Суперполосы
Суперполосы — это общее название фазы с нарушенной пространственной симметрией, которая способствует возникновению сверхпроводимости или сверхтекучести . квантовый порядок. неоднородные металлические гетероструктуры на атомном пределе с нарушенной пространственной симметрией способствуют сверхпроводимости. Этот сценарий возник в 1990-х годах, когда было обнаружено, что [1] [2] Раньше ожидалось, что нарушение пространственной симметрии будет конкурировать и подавлять сверхпроводящий порядок. Движущим механизмом усиления критической температуры сверхпроводимости в веществе суперполосок было предложено считать резонанс формы в параметрах энергетической щели ∆n, который является разновидностью резонанса Фано для сосуществующих конденсатов. [3] [4]
Сверхполоски показывают многощелевую сверхпроводимость вблизи перехода Лифшица 2,5, где перенормировкой химического потенциала при переходе металл-сверхпроводник нельзя пренебречь и требуется самосогласованное решение уравнения щелей. Сценарий решетки суперполосок состоит из луж материи многозазорных суперполос, образующих сверхпроводящую сеть, в которой разные промежутки различны не только в разных частях k-пространства , но также и в разных частях реального пространства со сложным масштабным свободным распределением джозефсоновских переходов .
История
[ редактировать ]Термин «суперполосы» был введен в 2000 году на международной конференции «Полосы и высокотемпературная сверхпроводимость », состоявшейся в Риме, для описания конкретной фазы материи, в которой нарушенная симметрия возникает при переходе из фазы с более высокой размерностью N (3D или 2D). Переход к фазе с более низкой размерностью N-1 (2D или 1D) благоприятствует сверхпроводящей или сверхтекучей фазе и может увеличить нормальную температуру перехода в сверхпроводимость с возможным возникновением высокотемпературной сверхпроводимости . Термин «сценарий суперполос» был введен, чтобы иметь ключевое отличие от сценария полос, где происходит фазовый переход из фазы с более высокой размерностью N (например, двумерный электронный газ) в фазу с нарушенной симметрией и более низкой размерностью (например, квазиодномерная полосатая жидкость). конкурирует и подавляет температуру перехода в сверхтекучую фазу и способствует модулированному полосовому магнитному упорядочению. В нарушенной симметрии фазы суперполосок сосуществует структурная модуляция, способствующая высокотемпературной сверхпроводимости. [1]
Гетероструктуры на атомном пределе
[ редактировать ]Прогнозирование температур перехода в высокотемпературную сверхпроводимость по праву считается одной из сложнейших задач теоретической физики. Проблема оставалась нерешенной в течение многих лет, поскольку эти материалы, как правило, имеют очень сложную структуру, что делает бесполезным теоретическое моделирование гомогенной системы. Достижения в экспериментальном исследовании локальных флуктуаций решетки привели сообщество к выводу, что это проблема квантовой физики сложной материи. Растущая парадигма высокотемпературной сверхпроводимости в суперполосках заключается в том, что ключевым термином является эффект квантовой интерференции между каналами спаривания, т.е. резонанс в обменном, джозефсоновском парном переносе между различными конденсатами. Квантовое конфигурационное взаимодействие между различными каналами спаривания представляет собой частный случай резонанса формы, относящегося к группе резонансов Фано-Фешбаха в атомной и ядерной физике. Критическая температура демонстрирует подавление из-за антирезонанса Фано, когда химический потенциал настраивается на краю зоны, где появляется новое пятно на поверхности Ферми, т. е. «электронный топологический переход» (ЭТТ), или 2,5-переход Лифшица, или металл-топологический переход. Топологический переход в металл. Т c- усиление включается, когда химический потенциал перестраивается над краем зоны в области энергии, удаленной от края зоны, порядка 1 или 2 раз больше энергии обрезания парного взаимодействия. T c дополнительно усиливается при резонансе формы, если в этом диапазоне поверхность Ферми возникающего пятна на поверхности Ферми меняет свою размерность (например, переход Лифшица для открытия перешейка в трубчатой поверхности Ферми). [5] Настройку химического потенциала при резонансе формы можно получить, изменяя: плотность заряда и/или структурные параметры сверхрешетки, и/или деформацию несоответствия сверхрешетки и/или беспорядок. Прямым свидетельством существования резонансов формы в веществе суперполосок является аномальное изменение изотопного эффекта от критической температуры при настройке химического потенциала. [6]
Материалы
[ редактировать ]
Было известно, что высокотемпературные купратные сверхпроводники имеют сложную решетчатую структуру. [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] В 1993 году было предложено [15] что эти материалы принадлежат к особому классу материалов, называемых гетероструктурами на атомном пределе, состоящими из сверхрешетки сверхпроводящих атомных слоев, интеркалированных другим материалом в роли прокладки.
