Псевдощель - Pseudogap

Фазовая диаграмма для легированного купратный сверхпроводник показывая фазу псевдощели

В физика конденсированного состояния, а псевдощель описывает состояние, в котором Поверхность Ферми материала обладает частичным энергетический разрыв, например, ленточная структура состояние, в котором поверхность Ферми закрыта только в определенных точках.[1] Термин псевдощель был введен Невилл Мотт в 1968 г., чтобы указать на минимум плотности состояний на Уровень Ферми, N (EF), в результате Кулоновское отталкивание между электронами в одном атоме запрещенная зона в неупорядоченном материале или их комбинации.[2] В современном контексте псевдощель - это термин из области высокотемпературная сверхпроводимость который относится к диапазону энергий (обычно около Уровень Ферми ), с которым связано очень мало состояний. Это очень похоже на настоящую «щель», то есть диапазон энергий, не содержащий разрешенных состояний. Такие щели открываются, например, при взаимодействии электронов с решеткой. Явление псевдощели наблюдается в области фазовой диаграммы, характерной для купратов высокотемпературных сверхпроводников, существующих в недодопированных образцах при температурах выше температуры сверхпроводящего перехода.

Только определенные электроны «видят» эту щель. Зазор, который должен быть связан 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. В Поверхность Ферми поэтому состоит из Дуги Ферми формируя карманы по центру угла Зона Бриллюэна. В фазе псевдощели эти дуги постепенно исчезают при понижении температуры, пока только четыре точки на диагоналях зоны Бриллюэна не останутся незащищенными.

С одной стороны, это может указывать на совершенно новую электронную фазу, которая потребляет доступные состояния, оставляя лишь несколько для спаривания и сверхпроводимости. С другой стороны, сходство между этой частичной щелью и щелью в сверхпроводящем состоянии может указывать на то, что псевдощель является результатом предварительно сформированной Куперовские пары.

Недавно сообщалось о псевдощелевом состоянии в сильно неупорядоченных обычных сверхпроводниках, таких как Банка,[4] NbN,[5] или гранулированный алюминий.[6]

Экспериментальные доказательства

Псевдощель можно увидеть с помощью нескольких различных экспериментальных методов. Одним из первых наблюдений были измерения YBa методом ЯМР.2Cu3О6+Икс Х. Аллул и другие.[7] и по удельная теплоемкость измерения Лорама и другие.[8] Псевдощель также проявляется в ARPES (Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением) и СТМ (Сканирующий туннельный микроскоп ) данные, которые могут измерять плотность состояний электронов в материале.

Механизм

Происхождение псевдощели является спорным и до сих пор является предметом дискуссий в сообществе конденсированных сред. Возникают две основные интерпретации:

1. Сценарий предварительно сформированных парВ этом сценарии электроны образуют пары при температуре Т * что может быть намного больше критической температуры Тc где появляется сверхпроводимость. Ценности Т * порядка 300 К в недодопированных купратах, где Тc составляет около 80 К. Сверхпроводимость не возникает при Т * поскольку большие фазовые флуктуации поля спаривания не могут упорядочиваться при этой температуре.[9] Тогда псевдощель создается некогерентными флуктуациями поля спаривания.[10] Псевдощель является предшественником нормального состояния сверхпроводящей щели из-за локальных динамических корреляций спаривания.[11] Эта точка зрения поддерживается количественным подходом модели привлекательного спаривания к экспериментам по теплоемкости.[12]

2. Сценарий псевдощели, не связанной со сверхпроводимостью.В этом классе сценариев было выдвинуто множество различных возможных причин, таких как формирование электронные полосы, антиферромагнитный заказ или другая экзотика параметры заказа конкурируя со сверхпроводимостью.

