Псевдоразрыв
В физике конденсированного состояния псевдощель , описывает состояние, при котором поверхность Ферми материала имеет частичную энергетическую щель , например, состояние зонной структуры при котором поверхность Ферми имеет щель только в определенных точках. [1]
Термин «псевдощель» был придуман Невиллом Моттом 1968 году для обозначения минимума плотности состояний на Ферми уровне N ( EF в ), возникающего в результате кулоновского отталкивания между электронами в одном и том же атоме, запрещенной зоны в неупорядоченном материале или сочетание этих. [2]
В современном контексте псевдощель — это термин из области высокотемпературной сверхпроводимости , который относится к диапазону энергий (обычно вблизи уровня Ферми ), с которым связано очень мало состояний. Это очень похоже на настоящий «разрыв», который представляет собой диапазон энергий, не содержащий разрешенных состояний. Такие щели открываются, например, при взаимодействии электронов с решеткой. Явление псевдощели наблюдается в области фазовой диаграммы, характерной для купратных высокотемпературных сверхпроводников, существующей в недолегированных образцах при температурах выше температуры сверхпроводящего перехода.
Только определенные электроны «видят» эту щель. Щель, которую следует ассоциировать с изолирующим состоянием, существует только для электронов, движущихся параллельно связям медь-кислород. [3] Электроны, движущиеся под углом 45° к этой связи, могут свободно перемещаться по кристаллу. Таким образом, поверхность Ферми состоит из дуг Ферми, образующих карманы с центром в углу зоны Бриллюэна . В фазе псевдощели эти дуги постепенно исчезают с понижением температуры, пока не остаются незакрытыми только четыре точки на диагоналях зоны Бриллюэна.
С одной стороны, это может указывать на совершенно новую электронную фазу, которая поглощает доступные состояния, оставляя лишь несколько из них для объединения в пары и сверхпроводимости. С другой стороны, сходство между этой частичной щелью и таковой в сверхпроводящем состоянии может указывать на то, что псевдощель возникает из-за заранее сформированных куперовских пар .
Недавно о псевдощелевом состоянии сообщалось также в сильно неупорядоченных обычных сверхпроводниках, таких как TiN . [4] НбН , [5] или гранулированный алюминий. [6]
Экспериментальные доказательства
[ редактировать ]Псевдощель можно увидеть с помощью нескольких различных экспериментальных методов. Одно из первых наблюдений было проведено ЯМР-измерениями YBa 2 Cu 3 O 6+ x, проведенными H. Alloul et al. [7] и по измерениям удельной теплоемкости Loram et al. [8] Псевдощель также очевидна в данных ARPES (фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением) и СТМ ( сканирующий туннельный микроскоп ), которые могут измерять плотность состояний электронов в материале.
Механизм
[ редактировать ]Происхождение псевдощели является спорным и до сих пор является предметом дискуссий в сообществе специалистов по конденсированным средам. Возникают две основные интерпретации:
1. Сценарий заранее сформированных пар В этом сценарии электроны образуют пары при температуре T* , которая может быть намного выше критической температуры T c, при которой возникает сверхпроводимость. Значения Т* порядка 300 К были измерены в недодопированных купратах, где Т с составляет около 80 К.
Сверхпроводимость не возникает при Т*, поскольку большие фазовые флуктуации поля спаривания не могут упорядочиться при этой температуре. [9] Псевдощель тогда создается некогерентными флуктуациями поля спаривания. [10] Псевдощель является предшественником сверхпроводящей щели в нормальном состоянии из-за локальных динамических парных корреляций. [11] Эта точка зрения подтверждается количественным подходом модели притягивающего спаривания к конкретным тепловым экспериментам. [12]
2. Сценарий псевдощели, несвязанной со сверхпроводимостью. В этом классе сценариев было выдвинуто множество различных возможных причин, таких как образование электронных полос , антиферромагнитное упорядочение или другие экзотические параметры порядка, конкурирующие со сверхпроводимостью.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тимаск, Том; Брайан Статт (1999). «Псевдощель в высокотемпературных сверхпроводниках: экспериментальное исследование». Отчеты о прогрессе в физике . 62 (1): 61–122. arXiv : cond-mat/9905219 . Бибкод : 1999РПФ...62...61Т . дои : 10.1088/0034-4885/62/1/002 . S2CID 17302108 .
- ^ Н. Ф. Мотт (1968). «Переход Металл-изолятор». Обзоры современной физики . 40 (4): 677–683. Бибкод : 1968РвМП...40..677М . CiteSeerX 10.1.1.559.1764 . дои : 10.1103/RevModPhys.40.677 .