Все новые высокотемпературные сверхпроводящие материалы, открытые в 2001–2013 годах, представляют собой гетероструктуры на атомном пределе, состоящие из активных атомных слоев: сотовый слой бора в диборидах, графен в интеркалированном графите, CoO 2 атомные монослои BBC в кобальтатах, монослои атомного флюорита FeAs в пниктиды, атомарные монослои флюорита FeSe в селенидах.
В этих материалах совместный эффект (а) увеличения деформации несоответствия решетки до критического значения и (б) настройки химического потенциала вблизи перехода Лифшица в присутствии электрон-электронных взаимодействий вызывает нестабильность решетки с образованием сетки сверхпроводящих элементов. полосатые лужи на изоляционном или металлическом фоне.
наблюдались «рябь, лужи» локального искажения решетки. Этот сложный сценарий был назван «сценарием суперполос», где 2D атомные слои демонстрируют функциональные неоднородности решетки: в La 2 CuO 4+y [16] [17] в Би222; полосатые лужицы упорядоченных примесей в разделительных слоях наблюдались в перекислородном La 2 CuO 4 [18] и в YBaCuO [19] Сеть сверхпроводящих полосатых луж обнаружена также в пниктидах MFeAs. [20] и недавно в селенидах KFeSe [21]
Самоорганизацией дефектов решетки можно управлять с помощью деформационной инженерии . [22] и фотоиндуцированные эффекты. [23]
Конденсаты Бозе – Эйнштейна
[ редактировать ]
Суперполосы (также называемые полосовой фазой) также могут образовываться в бозе-эйнштейновских конденсатах (БЭК) со спин-орбитальным взаимодействием . Спин-орбитальная связь достигается путем выбора двух спиновых состояний из многообразия сверхтонких состояний для связи с двухфотонным процессом. [24] При слабой связи результирующий гамильтониан имеет спектр с дважды вырожденным основным состоянием в первой зоне. В этом режиме уравнение одночастичной дисперсии может содержать БЭК в каждом минимуме. [25] В результате у БЭК есть два компонента импульса, которые могут мешать в реальном пространстве. Интерференционная картина будет выглядеть как полосы плотности БЭК. Периодичность полос является результатом изменения длины волны рамановского луча связи за счет силы связи и взаимодействий внутри БЭК. [25] Спин-орбитальное взаимодействие нарушает калибровочную симметрию системы и симметрию обращения времени. Образование полос нарушает непрерывную трансляционную симметрию.
Недавние попытки были предприняты для наблюдения фазы полос в БЭК Рубидия-87, однако полосы были слишком маленькими и слишком малоконтрастными, чтобы их можно было обнаружить. [24]
В 2017 году две исследовательские группы из ETH Zurich и MIT сообщили о первом создании сверхтвердого тела с ультрахолодными квантовыми газами. Группа Массачусетского технологического института подвергла конденсат Бозе-Эйнштейна в двухъямном потенциале воздействию световых лучей, которые создали эффективную спин-орбитальную связь. Интерференция между атомами в двух спин-орбитальных связанных узлах решетки привела к модуляции плотности, которая создает полосовую фазу со свойствами сверхтвердого тела. [26] [27]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бьянкони, А. (2000). «Суперполоски». Международный журнал современной физики Б. 14 (29н31): 3289–3297. Бибкод : 2000IJMPB..14.3289B . дои : 10.1142/S0217979200003769 .
- ^ Бьянкони, А.; Ди Кастро, Д.; Сайни, Нидерланды; Бьянкони, Г. (2002). «Суперполоски». Фазовые переходы и самоорганизация в электронных и молекулярных сетях . Фундаментальные исследования материалов. п. 375. arXiv : 1107.4858 . дои : 10.1007/0-306-47113-2_24 . ISBN 978-0-306-46568-0 . S2CID 118809015 .
- ^ Перали, А.; Бьянкони, А.; Ланзара, А.; Сайни, Нидерланды (1996). «Усиление щели при резонансе формы в сверхрешетке квантовых полос: механизм высокой температуры TC » . Твердотельные коммуникации . 100 (3): 181–186. arXiv : 1107.3292 . Бибкод : 1996SSCom.100..181P . дои : 10.1016/0038-1098(96)00373-0 . S2CID 95957312 .
- ^ Бьянкони, А.; Валлетта, А.; Перали, А.; Сайни, Нидерланды (1998). «Сверхпроводимость полосатой фазы на атомном пределе». Физика C: Сверхпроводимость . 296 (3–4): 269. Бибкод : 1998PhyC..296..269B . дои : 10.1016/S0921-4534(97)01825-X .
