядка ВТСП при допировании

Любопытные результаты получены при исследовании ВТСП Bi2Sr2CaCu2O8+d с различным содержанием кислорода методом фотоэмиссионной спектроскопии (ARPES). Нули параметра сверхпроводящего порядка D , которые присутствуют в ?оптимально допированных? образцах с максимальной Tc, отсутствуют в образцах с ?избыточным допированием? (overdoped). Это довольно удивительно еще и потому, что электронная зонная структура обоих типов образцов практически одинакова. Полученные данные противоречат гипотезе о ?чистой? dx2-y2-симметрии D . По-видимому, D является двухкомпонентной (по крайней мере) величиной, причем ?удельный вес? каждой компоненты изменяется при допировании.

(По материалам ?High-Tc Update?).

1. R.Gatt et al., ?Superconducting Gap Symmetry and Doping in Bi2Sr2CaCu2O8+x?, preprint.
2. I.Vobornik et al., ?Electronic Structure of Overdoped Bi2Sr2CaCu2O8+x?, preprint.

(тексты обоих препринтов могут быть получены по запросу у M.Onellion; e-mail: onellion@comb.physics.wisc.edu).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#19   morozov » Ср апр 27, 2011 9:11

Резкий рост критической температуры "нового" ВТСП PrBa2Cu3Ox под давлением
В течение очень длительного времени после открытия ВТСП в 1986 году господствовало мнение, что соединение PrBa2Cu3Ox является "несверхпроводящим исключением" из ВТСП-серии ReBa2Cu3Ox (Re - редкоземельный элемент). Какие только версии не выдвигались для объяснения этого "факта": разрыв куперовских пар магнитными моментами атомов празеодима, уменьшение концентрации носителей заряда или их локализация и т.д. Эти споры закончились в 1996 году после открытия сверхпроводимости в тонких пленках PrBa2Cu3Ox [1] и его последующего подтверждения другими авторами [2]. Сверхпроводимость наблюдалась также и в монокристаллах PrBa2Cu3Ox [3]. Причина того, почему один из двух (одинаковых на первый взгляд) образцов PrBa2Cu3Ox является полупроводником, а другой - сверхпроводником, пока однозначно не установлена, хотя и выяснено, что их структуры несколько различаются (но весьма незначительно).

В этом году PrBa2Cu3Ox преподнес очередной сюрприз. Японские физики из National Research Institute for Metals, Electrotechnical Laboratory и Ibaraki University исследовали влияние высокого давления P на Tc монокристалла PrBa2Cu3Ox с различным содержанием кислорода [4,5]. Величина Tc определялась по нулю электросопротивления и при P=0 составляла 56.5 и 81К для x = 6.6 и 6.8 соответственно. Увеличение P привело к резкому росту Tc образца с x = 6.6. На начальном этапе скорость роста Tc составляла dTc/dP = 7.4К/ГПа. При P = 9.3ГПа (максимальное давление в этом эксперименте) величина Tc возросла до 105К, причем производная dTc/dP при таких высоких давлениях хоть и уменьшилась, но осталась положительной, то есть максимум Tc еще не был достигнут. Этот результат резко контрастирует с данными для ВТСП YBa2Cu3Ox, у которого при x = (6.8 ? 7) величина Tc почти не зависит от P и остается на уровне около 90К вплоть до P = 10ГПа. По мнению авторов [4,5] причина разного отклика PrBa2Cu3Ox и YBa2Cu3Ox на высокое давление кроется в различном характере распределения носителей заряда между структурными единицами элементарной ячейки и, соответственно с его различным перераспределением под давлением. Интересно, что Tc монокристалла PrBa2Cu3Ox с x = 6.8 увеличивается под давлением не так быстро, как при x = 6.6, хотя и превышает 100К при P = 10ГПа.

