Введение к работе
Актуальность іемьі исследования. Интенсивные экспериментальные исследования медно-оксидкых высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) показали исключительную физико-химическую сложность этих соединений. Оказалось, что физические свойства всех известных классов ВТСП чрезвычайно чувствительны к отклонению от стехнометрического состава, в особенности за счет допирования их двухвалентными металлическими элементами или за счет вакансий по кислороду. При изменении концентрации примеси или вакансий в довольно узком интервале происходит целая цепь фазовых- переходов, так что на фазовой диаграмме температура - концентрация это отображается множеством фаз: диэлектрической, металлической (нормальной и сверхпроводящей), магаитоупорядоченной. На фазовые переходы налагаются еще структурные переходы из тетрагональной в орторомбігческую фазу. Сверхпроводящее состояние возникает, таким образом, в условиях близости фазового перехода металл-диэлектрик и антиферромагаетик-"парамагнетик".
Одной из причин отсутствия консенсуса относительно механизма ВТСП является до конца не выясненная природа свойств эпгх соединений уже в нормальном состоянии. Все еще не поддается объяснению "странная" температурная зависимость электрического сопротивления в плоскости ab. Можно сказать, что все температурные зависимости: эффекта Холла, ядерной релаксации, намагниченности и т.д., проявляющиеся в ВТСП соединениях, не наблюдаются в простых металлах. Для объяснения "странных" свойств Андерсоном предложена теория с разделением спиновых и зарядовых степеней свободы квазичастиц (спиноны и холоны). Широкую известность приобрела феноменологическая модель "антиферромагнитной Ферми жидкости" Пайнса и др. Однако в настоящее время не имеется общепринятой микроскопической модели как для "странных" металлических свойств ВТСП соединений, так и для эволюции электронной структуры от диэлектрических, антиферромагнитных, недопированных соединений через квазидвумерные сверхпроводяитле "странные" металлы при малом
допировании к нормальным трехмерным металлам при более высоких уровнях дошгрования.
Цель работы. В данной работе прежде всего предстояло выяснить или разгадать, опираясь на экспериментальные данные, природу состояний носителей тока, появляющихся в купратах при изменении их стехиометрического состава, попытаться построить приемлемую модель зонного строения с учетом сильных электронных корреляций, способную описать как переход металл-диэлектрик, так и данные фотоэмиссионной спектроскопии. Поскольку разрешающая способность этой спектроскопии сравнительно мала, для более детальной проверки модели использованы экспериментальные данные о температурных зависимостях магнитной восприимчивости La2.xSrxCu04 с разными уровнями допирования. Научная и практическая ценность. В диссертации предложена модель для расчета энергетических зон вблизи ферми уровня для соединений, имеющих в своей основе общий структурный элемент - плоскости Си02. Показано, что важную роль играют новые состояния, которые появляются из-за сильного спин-спинового взаимодействия дырок меди и кислорода. Предложенная модель обеспечивает приемлемое описание энергетической дисперсии цепочечной зоны соединения YBa2Cuj0^y. В рамках четырехзонной модели рассчитан энергетический спектр квазичастиц в плоскостях Си02. Расчеты хорошо согласуются с имеющимися фотоэмиссионными данными. Данная модель предсказывает наличие большого пика плотности состояний, расположенного у дна синглетнокоррелированной зоны, наличие которого, как предполагается, приводит к ряду необычных свойств La2_xSrxCu04 и других слабо допированных кулратов. Разработана двухзонная модель для расчета температурных зависимостей спиновой магнитной восприимчивости в соединении La2-xSrxCu04, которая хорошо описывает поведение однородной спиновой восприимчивости при различных значениях температуры и индекса допирования х.
Научная апробация. Основные результаты работы докладывались на семинарах кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии КГУ, а также на:
-Итоговых научных конференциях Казанского университета, 1992-1993,
1995гг.
-XII International Symposiumon Nuclear Quadmpole Resonance, Zurich,
Switzerland, July 19-23, 1993. -XXVII международном конгрессе AMPERE, Казань, 1994. -Conference on Spectroscopies on Novel Superconductors, Stanford, March 15-18, 1995.
-10th Anniv. Workshop on Physics, Materials and Applications HTSC, Houston, T.X, March, 1996.
-XI Всероссийской школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники", 18-21 июня 1996г, Москва.
-MS - HTSC - V - Internationa] conference on Materials & Mechanisms of Superconductivity High-temperature Superconductors, Feb. 28 - Mar. 4, 1997, Beijing, China
Работа выполнена при частичной поддержке Российской научно-технологической программы "Высокотемпературная сверхпроводимость" (проект 94029) и международной программы "Соросовские аспиранты". Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 6 тезисов докладов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, грех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 64 наименований. Общий объем работы - 86 страниц машинописного текста.