- ^ Инноченти, Д.; Почча, Н.; Риччи, А.; Валлетта, А.; Капрара, С.; Перали, А.; Бьянкони, А. (2010). «Резонансные и кроссоверные явления в многозонном сверхпроводнике: настройка химического потенциала вблизи края зоны». Физический обзор B . 82 (18): 184528. arXiv : 1007.0510 . Бибкод : 2010PhRvB..82r4528I . дои : 10.1103/physrevb.82.184528 . S2CID 119232655 .
- ^ Перали, А.; Инноченти, Д.; Валлетта, А.; Бьянкони, А. (2012). «Аномальный изотопный эффект вблизи перехода Лифшица 2,5 в многозонном многоконденсатном сверхпроводнике, состоящем из полосовой сверхрешетки». Сверхпроводниковая наука и технология . 25 (12): 124002. arXiv : 1209.1528 . Бибкод : 2012SuScT..25l4002P . дои : 10.1088/0953-2048/25/12/124002 . S2CID 118510526 .
- ^ Хосоно, Х.; Танабэ, К.; Такаяма-Муромати, Э.; Кагеяма, Х.; Яманака, С.; Кумакура, Х.; Нохара, М.; Хирамацу, Х.; Фудзицу, С. (2015). «Исследование новых сверхпроводников и функциональных материалов, изготовление сверхпроводящих лент и проводов из пниктидов железа» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 033503. arXiv : 1505.02240 . Бибкод : 2015STAdM..16c3503H . дои : 10.1088/1468-6996/16/3/033503 . ПМК 5099821 . ПМИД 27877784 .
- ^ Мюллер, К.А. (2002). «От разделения фаз к полосам». Полосы и связанные с ними явления . Избранные темы сверхпроводимости. Том. 8. С. 1–8. дои : 10.1007/0-306-47100-0_1 . ISBN 0-306-46419-5 .
- ^ Мюллер, К.А. (2005). «Существенные неоднородности в купратных сверхпроводниках с дырочным легированием». Сверхпроводимость в сложных системах. Структура и связь . Том. 114. Берлин/Гейдельберг: Шпрингер. стр. 1–11. дои : 10.1007/b101015 . ISBN 978-3-540-31499-8 .
- ^ Раво, Б. (2007). «История перовскита: более 60 лет исследований от открытия сегнетоэлектричества до колоссального магнитосопротивления посредством сверхпроводимости с высокой температурой теплоты » . Прогресс в химии твердого тела . 35 (2–4): 171–173. doi : 10.1016/j.progsolidstchem.2007.04.001 .
- ^ Бишоп, Арканзас (2008). «Окислы HTC: сговор спина, заряда и решетки» . Физический журнал: серия конференций . 108 (1): 012027. Бибкод : 2008JPhCS.108a2027B . дои : 10.1088/1742-6596/108/1/012027 .
- ^ Бьянкони, А (2000). Полосы и связанные с ними явления . Нью-Йорк: Издательство Kluwer Academic/Plenum. ISBN 0-306-46419-5 .
- ^ Бьянкони, А (2006). Симметрия и неоднородность в высокотемпературных сверхпроводниках . Дордрехт, Великобритания: Springer. ISBN 9781402039881 .
- ^ Мюллер, К.А. (2005). Сверхпроводимость в сложных системах . Берлин Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-3-540-23124-0 .
- ^ Бьянкони, А. (1994). «О возможности создания новых высокотемпературных сверхпроводников путем создания металлических гетероструктур, таких как купратные перовскиты». Твердотельные коммуникации . 89 (11): 933–936. arXiv : 1107.3249 . Бибкод : 1994SSCom..89..933B . дои : 10.1016/0038-1098(94)90354-9 . S2CID 119243248 .
- ^ Ди Кастро, Д.; Колапьетро, М.; Бьянкони, Г. (2000). «Металлические полосы в легированном кислородом La 2 CuO 4 » (PDF) . Международный журнал современной физики Б. 14 (29n31): 3438. Бибкод : 2000IJMPB..14.3438D . дои : 10.1142/S0217979200003927 .
- ^ Почча, Н.; Риччи, А.; Кампи, Г.; Фратини, М.; Пури, А.; Джоаккино, Д.Д.; Марчелли, А.; Рейнольдс, М.; Бургаммер, М.; Сайни, Нидерланды; Эппли, Г.; Бьянкони, А. (2012). «Оптимальная неоднородность локальных искажений решетки в La 2 CuO 4+y » . Труды Национальной академии наук . 109 (39): 15685–15690. arXiv : 1208.0101 . Бибкод : 2012PNAS..10915685P . дои : 10.1073/pnas.1208492109 . ПМЦ 3465392 . ПМИД 22961255 .
