Температурная и концентрационная зависимости электронной структуры оксидов меди в рамках обобщенного метода сильной связи

• Автор: Борисов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 171 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХ ПРОВОДНИКОВ оксидов меди

§ 1.1. Модель Хаббарда

§ 1.2. Модель Хаббарда в представлении Х-операторов

§ 1.3. Ю модель и ее обобщение

§ 1.4. 3-х зонная р-с1 модель

§ 1.5. Экспериментальные данные фотоэлектронной

спектроскопии с угловым разрешением

§ 1.6. Постановка задачи

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА ОКСИДОВ МЕДИ В МНОГОЗОННОЙ Р-Б МОДЕЛИ В РАМКАХ ОБОБЩЕННОГО
МЕТОДА СИЛЬНОЙ СВЯЗИ
§ 2.1. Гамильтониан и схема обобщенного метода сильной
связи
§ 2.2. Точная диагонализация СиОб кластера
§ 2.3. Построение функции Ванье и преставление
операторов Хаббарда в многозонной р-б модели
§ 2.4. Вывод дисперсионного уравнения и уравнения на
спектральную плотность
§ 2.5. Описание пакета программы для расчета электронной структуры оксидов меди в обобщенном методе сильной связи

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ Си02 СЛОЯ В ОБОБЩЕННОМ МЕТОДЕ
СИЛЬНОЙ СВЯЗИ
§ 3.1. Расчет дисперсионных кривых и сравнение
полученных данных с данными ARPES - спектроскопии
§ 3.2. Изменение зонной структуры СиОч слоя с допированием
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ, ХИМПОТЕНЦИАЛА И ПОВЕРХНОСТИ
ФЕРМИ
§ 4.1. Расчет спектральной плотности и сравнение полученных данных с данными поляризованной
ARPES - спектроскопии
§ 4.2. Температурная зависимость ARPES спектров для
Sr2Cu02Cl
§ 4.3. Концентрационная зависимость химпотенциала 75 *
§ 4.4. Поверхность Ферми и ее эволюция с допированием
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Для детального понимания поведения высокотемпературных купратов необходимо знание низкоэнергетической электронной структуры, т.е. Ферми поверхности, дисперсии зон, как в сверхпроводящем, так и в нормальном состояниях, все это необходимо как основа для понимания механизма сверхпроводимости и интерпретации термодинамических и транспортных свойств, К тому же, эта информация может напрямую измеряться с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). К настоящему времени наиболее полные ARPES исследования проведены на LSCO и Bi2212 ВТСП составах. В слабодопированных LSCO - составах наблюдаются внутрищелевые (in-gap) состояния и отсутствие сдвига уровня Ферми. С повышением уровня допирования выше оптимального поверхность Ферми меняет свой характер с дырочного на электронный,
К сожалению не имеется данных о слабодопированных Bi2212 составах, из-за того, что отсутствуют стабильные материалы. Однако все другие особенности Bi2212 аналогичны наблюдаемым в LSCO. В частности d-симметрия и концентрационная зависимость псевдощели, а также эволюция ПФ от дырочного к электронному типу в окрестности оптимальных значений концентраций допирующей компоненты.
Так как электронные свойства высокотемпературных купратов сильно зависят от концентрации допирования, для понимания ключевых особенностей, относящихся к высокотемпературной сверхпроводимости, необходимо проследить за эволюцией ARPES спектров при допировании.
Обычная зонная теория хорошо воспроизводит физические свойства оптимально допированных составов, например форму поверхности Ферми в Bi2212. Однако существуют проблемы в ВТСП - системах, которые несмотря на длительный промежуток времени, не находят своего решения в рамках зонной теории. Действительно, согласно наблюдаемой фазовой диаграмме
значений вектора к с угловым разрешением лучше 0,1°. В результате получено сечение ПФ плоскостью кхку, показанное на рис. 15.

Рис. 15. Карта интенсивностей фотоэлектронов, возбужденных из В125г2СаСи208+х в энергетическом диапазоне 10 мэВ около энергии Ферми. Логарифмическая шкала интенсивностей усиливает слабые особенности. Внешняя окружность соответствует углу излучения 90° (а). Упрощенная схема рис. а с указанием точек зоны Бриллюэна и выделением интенсивных (сплошные линии) и слабоинтенсивных линий (штрихи) (б). Схема расширенных зон Бриллюэна, показывающая, что система интенсивных линий при сдвиге на вектор ГХ или ГУ образует систему слабых линий (в). Поверхность Ферми В^БгаСаСигОг, вычисленная линеаризованным методом присоединенных плоских волн (ГЬАР\Ц [81] (г). (Данные работы [80].)
Четко видно наличие двух типов линий - высокоинтенсивных, центрированных вокруг точек X и У, и низкоинтенсивных, вокруг центра зоны и угловых точек типа М. На рисунке 15в видно, что низкоинтенсивные линии получаются из высокоинтенсивных сдвигами на волновые векторы ГХ или ГУ, это указывает на новую периодическую структуру 2x2. Так как перестройка атомной структуры на поверхности монокристалла методом низкоэнергетической электронной дифракции не обнаружена, удвоение периода ассоциируется с магнитными корреляциями. Возбуждение фотоэлектрона является локальным и быстрым процессом, характерные пространственные и временные масштабы могут быть малыми по сравнению с длиной и временем корреляции спиновых флуктуации, тогда сверхструктура 2x2 ведет себя как квазистатическая и слабые линии вполне могут быть связаны с уменьшением зоны Бриллюэна.