1. H.A.Blackstead et al., Phys. Rev. B 54, 6122 (1996)
2. T.Usagawa et al., Jpn. J. Appl.Phys. (Part 2) 36, L1583 (1997)
3. Z.Zou et al., Jpn. J. Appl.Phys. (Part 2) 36, L18 (1997)
4. Z.Zou et al., Phys. Rev. Lett. 80, 1074 (1998)
5. J.Ye et al., Phys. Rev. B 58, 619 (1998)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#20   morozov » Сб май 07, 2011 18:51

Какова же симметрия сверхпроводящего параметра порядка в ВТСП?
За последние несколько лет опубликовано много экспериментальных работ, посвященных орбитальной симметрии сверхпроводящего параметра порядка D в ВТСП. Основное внимание было уделено следующим соединениям: YBa2Cu3O7-x, Tl2Ba2CuO6+x, Bi2Sr2CaCu2O8+x и Nd1.85Ce0.15CuO4. При интерпретации экспериментальных данных мнения разделились. Одни эксперименты были объяснены d-волновой симметрией D , а другие - более "прозаичной" s-волновой симметрией. Подробный анализ экспериментальной ситуации и причин имеющихся противоречий дан в работе Richard'а Klemm'а (Argonne National Laboratory), которая готовится к публикации в International Journal of Modern Physics B (и, возможно, уже опубликована к моменту выхода в свет этого номера ПерсТ?а). R.Klemm отмечает, что все эксперименты можно условно разделить на 3 категории: 1) измерения термодинамических и транспортных характеристик; 2) фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES); 3) джозефсоновское туннелирование. После этого он "по косточкам" разбирает каждую из этих категорий.

1. Термодинамические и транспортные характеристики

1.1. Парамагнитный эффект Мейснера
Он наблюдается в неоднородных образцах, причем не только в ВТСП, но и, например, в ниобии. Его причина, по-видимому, никак не связана с симметрией D .

1.2. Нелинейный эффект Мейснера
Этот эффект должен наблюдаться в d-волновом сверхпроводнике, поскольку наличие у D нулей на поверхности Ферми приводит к появлению избыточной плотности квазичастичных состояний. При направлении магнитного поля, параллельном плоскости a-b, вращение образца вокруг оси c должно приводить к периодической зависимости намагниченности от угла поворота с периодом p /2. Намеки на такую периодичность имелись в ранних экспериментах. Позднее было установлено, что при низких температурах период равен p , как и в ниобии.

1.3. Теплоемкость
При низких температурах и сильных магнитных полях удельная теплоемкость C ~ TH1/2, что говорит в пользу d-волновой симметрии. Однако такая же зависимость C(T,H) имеет место в V3Si (предположительно, из-за спиновых флуктуаций).

1.4. Глубина проникновения
Температурная зависимость глубины проникновения магнитного поля l ab в плоскости a-b говорит о наличии нулей D на поверхности Ферми, тогда как зависимость l c(T) вдоль оси c описывается в рамках s-волновой модели. Таким образом, вся совокупность экспериментальных данных для l ab и l c не согласуется ни с "чистой" d-волновой, ни с "чистой" s-волновой симметрией D .

1.5. Сканирующая туннельная микроскопия
Экспериментально обычно измеряют изменение плотности электронных состояний на уровне Ферми при понижении температуры ниже Tc, и это изменение объявляется сверхпроводящей щелью. Для Hg-1201 результаты согласуются с s-волновой симметрией D , для Tl-2201 - с d-волновой симметрией, для Y-123 и Bi-2212 - и с той, и с другой (по данным разных авторов), причем иногда противоречивые данные получаются даже при измерениях в различных точках одного и того же образца! Не исключено, что за сверхпроводящую щель принимается щель, обусловленная волной зарядовой плотности, как в 2H-TaSe2.

2. Псевдощель

При Tc<T<T* в ВТСП с пониженной концентрацией носителей наблюдается так называемая "псевдощель", обладающая, по-видимому, d-волновой симметрией.

2.1. Фотоэмиссионная спектроскопия (ARPES)
Эксперимент свидетельствует о резкой анизотропии D на поверхности Ферми и возможном наличии у D нулей, что согласуется с d-волновой симметрией.