- ^ Фратини, М.; Почча, Н.; Риччи, А.; Кампи, Г.; Бургаммер, М.; Эппли, Г.; Бьянкони, А. (2010). «Безмасштабная структурная организация межузельных атомов кислорода в La 2 CuO 4+y » . Природа . 466 (7308): 841–4. arXiv : 1008.2015 . Бибкод : 2010Natur.466..841F . дои : 10.1038/nature09260 . ПМИД 20703301 . S2CID 4405620 .
- ^ Кампи, Г.; Риччи, А.; Почча, Н.; Барба, Л.; Арригетти, Дж.; Бургаммер, М.; Капорале, AS; Бьянкони, А. (2013). «Сканирующая микрорентгеновская дифракция выявляет распределение наноразмерных лунок кислородных цепочек в YBa 2 Cu 3 O 6,33 » . Физический обзор B . 87 (1): 014517. arXiv : 1212.2742 . Бибкод : 2013PhRvB..87a4517C . дои : 10.1103/physrevb.87.014517 . S2CID 119233632 .
- ^ Кайвано, Р.; Фратини, М.; Почча, Н.; Риччи, А.; Пури, А.; Рен, ЗА; Донг, XL; Ян, Дж.; Лу, В.; Чжао, ZX; Барба, Л.; Бьянкони, А. (2009). «Резонанс Фешбаха и мезоскопическое фазовое разделение вблизи квантовой критической точки в многозонных сверхпроводниках на основе Fe As ». Сверхпроводниковая наука и технология . 22 (1): 014004. arXiv : 0809.4865 . Бибкод : 2009SuScT..22a4004C . дои : 10.1088/0953-2048/22/1/014004 . S2CID 55675041 .
- ^ Риччи, А.; Почча, Н.; Кампи, Г.; Джозеф, Б.; Арригетти, Дж.; Барба, Л.; Рейнольдс, М.; Бургаммер, М.; Такея, Х.; Мизугути, Ю.; Такано, Ю.; Колапьетро, М.; Сайни, Нидерланды; Бьянкони, А. (2011). «Наномасштабное разделение фаз в сверхпроводнике халькогенида железа K 0,8 Fe 1,6 Se 2 , как видно с помощью сканирующей нанофокусированной рентгеновской дифракции» . Физический обзор B . 84 (6): 060511. arXiv : 1107.0412 . Бибкод : 2011PhRvB..84f0511R . дои : 10.1103/physrevb.84.060511 . S2CID 118364960 .
- ^ Агрестини, С.; Сайни, Нидерланды; Бьянкони, Дж.; Бьянкони, А. (2003). «Деформация решетки CuO 2 : вторая переменная фазовой диаграммы купратных перовскитов» . Журнал физики A: Математический и общий . 36 (35): 9133. Бибкод : 2003JPhA...36.9133A . дои : 10.1088/0305-4470/36/35/302 .
- ^ Почча, Н.; Фратини, М.; Риччи, А.; Кампи, Г.; Барба, Л.; Витторини-Оргеас, А.; Бьянкони, Дж.; Эппли, Г.; Бьянкони, А. (2011). «Эволюция и контроль кислородного порядка в купратном сверхпроводнике». Природные материалы . 10 (10): 733–6. arXiv : 1108.4120 . Бибкод : 2011NatMa..10..733P . дои : 10.1038/nmat3088 . ПМИД 21857676 . S2CID 40563268 .
- ^ Jump up to: а б Галицкий, Виктор; Спилман, Ян Б. (7 февраля 2013 г.). «Спин-орбитальное взаимодействие в квантовых газах». Природа . 494 (7435): 49–54. arXiv : 1312.3292 . Бибкод : 2013Natur.494...49G . дои : 10.1038/nature11841 . ПМИД 23389539 . S2CID 240743 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Юн; Питаевский Лев П.; Стрингари, Сандро (2012). «Квантовая трикритичность и фазовые переходы в спин-орбитально связанных бозе-эйнштейновских конденсатах». Письма о физических отзывах . 108 (22): 225301. arXiv : 1202.3036 . Бибкод : 2012PhRvL.108v5301L . дои : 10.1103/physrevlett.108.225301 . ПМИД 23003610 . S2CID 15680596 .
- ^ «Исследователи MIT создают новую форму материи» . news.mit.edu . 2 марта 2017 года . Проверено 6 марта 2017 г.
- ^ Ли, Цзюнь-Ру; Ли, Чонвон; Хуан, Уцзе; Бурчески, Шон; Штейнас, Борис; Вверху – Фуркан Чагры; Джеймисон, Алан О.; Кеттерле, Вольфганг (1 марта 2017 г.). «Полосовая фаза со сверхтвердыми свойствами в спин-орбитально-связанных конденсатах Бозе – Эйнштейна». Природа . 543 (7643): 91–94. arXiv : 1610.08194 . Бибкод : 2017Natur.543...91L . дои : 10.1038/nature21431 . ПМИД 28252062 . S2CID 4463520 .