- ^ Маннелла, Н.; и др. (2005). «Узловая квазичастица в колоссальных магниторезистивных манганитах с псевдощелями». Природа . 438 (7067): 474–478. arXiv : cond-mat/0510423 . Бибкод : 2005Natur.438..474M . дои : 10.1038/nature04273 . ПМИД 16306987 . S2CID 4405340 .
- ^ Бенджамин Сасепе; Клод Шапелье; Татьяна Ивановна Батурина; Валерий Михайлович Винокур; Михаил Р. Бакланов; Марк Санкер (2010). «Псевдощель в тонкой пленке обычного сверхпроводника». Природные коммуникации . 1 (9): 140. arXiv : 0906.1193 . дои : 10.1038/ncomms1140 . ПМИД 21266990 . S2CID 6781010 .
- ^ Минту Мондал; Ананд Камлапуре; Мадхави Чанд; Гарима Сарасват; Санджив Кумар; Джон Джесудасан; Л. Бенфатто; Викрам Трипати; Пратап Райчаудхури (2011). «Фазовые флуктуации в сильно неупорядоченном s-волновом сверхпроводнике NbN вблизи перехода металл-изолятор». Письма о физических отзывах . 106 (4): 047001. arXiv : 1006.4143 . Бибкод : 2011PhRvL.106d7001M . doi : 10.1103/PhysRevLett.106.047001 . ПМИД 21405347 . S2CID 1584672 .
- ^ Уве С. Прахт; Нимрод Бачар; Лара Бенфатто; Гай Дойчер; Эли Фарбер; Мартин Дрессел; Марк Шеффлер (2016). «Усиленное куперовское спаривание по сравнению с подавленной фазовой когерентностью, формирующей сверхпроводящий купол в связанных нанозернах алюминия». Физический обзор B . 93 (10): 100503(R). arXiv : 1508.04270 . Бибкод : 2016PhRvB..93j0503P . дои : 10.1103/PhysRevB.93.100503 . S2CID 122749546 .
- ^ Аллул, Х.; Оно, Т.; Мендельс, П. (16 октября 1989 г.). " 89 Y-ЯМР свидетельства ферми-жидкостного поведения YBa 2 Cu 3 O 6+ x ". Physical Review Letters . 63 (16): 1700–1703. Bibcode : 1989PhRvL..63.1700A . doi : 10.1103/PhysRevLett.63.1700 . PMID 10040648 .
- ^ Дж. В. Лорам; К.А. Мирза; Дж. Р. Купер и В. У. Лян (1993). «Электронная теплоемкость YBa 2 Cu 3 O 6+ x от 1,8 до 300 К». Письма о физических отзывах . 71 (11): 1740–1743. Бибкод : 1993PhRvL..71.1740L . дои : 10.1103/PhysRevLett.71.1740 . ПМИД 10054486 .
- ^ В.Дж. Эмери; С.А. Кивельсон (1995). «Значение фазовых флуктуаций в сверхпроводниках с малой сверхтекучей плотностью». Природа . 374 (6521): 434–437. Бибкод : 1995Natur.374..434E . дои : 10.1038/374434a0 . S2CID 4253557 .
- ^ Марсель Франц (2007). «Сверхпроводимость: важность флуктуаций». Физика природы . 3 (10): 686–687. Бибкод : 2007NatPh...3..686F . дои : 10.1038/nphys739 .
- ^ Рандерия, Мохит и Триведи, Нандини (1998). «Парные корреляции выше Tc и псевдощели в недодопированных купратах». Журнал физики и химии твердого тела . 59 (10–12): 1754–1758. Бибкод : 1998JPCS...59.1754R . дои : 10.1016/s0022-3697(98)00099-7 .
- ^ Филипп Керти и Ханс Бек (2003). «Термодинамика и фазовая диаграмма высокотемпературных сверхпроводников». Письма о физических отзывах . 91 (25): 257002. arXiv : cond-mat/0401124 . Бибкод : 2003PhRvL..91y7002C . doi : 10.1103/PhysRevLett.91.257002 . ПМИД 14754139 . S2CID 35179519 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Псевдощель в высокотемпературных сверхпроводниках: экспериментальный обзор (обзорная статья) (1999)
- Фазовые флуктуации и явления псевдощели
- псевдощель в несверхпроводящих материалах
- Таинственная псевдощель в высокотемпературной сверхпроводимости, инфракрасный вид (2003)
- Псевдощель: друг или враг высоких Тс? (Обзор) (2005)
- Энергетические щели в купратных сверхпроводниках с высокой температурой перехода (обзор) (2014)
- Псевдощель из эксперимента ARPES: три дыры в купратах и топологическая сверхпроводимость (Обзор) (2015)