2.2. Рассеяние нейтронов
Получено непосредственное доказательство формирования волны спиновой/зарядовой плотности при T<T*. Анизотропная псевдощель "имитирует" d-волновую сверхпроводящую щель. Таким образом, за d-волновую сверхпроводимость могут ошибочно приниматься эффекты, связанные с конкурирующими волнами спиновой/зарядовой плотности, сохраняющимися вплоть до низких температур.

2.3. Аналогия с 2H-TaS2
Около 30 лет назад в литературе появилось сообщение о сверхпроводящих флуктуациях в 2H-TaS2 (pyridine)1/2, существующих вплоть до 30К (10Tc!). Позднее оказалось, что за сверхпроводящие флуктуации было ошибочно принято "не полностью разрушенное состояние" с волной зарядовой плотности. Аналогия с псевдощелью в ВТСП очевидна.

3. Джозефсоновское туннелирование

Эти эксперименты наиболее интересны, поскольку дают информацию о фазе сверхпроводящего параметра порядка, а не только о его величине, то есть щели, но они же и наиболее противоречивы.

3.1. Бикристаллические границы зерен Y-123
Измерения критического тока между зернами различной формы и окружающей их матрицей являются наиболее убедительным доказательством анизотропии D , но не могут быть объяснены d-волновой симметрией D .

3.2. Контакты между Pb и Y-123 по оси c
Имеющиеся в литературе данные говорят о том, что s-волновая компонента составляет по крайней мере 30% от D . Какую симметрию имеют остальные 70% D , на основании этих экспериментов сказать нельзя. Не исключено, что и d-волновую.

3.3. Контакты между Pb и Y-123 в плоскости a-b
Обнаружен сдвиг фаз на p , что считается доводом в пользу d-волновой симметрии. Однако есть и другое возможное объяснение: захват магнитного потока на краях образца (что и подтвердили недавние эксперименты, выполненные с помощью СКВИДа). Была сделана попытка устранить захваченный магнитный поток. Она оказалась удачной, а полученные при этом результаты добавили уверенности сторонникам d-волновой симметрии. Однако более тщательные повторные эксперименты лучше всего могут быть объяснены p-волновой (!) симметрией, хотя их авторы и делают вывод о d-волновом спаривании, "отбрасывая" при этом, по утверждению R.Klemm'а, большую часть данных.

3.4. Контакты на границах двойников
Зарегистрирован сдвиг фазы s-волновой компоненты (единственной, наблюдаемой в этих экспериментах) на p при пересечении границы двойника. Из этого был сделан вывод, что по разные стороны от границы D имеет (d+s)-волновую и (d-s)-волно-вую форму. Но разве можно на основании изменения фазы s-волновой компоненты заключать, что в D есть еще и d-волновая составляющая? Кроме того, интерпретация эксперимента осложняется возможным наличием на границе двойника локализованной волны спиновой/зарядовой плотности.

3.5. Трикристаллические границы зерен Y-123
Экспериментальные данные согласуются с d-волновым сценарием, однако и здесь не исключен паразитный эффект от магнитного потока, захваченного между слоями CuO2. Кроме того, на интерпретацию эксперимента влияет "извилистость" двойниковых границ, о чем свидетельствует просвечивающая электронная микроскопия.

3.6. "Внутренние" джозефсоновские контакты
Контакты между параллельными слоями CuO2 в ВТСП представляют собой "внутренние" (intrinsic) джозефсоновские контакты. Информацию об их характеристиках можно получить, анализируя ВАХ. Результаты должны зависеть от симметрии D . Имеющиеся на сегодняшний день данные говорят в пользу s-волновой симметрии.

3.7. Контакты на границе разлома
Если расколоть монокристалл ВТСП на две половинки вдоль проводящих кристаллографических слоев, а затем повернуть одну из половинок на некоторый угол a и вновь прижать эти половинки друг к другу, то можно ожидать наличие зависимости Ic такого контакта от a . В частности, для d-волнового сверхпроводника должно быть Ic=0 при a =450. Однако на эксперименте зависимости Ic от a не было обнаружено.

