Введение к работе
Актуальпоеть темы диссертации
Электрон-фононное взаимодействие (ЭФВ) в металлах являет ся об'екхом интенсивного теоретического п экспериментального исследования. Интерес к этой проблеме связан с ролью электрон-фопонного взаимодействия в описания таких физических явле-ппй как сверхпроводимость, электрическое и термическое сопротивление, перенормпровка электронной теплоемкости и многих других. В частности, надежная оцепка параметров ЭФВ могла бы стать решающей для понимания природы высокотемпературной сверхпроводимости.
К настоящему времени существует последовательная мпогоча-стпчпая теория ЭФВ, описывающая как нормальное, так и сверхпроводящее состояние металла. В рамках этого подхода все эффекты, связанные с ЭФВ, выражаются, в конечном итоге, через так называемые спектральные плотности ЭФВ. наиболее важной из которых является функция Элпашберга, описывающая изменение одночастичных свойств электронов в нормальном состоянии и фононный вклад в сверхпроводимость. Эта функция может быть восстановлена из экспериментальных данных о зависимости туннельного тока между нормальным металлом и сверхпроводником от приложенного напряжения.
К сожалению, даже в случае переходных металлов мы имеем противоречивую экспериментальную п теоретическую информа-
дню по оценке параметров ЭФВ. Анализ затрудняется возможным наличием параллельных процессов сшшовых флуктуации, например, при изучении проблемы перенормировки электронной теплоемкости и описании критической температуры сверхпроводящего перехода или эффектом блпзостп при аналпзе туннельных данных. В такой сптуащш последовательные микроскопические расчеты спектральных плотностей ЭФВ становятся весьма актуальными.
В настоящее время единственным методом, в рамках которого возможно проведение практических расчетов, является метод функционала плотности (МФП). МФП в его стандартной формулировке предназначен для описания свойств основного состояния взаимодействующих систем. В этом плане возможность использования МФП для расчета фоыонных спектров не вызывает сомнения, так как в адиабатическом приближении для расчета фононов необходимо вычислить именно энергию основного состояния электронной подсистемы как функцию ионных координат. Иная ситуация существует для микроскопических расчетов электрон-фононного взаимодействия и обусловленных им эффектов, таких, например, как электросопротивление и теплопроводность. Эти эффекты не являются свойством основного состояния. Фактически существующая практика в описании подобных явлений основывается на экстраполящш результатов МФП на возбужденные состояния спстемы. Примспилюсть локальной версии МФП, используемой при практических расчетах, и полученной зонной структуры для описания спектра низкоэнергети-
ческнх электронных возбуждений проверялась много раз, ті іти этой проблеме накоплен богатый экспериментальный и теоретический опыт, свидетельствующий о достаточной точности такого подхода для многих систем. Тем не менее вопрос о пригодности и обоснованности применения МФП дл;і описания ЭФВ остается открытым.
Цели н задачи исследования
Целью настоящей работы является описание ЭФВ н связанных с ним физических явлений в ряде простых (А1, РЬ) и переходных
металлов (У. УЬ. Та. Си. Реї) в рамках единого подхода, основанного на теории линейного отклика в рамках МФП применительно к полнопотепшталыюму зонному методу МТ-орбпталей (ЛМТО). Указанный метод единым образом трактует как птарокозопные системы, так и системы с узкими зонами, п учитывает эффекты, связанные с иееферилностью п неоднородностью распределения электронной плотности во всех областях пространства кристалла. Указанный метод, как представляется, обладает достаточной точностью, чтобы из сравнения полученных данных с экспериментом можно было сделать вывод о качестве описания ЭФВ в рамках МФП. В качестве исходного пункта была поставлена задача рассчитать ширины фононных лпний, характеризующие дисперсию ЭФВ, и средние характеристики ЭФВ, такие как функция Элиашберга и транспортная спектральная плотность. В качестве конкретного приложения была поставлена задача получить описание эффектов перенормировки электронной массы, кинетических
п сверхпроводящих свойств металлов.
Научная новизна
В работе впервые исследуется целый ряд металлов на предмет возможности описания в нпх ЭФВ единым методом, обладающим достаточной точностью для анализа МФП применительно к ЭФВ. Впервые осуществлен комплексный анализ результатов такого описания в сравнении с разнообразными экспериментальными данными по ЭФВ и его физическому проявлению. Впервые в целом ряде металлов получено первопришгшшое описание явлении переноса, таких как электро- н теплопроводность, осуществлен последовательных! расчет параметров сверхпроводящего состояния, получены реалистические кривые зависимости квазичастичных и транспортных времен релаксаций от частоты п температуры. В работе, в частности, предложен оригинальный метод решения линеаризованного уравнения Элиашберга па критическую температуру. Выявлена роль поправок на неполноту базисного набора при построении матричного элемента ЭФВ.
Научная и практическая ценность
Опробованный в работе метод первонринцпшгого расчета ЭФВ позволяет рассчитывать спектральные функции ЭФВ, в частности функцию Элиашберга и транспортную спектральную плотность. Метод является достаточно быстрым для его реализации на современных вычислительных машинах и достаточно точным, по крайне мере для металлов, хорошо описываемых в рамках
МФП. Б исследованных материалах погрешность описання находится па уровне около 10%. В меру этой точности, изученный подход позволяет описать физические свойства твердых тел, связанные, с .^--fi^. такие как электро- л теплопроводность при различных температурах, температуру сверхпроводящего перехода, ттараметер свср^агрозодящей щели и другие физические характеристики.
Основные положення, выносимые на защиту
На защиту выносятся основные результаты диссертации, сформулированные в конце автореферата.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на семинарах Отделения теоретической физики Физического института им. П.Н.Лебедева (1993); на семинарах в Институте физики твердого тела им. Макса-Планка в Штуттгарте (ФРГ, 1993); на общемосковском семинаре под руководством В.Л.Гшгзбура (1996); на сессии Отделения общей физики и астрофизики АП, Москва (199G); школе-семинаре по .системам с сильной корреляцией, Кауровка, Ижевск 1996; на международной конференции по первопритгпппъш расчетам (из зонной структуры) сложных процессов в материалах (Германия 1996).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в -5 печатных
работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура п об'єм работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 102 страницы, 4 таблицы, 26 рисунков, 86 пунктов библиографии, состоящей из 99 процитированных работ.