Магнитные фазовые переходы в (t-j) модели Шипицын, Евгений Викторович

Введение к работе

Актуальностьтеми^ В современной физике твердого тела значительное место занимает теория сильно коррелированных электронных систем. К сильно коррелированным электронным системам относятся вещества, у которых характерная энергия кулоновского взаимодействия электронов больше ширины электронной энергетической зоны. Интерес к таким веществам в последние годы исключительно возрос в связи с поисками нефононных механизмов высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), так как в настоящее время на основании совокупности экспериментальных данных и зонных расчетов понятно, что высокотемпературные сверхпроводники (медно-оксидше соединения) принадлежат классу сильно коррелированных электронных систем.

Одной из основных фундаментальных моделей теории сильно коррелированных электронных систем является (t-J) модель. Она предполагает, что электроны движутся по кристаллической решетке путем переходов с узла на соседний узел при условии наличия на каадом узле не более одного электрона; при этом имеет место обменное взаимодействие между электронами, находящимися на соседних узлах. Электронные переходы между узлами характеризуются кішетической энергией "t, а обменное взаимодействие между электронами - обменной энергией J". (t-J) модель можно рассматривать как предельный случай модели Хаббарда при большой величине кулоновской энергии одно/зельного взаимодействия электронов U (U&.b) ; тогда путем исключеіійя состояний с двумя электронами на узле и возникает сильно коррелированная электронная система с косвенным" обменным взаимодействием причем

Известно, что в сильно коррелированной электронной системе имеются тенденции как к сверхпроводящему, так и к.магнитному упорядочению; поэтому проблему сверхпроводимости в (t-J) модели нужно рассматривать в контексте изучения магнитных состояний в ней. Кроме того, исследование магнитного поведения (t-J) модели представляет и самостоятельный интерес как важная задача статистической механики и теории многих тел.

№ль_работы состоит в том, чтобы в рамках (t-J) модели исследовать возможности существования различных магнитоупорядоченшх Фаз и определить условия и характер фазовых переходов между ними, а такке изучить поведение электронной системы внутри всех рассмотренных фаз.

Научная_нсвизна диссертации заключается в полученных в рамках

(t-J) модели основнш_^зультатах_А_выносимых_на_задиту:

1. В рамках предложенного ранее для описания парамагнитной
фазы обобщенного приближения хаотических фаз Енчислена электрон
ная функция Грина, которая выражается через динамическую магнит
ную восприимчивость и содержит два вклада - коллективизированный
и локализованный. Определены границы неустойчивости парамагнитной
фазы относительно появления ферромапштного и антиферромагнитного
упорядочений в пространстве (іе^ІЬ^Т) , где х —Ц~/Ъ ~ ~k/U

(z. , ҐЬ- электронная концентрация (O^tl^-i) 7" ~
температура (Т&0) Обнаружена некогерентность электронных
состояний вблизи магнитных фазовых переходов. Показано, что с
ростом П- электронная система совершает кроссовер от

Ферми-жидкостного режима к режиму сильных электронных корреляций.

1. Для изучения ферромагнитной ч антиферромагнитной фаз разработано приближение среднего поля. В рамках этого приближения вычислены температуры Кюри и Нееля и построена фазовая диаграмма ферромагнетизма и антиферромагнетизма в пространство (9Cjtb_t1~) . Показано, что переходы из ферромагнитной и антиферромагнитной фаз в парамагнитную являются фазовыми переходами второго рода. Найдэно поведение параметров порядка внутри обеих магнитоупорядоченных фаз при Т=0 .

2. Для исследования фазы насыщенного ферромагнетизма введено приближение низкой плотности (электронов или дырок). В рамках этого приближения вычислены магнонная и две электронные (со спином t и I ) функции Грина. Показано, что состояния магнонов и

f-электронов являются чисто когерентными, а состояния у -электронов представляют суперпозицию когерентного и кекогерентного вкладов, причем в случае Т= 0 и ІЬ~*І они имеют чисто некогерент-кый характер. При Т^О и«С-0 строго доказаны утверждения об устойчивости насыщенного ферромагнетизма в случае Иг*^ и неустойчивости его в случае Пг*0 . Построена фазовая диаграмма насыщенного ферромагнетизма на плоскости (-Х,1Ъ) при Т=0 .

Практическая_ценность работы состоит в том, что полученные в ной результаты можно использовать как для дальнейшего развития теории, так и для интерпретации некоторых экспериментальных результатов.

Действительно, решение всех поставленных, в диссертации задач при помощи диаграммной техники с Х-опёраторами наглядно демонстрирует тот факт, что последняя является мощным инструментом исследования сильно коррелированных электронных систем, и в какой-то

степени долает обоснованным применение ее в будущем для рассмотрения других проблем фізики твердого тела. Кроме того, так как магнетизм и сверхпроводимость в сильно коррелированных электронных системах тесно связаны друг с другом, полученные в данной работе результаты 170 магнитному поведению (t-J) модели можно использовать при изучении сверхпроводимости в (t-J) модели и поисках нефоношшх механизмов ВТСП. Наконец, нзЯдекше в диссертации теоретические зависимости температуры Нееля и магнитной корреляционной длины от электронной концентрации имеют хорошее качественное согласие с результатами наблюдений в медно-оксидных высокотемпературных сверхпроводниках, что свидетельствует об определенном соответствии развитой нами теории эксперименту.

Апробация_работи. Основные результаты диссертации докладывались на XXIV Всесоюзной зимней школе физиков-теоретиков "Коуров-ка" (Екатеринбург, февраль 1992 г.) и на научных семинарах отдела математической и теоретической физики Института физики металлов УрО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Ст^уктща_и_объем_дисс^тации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Она изложена на ІБІ странице, включая I таблицу, 23 рисунка и список литературы из ИЗ наименований.