Рекомендации

  1. ^ Тимуск, Том; Брайан Статт (1999). «Псевдощель в высокотемпературных сверхпроводниках: экспериментальный обзор». Отчеты о достижениях физики. 62 (1): 61–122. arXiv:cond-mat / 9905219. Bibcode:1999об / ч ... 62 ... 61т. Дои:10.1088/0034-4885/62/1/002.
  2. ^ Н. Ф. Мотт (1968). «Переход металл-изолятор». Обзоры современной физики. 40 (4): 677–683. Bibcode:1968РвМП ... 40..677М. CiteSeerX  10.1.1.559.1764. Дои:10.1103 / RevModPhys.40.677.
  3. ^ Mannella, N .; и другие. (2005). «Узловая квазичастица в колоссальных магниторезистивных манганитах с псевдопластикой». Природа. 438 (7067): 474–478. arXiv:cond-mat / 0510423. Bibcode:2005Натура.438..474М. Дои:10.1038 / природа04273. PMID  16306987.
  4. ^ Бенджамин Сасепе; Клод Шапелье; Татьяна Ивановна Батурина; Валерий М. Винокур; Бакланов Михаил Р. Марк Санкер (2010). «Псевдощель в тонкой пленке обычного сверхпроводника». Nature Communications. 1 (9): 140. arXiv:0906.1193. Bibcode:2010 НатКо ... 1 ..... S. Дои:10.1038 / ncomms1140. PMID  21266990.
  5. ^ Минту Мондаль; Ананд Камлапуре; Мадхави Чанд; Гарима Сарасват; Санджив Кумар; Иоанн Йесудасан; Л. Бенфатто; Викрам Трипати; Пратап Райчаудхури (2011). «Фазовые флуктуации в сильно разупорядоченном s-волновом сверхпроводнике NbN вблизи перехода металл-изолятор». Письма с физическими проверками. 106 (4): 047001. arXiv:1006.4143. Bibcode:2011ПхРвЛ.106д7001М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.047001. PMID  21405347.
  6. ^ Уве С. Прахт; Нимрод Бачар; Лара Бенфатто; Гай Дойчер; Эли Фарбер; Мартин Дрессел; Марк Шеффлер (2016). «Улучшенное куперовское спаривание в сравнении с подавленной фазовой когерентностью, формирующее сверхпроводящий купол в связанных нанозернах алюминия». Физический обзор B. 93 (10): 100503 (R). arXiv:1508.04270. Bibcode:2016PhRvB..93j0503P. Дои:10.1103 / PhysRevB.93.100503.
  7. ^ Alloul, H .; Оно, Т .; Мендельс, П. (16 октября 1989 г.). "89Y ЯМР свидетельства ферми-жидкостного поведения в YBa2Cu3О6+Икс". Письма с физическими проверками. 63 (16): 1700–1703. Дои:10.1103 / PhysRevLett.63.1700.
  8. ^ Дж. У. Лорам; К. А. Мирза; Дж. Р. Купер и В. Ю. Лян (1993). «Электронная теплоемкость YBa2Cu3О6+Икс от 1,8 до 300 К ". Письма с физическими проверками. 71 (11): 1740–1743. Bibcode:1993ПхРвЛ..71.1740Л. Дои:10.1103 / PhysRevLett.71.1740. PMID  10054486.
  9. ^ V.J. Эмери; Кивельсон С.А. (1995). «Важность фазовых флуктуаций в сверхпроводниках с малой сверхтекучей плотностью». Природа. 374 (6521): 434–437. Bibcode:1995Натура.374..434E. Дои:10.1038 / 374434a0.
  10. ^ Марсель Франц (2007). «Сверхпроводимость: важность колебаний». Природа Физика. 3 (10): 686–687. Bibcode:2007НатФ ... 3..686Ф. Дои:10.1038 / nphys739.
  11. ^ Мохит Рандерия и Нандини Триведи (1998). «Парные корреляции выше Tc и псевдощели в недодопированных купратах». Журнал физики и химии твердого тела. 59 (10–12): 1754–1758. Bibcode:1998JPCS ... 59.1754R. Дои:10.1016 / s0022-3697 (98) 00099-7.
  12. ^ Филипп Керти и Ханс Бек (2003). «Термодинамика и фазовая диаграмма высокотемпературных сверхпроводников». Письма с физическими проверками. 91 (25): 257002. arXiv:cond-mat / 0401124. Bibcode:2003PhRvL..91y7002C. Дои:10.1103 / PhysRevLett.91.257002. PMID  14754139.

внешняя ссылка