Выводы
Эксперименты очень противоречивы. Одни могут быть лучше всего объяснены d-волновой симметрией D , другие - s-волновой, третьи - смешанной (d+s)-волновой симметрией с существенным вкладом каждой волны. Пока даже не ясно, одинакова ли симметрия D во всех ВТСП или же различна. Не исключено, что во многих экспериментах параметры зарядового и/или спинового порядка могут быть ошибочно приняты за сверхпроводящий параметр порядка.

Для тех, кто хочет подробнее ознакомиться с состоянием экспериментальных исследований по затронутой проблеме, отметим, что работа R.Klemm'а содержит cсылки на все ключевые эксперименты.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#21   morozov » Вс май 08, 2011 22:50

Локализация носителей заряда в YBa2(Cu1-xZnx)3O7-d

До сих пор окончательно не выяснена причина подавления сверхпроводимости ВТСП YBa2Cu3O7-d при замещении атомов меди атомами цинка. Исследование низкотемпературного поведения r ab монокристаллов YBa2(Cu1-xZnx)3O7-d в магнитном поле до 18Тл показало, что замещение меди на цинк ведет к локализации носителей заряда даже в относительно ?чистых? образцах с kFl > 5 (kF - импульс Ферми, l - длина свободного пробега), то есть когда величина l больше длины волны электрона и локализации, вообще-то говоря, быть не должно. В качестве возможной причины этого эффекта авторы рассматривают нарушение локальных антиферромагнитных корреляций спинов атомов меди.
K.Segawa and Y.Ando, http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9811278
Contact: Kouji Segawa segawa@criepi.denken.or.jp
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#22   morozov » Вт май 10, 2011 0:39

Ревизия симметрии параметра порядка в "электронных" ВТСП
Большинство (хотя и не все) экспериментальных данных говорит о том, что в ВТСП с дырочным типом проводимости параметр сверхпроводящего порядка D имеет d-волновую симметрию. Таких ВТСП подавляющее большинство (YBa2Cu3O7,
La2-xSrxCuO4, Bi2Sr2CaCu2O8 и т.д.). Что касается немногочисленных известных на сегодня ВТСП с электронным типом проводимости, наиболее изученным из которых является Nd2-xCexCuO4, то долгое время считалось, что в них D имеет s-волновую симметрию.

Группа японских физиков из Nagoya University, Tohoku University и Japan Science and Technology Corporation выполнила исследования квазичастичных спектров возбуждений в монокристаллах
Nd2-xCexCuO4 методом STM/STS [1]. Полученные результаты показали, что D не только анизотропен в импульсном пространстве, но и имеет
d-волновую симметрию. Авторы [1] обсуждают, тип этой симметрии ? dxy-волна или dx2-y2-волна ? и склоняются в пользу последней.

[1] F.Hayashi et al., J. Phys. Soc. Jap., 1998, 67, p.3234

Сверхпроводимость Tl1.8Ba2.0Ca2.6Cu3.0O10+d в морозную погоду при высоком давлении
Известно, что критическая температура Tc большинства ВТСП увеличивается под давлением, достигая рекордной величины Tc? 160К в HgBa2Ca2Cu3Ox при P? 30ГПа. Недавно появилось сообщение [1] об аномальном росте Tc поликристаллических образцов ВТСП Tl1.8Ba2.0Ca2.6Cu3.0O10+d при P? 5ГПа. Авторы [1] обнаружили, что Tc быстро увеличивается с ростом P от своего начального значения Tc=129К при P=0 и достигает величины Tc=255К (обычная для русской зимы температура!) при P=4.3ГПа. Вот только Tc, измеренная в [1], к сожалению, представляет собой не температуру нулевого сопротивления, а лишь температуру начала уменьшения (хотя и очень резкого) R(T) при охлаждении образца. Заметим, что статья [1] представляет собой своеобразный "интернациональный винегрет": она написана китайскими физиками на английском языке и опубликована в украинском журнале.

