Исследование физических свойств ВТСП купратов в рамках модели сверхпроводящего спаривания с отталкивательным взаимодействием

• Автор: Софронов, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

I. Модель сверхпроводящего спаривания с большим суммарным импульсом при отталкивательном взаимодействии
1. Определяющие механизмы сверхпроводящего спаривания
2. Зеркальный нестинг контура Ферми
3. Уравнение самосогласования
4. Решение уравнения самосогласования
5. Сверхпроводящая щель при Т
6. Сверхпроводящая щель при Т Ф
7. Эффект близости в обратном пространстве
II. Туннельные характеристики ВТСГТ купратов
1. Обзор литературы
2. Интерпретация формы и асимметрии туннельных характеристик ВТСП купратов в модели К-спаривания
III. Адреевское отражение
1. Обзор литературы
2. Расчет андреевского отражения в модели К-спаривания
3. Выводы
IV. Электродинамика ВТСП купратов
1. Обзор литературы
2. Токовый отклик в модели К-спаривания
3. Выводы
Заключение
Литература

В настоящее время к физике высокотемпературной сверхпроводимости привлечено внимание широкого круга специалистов. При этом особое значение приобрели высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) купратные соединения. Причиной этому послужили их необычные свойства, проявляемые как в сверхпроводящем, так и в нормальном состоянии, среди которых можно выделить следующие:
1. высокая критическая температура сверхпроводящего перехода, Тс;
2. отличная от s-mana симметрия сверхпроводящего параметра порядка;
3. особенности фазовой диаграммы: близость антиферромагнитного и сверхпроводящего состояния, существование последнего в ограниченной области по концентрации носителей, наблюдаемая область псевдощелевого состояния при температуре выше критической Т>ТС;
4. наблюдаемое “нарушение” оптического правила сумм;
5. структура пик-провал-горб (peak-dip-hump) в спектрах фотоэмиссии с угловым разрешением (ARPES) и в туннельных спектрах, асимметрия туннельных спектров относительно нулевого напряжения;
6. малая величина интенсивности андреевского отражения по сравнению с обычными сверхпроводниками и образование андреевских поверхностных состояний;
7. статическая и динамическая структура стайпов;
Основным структурным элементом слоистых купратных соединений являются медно-кислородные плоскости, атомные слои между которыми играют роль резервуаров, поставляющих при дырочном или электронном допировании избыточные носители в эти плоскости. Пренебрегая взаимодействием между медно-кислородными плоскостями, купраты рассматривают как квазидвумерные системы.

Накопленное к настоящему времени огромное количество экспериментальных данных требуют теоретической интерпретации. Однако ни одна из предложенных на настоящее время моделей не лишена недостатков и не позволяет объяснить всю совокупность экспериментальных фактов. Таким образом, несмотря на множество существующих моделей, развиваемых для объяснения свойств этого класса материалов, вопрос о механизме сверхпроводимости в них до сих пор остается открытым.
Развиваемая в последние годы модель сверхпроводящего спаривания с большим суммарным импульсом при отталкивательном взаимодействии (модель К-спаривания) позволяет дать качественную интерпретацию ключевым экспериментальным данным, а также устанавливает явную зависимость критической температуры от физических параметров системы.
Цель работы: Целью работы является интерпретация
экспериментальных данных, несущих ключевую информацию о механизме сверхпроводимости купратов, а именно особенностям туннельных характеристик, оптической проводимости, андреевского отражения, фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, что ведет к более глубокому пониманию природы высокотемпературной сверхпроводимости.
В работе приведены аргументы, которые позволяют считать, что основным каналом спаривания в ВТСП купратах является спаривание с большим суммарным импульсом К (К » 2кр).
Научная новизна работы: Впервые в рамках модели сверхпроводящего спаривания с большим суммарным импульсом с отталкивательным взаимодействием дана интерпретация форме и асимметрии туннельных характеристик, угловой зависимости спектральной плотности фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, наблюдаемому “нарушению” оптического правила сумм, малой интенсивности андреевского отражения по сравнению с обычными сверхпроводниками.
Практическая значимость: Реализация огромных возможностей,
связанных с применением высокотемпературных сверхпроводящих

Sample Voltage [mV]
Puc. 8. Туннельный спектр Bi2.xPbxSr2CaCu20s+d с x=0.5 при T=5K [39].
Показаны D-провал (dip), Н-горб(Ьитр), Р-пик(реак).
Такая структура “пик-провал-горб” (peak-dip-hump, PDH) спектра фотоэмиссии при Т <ТС отражает особенности сверхпроводящего спаривания в купратах.
Подобная PDH - структура наблюдается и в туннельных спектрах, которые, кроме того, обнаруживают асимметрию по отношению к изменению знака напряжения смещения [38, 39, 40, 41. 42]. Естественно предположить, что PDH - структура фотоэмиссионного и туннельного спектров имеет общее происхождение.
Таким образом, обобщая данные, полученные с помощью туннельной спектроскопии, отметим следующие воспроизводимые особенности спектра ВТСП купратов [43, 44]:
1) спектр сверхпроводящих купратов имеет форму “пик-провал-горб”: высокий пик проводимости плавно переходит в провал, расположенный приблизительно при удвоенном напряжении положения пика (рис. 8);
2) спектр асимметричен относительно нулевого напряжения: величина пика, провала и горба при одной полярности приложенного напряжения может существенно отличаться от соответствующих величин при противоположной полярности, при этом их положение одинаково при обеих полярностях.