Синглет-триплетные ян-теллеровские центры и неупругое рассеяние нейтронов в купратах Овчинников, Александр Сергеевич

Введение к работе

Актуальность темы. В последние 10 лет экспериментальное и теоретическое исследование высокотемпературной сверхпроводимости остается центральной темой физики твердого тела. Нетрадиционность многих свойств типичных металло-оксидных керамик как в нормальной, так и в сверхпроводящей фазе привела к созданию различных сценариев ВТСП. Несмотря на то, что этой проблеме посвящено огромное количество работ, до сих пор не существует единой точки зрения как на явление ВТСП, так и на механизмы формирования различных физических свойств.

За последние 2-3 года был достигнут огромный прогресс в синтезе достаточно большого количества высококачественных сверхпроводящих монокристаллов, что стимулировало появление целого ряда экспериментальных работ, прежде всего по неупругому рассеянию нейтронов, результаты которых до сих пор не нашли удовлетворительного теоретігчєского объяснения. Данные этих исследований часто преподносятся как проявление различных эффектов, поэтому остро встает вопрос об объяснении этих явлений в рамках единой физической концепции. Особая роль нейтронных экспериментов и их интерпретации подчеркивается тем обстоятельством, что именно неупругое рассеяние нейтронов с момента открытия ВТСП считается ключевым в выяснении природы ВТСП.

Цель работы. Исследование особенностей неупругого рассеяния нейтронов в рамках модели синглет-триллетных ян-теллеровских центров, включая следующие задачи:

1. Изучение синглет-триплетного магнетизма купратов;

2. Теоретическая разработка модели индуцированных спиновых флуктуации;

3. Расчет сечения рассеяния нейтронов в модели полярных центров;

4. Разработка полуэмпирической теории магнитного неупругого рассеяния нейтронов в купратах;

5. Интерпретация экспериментальных данных исследования спектров неупругого рассеяния нейтронов в системах La₂._xSr_xCu04 и YBa₂Cu₃Cw

Научная новизна. В приближении самосогласованного поля исследован гамильтониан синглет-триплетного магнетика. Показана возможность

основного антиферромагнитного состояния со смешанной мультиплетностью. Рассчитаны спектры элементарных возбуждений в приближении хаотических фаз.

Дан вывод дважды дифференциального сечения рассеяния нейтронов системой ян-теллеровских полярных центров. Показано, что в магнитном - нейтронном рассеянии будут проявляться сложные корреляции спиновых, зарядовых и структурных возбуждений.

Предложена новая модель индуцированных спиновых флуктуации, объясняющая проявление в магнитном неупругом рассеянии нейтронов низкочастотных зарядовых флуктуации.

В рамках модели индуцированных спиновых флуктуации и концепции разделения фаз дана модельная интерпретация спектров магнитного неупругого рассеяния нейтронов для составов La2._xSr_xCu04 и УВагСизО^, позволяющая получить ряд важных характеристик системы (длины корреляции, времена жизни, характерные частоты возбуждений).

Впервые в модели псевдоспин-фононных резонансов дано качественное и количественное объяснение ряда типичных фононных аномалий, обнаруживаемых в неупругом рассеянии нейтронов и проявляющихся в виде аномального уширения, смещения мод и даже их исчезновения в несимметричных точках Бриллюена.

Практическая значимость работы.

1. Результаты работы подтверждают широкие возможности модели
полярных центров в объяснении конкретных физических свойств медь-
кислородных ВТСП и существенно расширяют наши представления о
механизмах формирования ВТСП.

2. Полуэмпирическая модель магнитного неупругого рассеяния
нейтронов в купратах может быть использована в дальнейших
экспериментальных и теоретических исследованиях.

3. Результаты обработки экспериментальных нейтронных данных в
La₂._xSr_xCu0₄ и УВа₂Сиз0_6+х могут быть использованы для описания и
предсказания их магнитных и магниторезонансных свойств.

На защиту выносятся.

6. Результаты исследования синглет-триплетного магнетизма.

7. Расчет дважды дифференциального сечения рассеяния нейтронов системой синглет-триплетных ян-теллеровских полярных центров.

3. Модель индуцированных спиновых флуктуации и объяснение с ее помощью особенностей магнитного рассеяния нейтронов в ряде медь-кислородных ВТСП.

4. Величины различных параметров (длины корреляции, времена жизни, характерные частоты возбуждений), полученные с помощью модельной обработки спектров неупругого рассеяния нейтронов, а также их концентрационные и температурные зависимости.

5. Модель псевдоспин-фононных резонансов, учитывающая ян-теллеровскую природу основного состояния полярных центров и позволяющая объяснить ряд аномалий фононного неупругого рассеяния нейтронов.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты обсуждены на ряде российских и международных конференций, в том числе

1. Международной конференции по магнетизму, 22-28 августа 1994 г., г. Варшава, Польша;

2. XXVII Амперовском Конгрессе по магнитному резонансу и связанных с ним явлениям, 22-27 августа 1994 г., г. Казань;

3. XXVI Всероссийской зимней школе физиков-теоретиков "Коуровка", 2-7 февраля 1996 г., г. Ижевск;

4. XV Всероссийской конференции по магнетизму, 18-21 июня, 1996 г., г. Москва;

5. Международной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости M²S-HTSC V, 28 февраля — 4 марта 1997 г., г. Пекин, Китай.

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

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка из 94 наименований. Она изложена на 154 страницах, включая 52 рисунка и 3 таблицы.