[1] C.Y.Han et al., ФНТ, 1998, 24, p.305
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#23   morozov » Вс май 15, 2011 9:15

Металлический ход сопротивления и насыщение Hc2 в YBa2Cu3O7-d при низких температурах
При понижении температуры удельное электрическое сопротивление ВТСП в плоскости a-b уменьшается линейно вплоть до Tc. Представляет интерес вопрос, сохранится ли металлическое поведение r ab(T) при более низких температурах, если сверхпроводимость "подавить" магнитным полем. Японские физики из University of Tokyo и ISTEC измерили r ab(T) тонких пленок YBa2Cu3O7-d с Tc ? 83К (то есть имеющих концентрацию дырок чуть ниже "оптимальной" величины) в параллельных оси c импульсных магнитных полях с H ? 50 Тл (длительность импульса D t ? 25мс) и H ? 130Тл (D t ? 7мкс) [1]. Оказалось, что r ab(T) продолжает уменьшаться вплоть до 4.2К, хотя и имеет тенденцию к выходу на константу (остаточное сопротивление). Вопреки многим работам, авторы которых наблюдали положительную кривизну Hc2(T) при T < Tc и расходимость Hc2 при T ? 0, в [1] обнаружена линейная зависимость Hc2(T) вблизи Tc (до T ? 60К) и насыщение Hc2 на уровне (120 ? 130)Тл при понижении температуры до 4.2К (возможность расходимости Hc2 при T < 4.2К в принципе не исключена).

1 J. Phys.: Condens. Matter, 1998, 10, p.1157
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#24   morozov » Пн май 16, 2011 10:32

Металлическая несверхпроводящая фаза и d-волновая сверхпроводимость в La2-xSrx(Cu1-yZny)3O4
Измерены удельное сопротивление, магнитосопротивление и глубина проникновения магнитного поля (lambda) тонких пленок ВТСП La2-xSrx(Cu1-yZny)3O4 c y < 0.12. Установлено, что квадратичная температурная зависимость 1/(lambda)2 (признак d-волновой сверхпроводимости) сохраняется при допировании цинком. Подавление сверхпроводимости цинком приводит к переходу в металлическую несверхпроводящую фазу, что предсказывает теория спин-флуктуационного механизма. Переход металл-диэлектрик, обусловленный разупорядочением, имеет место при kFl ~ 1 (kF ? импульс Ферми, l ? длина свободного пробега). Концентрация дырок с ростом y практически не изменяется.

K.Karpinska et.al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9911149
to be published in Phys. Rev. Lett.
Contact: Sabyasachi Guha sabya@physics.rutgers.edu
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#25   morozov » Вт май 17, 2011 22:15

Роль двумерности для сверхпроводимости ВТСП
Экспериментально исследовано влияние анизотропной деформации ВТСП La2-xSrxCuO4 на критическую температуру Tc и величину удельного сопротивления r с. Установлено, что сжатие образцов вдоль оси c ведет к уменьшению как Tc, так и r с. Напротив, растяжение образцов вдоль оси c приводит к увеличению r с и к росту Tc от 38 К до 51.6 К при P = 8 ГПа. Величина производной dTc/dP оказывается намного больше, чем при деформации параллельно плоскости a-b. Следовательно, величина Tc гораздо более чувствительна к ?межслоевым?, чем к ?внутрислоевым? параметрам кристаллической решетки. Поскольку при растяжении расстояние между проводящими слоями CuO2 увеличивается, можно сделать вывод, что двумерность благоприятствует высокотемпературной сверхпроводимости.

