Влияние межслойных перескоков на свойства нормальной и сверхпроводящей фаз двухслойных ВТСП купратов

• Автор: Макаров, Илья Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СВОЙСТВ НОРМАЛЬНОЙ И СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ФАЗЫ ДВУХСЛОЙНЫХ КУПРАТОВ
1.1. Обзор экспериментальных работ
1.2. Обзор теоретических работ
1.3. Цели и задачи
ГЛАВА 2. ОБОБЩЕНИЕ МЕТОДА LDA+GTB ДЛЯ ДВУХСЛОЙНЫХ СИСТЕМ
2.1. Общая схема LDA+GTB для СЭК
2.2. Обобщение LDA+GTB для двухслойного купрата (СигОю)
2.3. Метод LDA+GTB с учетом Ц по теории возмущений
ГЛАВА 3. НОРМАЛЬНАЯ ФАЗА ДВУХСЛОЙНЫХ КУПРАТОВ
3.1. Влияние Ц на зонную структуру и поверхность Ферми
3.2. Межслойные спиновые корреляции
3.3. Квантовые фазовые переходы
3.4. Сравнение с экспериментами (ARPES, квантовые осцилляции)
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ФАЗЫ ДВУХСЛОЙНЫХ КУПРАТОВ
4.1. Обсуждение возможных механизмов спаривания
4.2. Влияние перескоков ц и межслойных спиновых корреляций на величину Тс
4.3. Изотоп-эффект
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Столетие назад открытие явления сверхпроводимости [1-3] дало старт обширному теоретическому и экспериментальному исследованию этого уникального состояния вещества. Свойства сверхпроводимости, такие как проводимость тока без потерь, большие критические токи и многие другие, дают возможность практического применения сверхпроводников в огромном количестве разнообразных устройств. Однако из-за необходимости поддержания очень низких температур (4-20 К) для его наблюдения практическое применение такого явления сильно затруднено. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в 1986 г. Беднорцем и Мюллером [4] значительно расширило границы применимости сверхпроводников. Температуры, при которых новые соединения переходили в сверхпроводящее состояние, повысились вплоть до 135 К (НВагСаСизОз), поэтому для достижения сверхпроводимости оказалось достаточно охлаждения жидким азотом. Это позволило не только более интенсивно исследовать ВТСП соединения, но и. использовать их в реальной жизни (линии электропередачи, томография, источники сильных магнитных полей, СКВИДы, датчики в микроэлектронике и многое другое). И помимо всего этого открытие ВТСП дало ученым право надеяться на существование сверхпроводника с комнатной Тс. Проблема заключалась в том, что несмотря на открытие и изучение огромного количества новых представителей ВТСП оставался непонятным механизм сверхпроводимости в них, а также подавляющее большинство свойств нормального и сверхпроводящего состояний. К сожалению, данная проблема остается актуальной и сейчас.
На сегодняшний день можно говорить о следующем многообразии ВТСП:

1) Купраты
Лантановые (Ьа2-х8гхСи04, Тс =39К, Ьа2Си04+8, Тс =45 К)
Неодимовые (празеодимовые) (Ш(Рг)2.хСехСи04, Тс = 22К)
Галогеновые (Саг-хИахСиСЬСЬ, Тс =26 К, 8г2Си02р2+х, Тс =46 К)
Свинцовые (РЬ28г2.хЬахСи2Ог, Тс = 33 К, РЬ28г2У 1.хСахСи308+5, Тс = 80 К)
Иттриевые ((Ьа1.хСах)(Ва1.75.хЬао.25+х)Си3Оу, Тс = 80 К, УВа2Сиз07_8, Тс = 93 К, У 1.хСахВа2Си307_5, Тс =90 К, У1.хСахВа2Си40в-5)
Висмутовые (В)28г|.хЬпхСи06+й, Тс =38 К, В12+х Бг2 .х С а С и 2 Ов+з, Тс =90 К, В12+х8г2.хСа2СизО10+5; Тс = 110К, В128г2Са1.хУхСиз08+5, Тс =96К,)
Таллиевые (Т1Ва1+хРа,_хСи05, Тс = 45К, Т1Ва2СаСи207+5, Тс =110К, Т12Ва2СаСи208+8, Тс =110 К, Т1Ва2-£Са2Си309+§, Тс =123 К, Т1Ва2Са2-ЕСиз09+8, Тс = 131К, Т1Ва2Са2Сиз09+5, Тс =133 К, Т12Ва2Са2Си309+5, Тс =125 К)
Ртутные (Ва2Си04+5, С = 98 К, II а2С аС и2Об1-а, Тс = 120 К,
ТВа2Са2Си30]0+5, С =135 К)
Cu(Ag,Au)Ba2Ca2Cuз08+8 (Тс= 120К) или Ва2Са2Си308+8 (Тс = 126К)
Замещение химическими группами (купратные оксикарбонаты Си—>С03, купратные оксинитраты Си—>1Ю3 купратные оксигалогениды О-ЛцСО
Бесконечнослоевой ВТСП 8гСи02
2) Сверхпроводники на основе железа (Гстах = 58 К)
3) МёВ2(7>40К)
4) Фуллериды (РЬ3С60, Т = 30К, ЯЬСУаСбо, Тс = 33 К)
5) Карбиды (УРб2В2С, Тс = 23 К)
Как видно наиболее обширным классом ВТСП соединений являются купраты. Именно они считаются обладателями всех признаков, которые отличают соединения со свойством высокотемпературной

неизменными. Однако, электронная структура одного слоя рассчитывается с помощью точной диагонализации и кластерной теории возмущений, где кластер - это элементарная ячейка однослойного купрата.
В первом разделе данной главы будет описываться общая идеология метода LDA+GTB. Во втором и третьем разделах будет производиться обобщение метода LDA+GTB на случай двухслойных купратов. Второй раздел посвящен способу обобщения, в котором производится точная диагонализация кластера двухслойного купрата. Способ обобщения метода GTB с помощью учета перескоков по теории возмущения рассматривается в третьем разделе.
2.1. Общая схема LDA+GTB для СЭК
Для расчета электронной структуры металлических систем хорошо себя зарекомендовали методы DFT [167] и приближение LDA [168] для DFT. Однако для систем с сильными электронными корреляциями эти методы дают неправильный результат, например, предсказывая металлическое состояние для диэлектрика La2Cu04. Предпринимались различные попытки включения сильных корреляций в LDA метод (LDA+U [169], LDA+SIC [170]), но причина возникновения диэлектрической щели в них не воспроизводилась. Поэтому для описания систем с сильными корреляциями в работе [86] был предложен обобщенный метод сильной связи (generalized tight-binding method или GTB). Данный метод состоит из трех этапов:
1) Точная диагонализация внутриячеечной части гамильтониана;
2) Построение операторов Хаббарда на базисе точных внутриячеечных многоэлектронных состояний;
3) Применение кластерной формы теории возмущений для записи межъячеечной части гамильтониана.