F. Nakamura et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9910026
Contact: Fumihiko Nakamura fn204@cam.ac.uk
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#26   morozov » Пт май 20, 2011 8:26

Влияние изотопического замещения кислорода на псевдощель в HoBa2Cu4O8

Температура появления псевдощели в нормальном состоянии ВТСП HoBa2Cu4O8 с Tc=79К составляет T*? 170К. Коллектив швейцарских (ETH Zurich, PSI Villigen, University of Zurich) и французских (Institute Laue-Langevin) физиков исследовал влияние изотопического замещения кислорода на Tc и T* [D. Rubio Temprano et al., Phys. Rev. Lett. 84, 1990 (2000)]. Был использован метод неупругого рассеяния нейтронов. Оказалось, что при замещении 16O? 18O величина Tc изменяется очень несущественно, уменьшаясь всего лишь на 0.5К, тогда как T* резко увеличивается до ? 220К. Авторы пришли к выводу, что механизм изотопического сдвига T* работает на временах 10-13с<t <<10-8с. Они также считают, что любая модель высокотемпературной сверхпроводимости должна учитывать в той или иной форме электрон-фононное взаимодействие.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#27   morozov » Ср июн 15, 2011 22:19

Снова к вопросу о d- или s-симметрии
В настоящее время можно считать практически установленным, что комплексный параметр порядка в высокотемпературных сверхпроводниках имеет d-волновую симметрию. В традиционных сверхпроводниках фаза параметра порядка не зависит от координат, а его амплитуда может изменяться в зависимости от направления. Подобный расчет для свинца в рамках теории сильной электрон-фононной связи (к нему мы еще вернемся ниже) был выполнен почти 35 лет назад Bennett'ом [1]. Он выяснил, что основным источником анизотропии сверхпроводящих свойств является угловая зависимость фононного спектра, хотя определенный вклад вносит и анизотропия поверхности Ферми. В результате оказалось, что в экваториальной плоскости максимальный разброс значений щели для свинца составляет примерно 10%.

Иное дело ? высокотемпературные сверхпроводники. В них зависимость параметра порядка от угла в ab-плоскости, определяющей сверхпроводимость ВТСП материалов, имеет вид четырех лепестков, сдвинутых на 90° по отношению друг к другу. В каждом из лепестков фаза параметра порядка постоянна, но в двух соседних лепестках она отличается на ?.

Однако имеются указания на то, что все не так просто, и к d-волне примешивается небольшая доля s-волны. Возможно, самым прямым в этом плане является эксперимент по джозефсоновскому туннелированию из обычного s-сверхпроводника в ВТСП, ориентированный так, что нормаль к его поверхности совпадает с осью c. Поскольку джозефсоновский ток через контакт пропорционален синусу разности фаз его берегов, то направление тока для соседних лепестков, отличающихся по фазе на ?, будет противоположным. Токи скомпенсируют друг друга, и итоговый результат должен быть нулевым. Оказалось, что это не так.

Соответствующий эксперимент обнаружил существование джозефсоновского тока в направлении с-оси для YBCO [2]. Впрочем, особых проблем тут нет. Симметрия 123-соединения разрешает одновременное существование и d-, и s-волны, т.е. наличие d+ks состояния, где коэффициент k характеризует долю s-добавки. Эта доля, видимо, невелика - несколько процентов, но ее достаточно, чтобы объяснить джозефсоновские эксперименты на YBCO. Однако, как оказалось, ток Джозефсона существует и при туннелировании вдоль c-оси BSCCO материала [3].

Хотя эффект здесь очень мал (почти в 100 раз меньше, чем для YBCO), но факт его обнаружения имеет принципиальное значение, так как симметрия BSCCO не допускает ОДНОВРЕМЕННОГО присутствия d- и s-волн. Критток от магнитного поля имел [3] обычную фраунгоферову зависимость, что указывает на однородность тока вдоль перехода. Чтобы спасти положение, пришлось выдвинуть гипотезу о том, что на поверхности ВТСП нарушается симметрия по отношению к обращению времени, и тогда комплексный параметр порядка имеет вид d+iks.

Имеются некоторые экспериментальные свидетельства в пользу этого утверждения. Однако можно выдвинуть и альтернативное объяснение. Его предложил A.I.M.Rae из University of Birmingham в недавней публикации [4]. Джозефсоновский эксперимент был выполнен на BSCCO с инжектором из свинца. Свинец, как отмечалось в начале этой заметки, является анизотропным сверхпроводником, и поэтому туннелирование в два соседних лепестка d-волны может оказаться неэквивалентным. Соответствующие токи не скомпенсируют друг друга, и при туннелировании вдоль c-оси сохранится маленькая джозефсоновская компонента. Откуда же возьмется нужная неэквивалентность при повороте на 90° , если свинец имеет кубическую симметрию? Когда выдвигается этот аргумент, то предполагается, что мы имеем дело с туннелированием из плоскости основания кубика (то есть что нормалью к xy-плоскости перехода является направление [001] в кристалле Pb). В реальном эксперименте кубик может быть повернут. Представим себе, что мы поставили его на плоскость туннельного перехода, а затем, оставив одно ребро лежащим на этой плоскости, второе повернули на 45°, т.е. нормалью к переходу сделали направление [011] в свинце. Теперь оси x и y стали уже неэквивалентными, что и нужно было автору [4]. Численные расчеты [4] показали, что если в реальном эксперименте (а в [3] использовались пленки свинца без определенной ориентации) присутствует достаточно много сориентированных таким образом кристаллитов Pb, то джозефсоновский эксперимент для висмутового ВТСП полностью объясним в рамках расчетов Bennett'а [1] и без предположения о нарушении симметрии относительно обращения времени. Как же выяснить истину? A.I.M.Rae предлагает повторить джозефсоновский эксперимент с с-ориен-тированным BSCCO, но с более изотропным (по сравнению со свинцом) сверхпроводником в качестве одной из обкладок или просто с "грязным" материалом, в котором замыта вся анизотропия. К слову, он цитирует авторов работы [3], которые пишут, что наилучшие результаты, т.е. наличие слабого джозефсоновского тока, наблюдалось с ЧИСТЫМ свинцом. Итак, слово за новым экспериментом.

М.Белоголовский

A.J.Bennett, Phys. Rev., 1966, 140, p. A1902
A.G.Sun et al., Phys. Rev. Lett., 1994, 72, p. 2267
M.Mosle, R.Kleiner, Phys. Rev. B, 1999, 59, p. 4486
A.I.M.Rae, Phys. Rev. Lett., 2000, 84, p. 2235
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#28   morozov » Чт июн 16, 2011 20:51

Аномальный пик плотности сверхпроводящего конденсата в ВТСП
Изучено вращение спина мюонов в ВТСП Y0.8Ca0.2Ba2(Cu1-zZnz)3O7-d и Tl0.5-yPb0.5+ySr2Ca1-xYxCu2O7. На основании полученных данных определены зависимости плотности сверхпроводящего конденсата ns от уровня допирования. Установлено, что в обеих этих ВТСП системах величина ns имеет максимум при одной и той же концентрации носителей заряда, отвечающей слегка ?передопированному? состоянию. Интересно, что именно при этой концентрации впервые возникает псевдощель в плотности электронных состояний. Обнаружена также корреляция между ns и энергией сверхпроводящей конденсации, что свидетельствует о необычных свойствах ВТСП даже в ?передопированной? области.

C.Bernhard et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0006288
Contact: Christian Bernhard bernhard@cardix.mpi-stuttgart.mpg.de
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#29   morozov » Пн июн 20, 2011 23:06

Квазичастичная плотность состояний в высокотемпературных сверхпроводниках
Представлены результаты новых туннельных экспериментов для тонких пленок ВТСП YBa2Cu3O7, полученные методом сканирующей туннельной микроскопии при низких температурах. Обнаружены необычные особенности туннельных спектров, ранее наблюдавшиеся также в Bi2Sr2CaCu2O8+x. Для объяснения экспериментальных данных предложена новая эвристическая модель, в которой сверхпроводящая щель не только имеет d-волновую симметрию, но и зависит от энергии. В рамках этой модели получено простое выражение для квазичастичной плотности состояний, которое отлично согласуется с экспериментом. Обсуждается динамика квазичастичных состояний и масштаб энергии, определяющий сверхпроводящий переход.

T.Cren et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0006044
Contact: W.Sacks sacks@gps.jussieu.fr

Одночастичная когерентность в ВТСП
Главный, до сих пор не выясненный вопрос в высокотемпературной сверхпроводимости ? причина высокой критической температуры Tc. В обычных сверхпроводниках величина Tc однозначно определяется величиной сверхпроводящей щели DELTA , которая представляет собой энергию связи двух спаренных электронов в сверхпроводящем состоянии. Однако это совершенно не так в ВТСП, где отсутствует однозначная связь между Tc и DELTA . Например, изменение концентрации носителей заряда может приводить к уменьшению Tc, но увеличению DELTA . Величина DELTA может даже быть отличной от нуля при T>Tc, тогда как в нормальном состоянии обычных сверхпроводников всегда DELTA=0. Основываясь на исследованиях ВТСП методом фотоэмиссии с угловым разрешением, авторы препринта утверждают, что для ВТСП справедливо фундаментальное соотношение Tc=const x Z/DELTA , где величина Z является мерой "целостности" (когерентности) электрона; она определяет, до какой степени электрон в ВТСП ведет себя как свободный электрон. Показано, что при низких температурах Z увеличивается при допировании, а уменьшение Z при нагревании напоминает поведение плотности сверхтекучей компоненты. Сделан вывод, что одноэлектронный когерентный фактор Z ? то самое недостающее звено, без которого не удавалось описать сверхпроводимость ВТСП.

H.Ding et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0006143
Contact: Ziqiang Wang zqw@physics.bc.edu

Аномальный пик плотности сверхпроводящего конденсата в ВТСП
Изучено вращение спина мюонов в ВТСП Y0.8Ca0.2Ba2(Cu1-zZnz)3O7-d и Tl0.5-yPb0.5+ySr2Ca1-xYxCu2O7. На основании полученных данных определены зависимости плотности сверхпроводящего конденсата ns от уровня допирования. Установлено, что в обеих этих ВТСП системах величина ns имеет максимум при одной и той же концентрации носителей заряда, отвечающей слегка ?передопированному? состоянию. Интересно, что именно при этой концентрации впервые возникает псевдощель в плотности электронных состояний. Обнаружена также корреляция между ns и энергией сверхпроводящей конденсации, что свидетельствует о необычных свойствах ВТСП даже в ?передопированной? области.

C.Bernhard et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0006288
Contact: Christian Bernhard bernhard@cardix.mpi-stuttgart.mpg.de

Определение плотности состояний неоднородного сверхпроводника с нанометровым разрешением
Методом сканирующей туннельной микроскопии монокристаллов ВТСП (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+y построена карта квазичастичной плотности состояний с пространственным разрешением около 1нм. Измерения проводились при T=5К. Установлено, что минимальный размер сверхпроводящих областей составляет около 3нм; они чередуются с областями, где щелевые особенности плотности состояний отчетливо не выражены. Обсуждается влияние беспорядка замещения Bi/Pb на неоднородность локальной плотности состояний.

T.Cren et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0006039
Contact: W.Sacks sacks@gps.jussieu.fr
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33390
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: ВТСП ? НЕОБЫЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Номер сообщения:#30   morozov » Пт июн 24, 2011 9:01

Сверхпроводящая щель и псевдощель в ВТСП
Неоднозначность многих экспериментов, в которых исследуется сверхпроводящая щель и псевдощель, связана с тем, что между этими двумя щелями не всегда удается провести четкую границу при интерпретации данных. Дабы устранить этот огрех, авторы препринта использовали методику ?внутреннего? (intrinsic) туннелирования для непосредственного определения сверхпроводящих особенностей квазичастичной плотности состояний Bi2Sr2CaCu2O8+y. Им удалось-таки однозначно отличить псевдощель от сверхпроводящей щели. Выяснилось, что они имеют совершенно различные температурные и полевые зависимости: если сверхпроводящая щель обращается в нуль при T=Tc(H) и H=Hc2(T), то псевдощель не зависит от T и H. Полученные результаты свидетельствуют против того, что псевдощель в ВТСП играет роль ?предвестника? сверхпроводимости.

V.M.Krasnov et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0006479
Contact: V.M.Krasnov krasnov@fy.chalmers.se
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Закрыто

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»