Проявление среднего диэлектрического порядка в оптических и туннельных характеристиках сверхпроводников Исмагилов, Альберт Марсович

Введение к работе

Актуальность темы. Как известно, сверхпроводимость в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) реализуется в условиях йлизости к фазовому переходу в аншферромагнитнов (для меднооксидных сверхпроводников) либо зарядовоупорядоченное (для систем Ba(K,Pi)3iO) состояние. Многочисленные экспериментальные данные свидетельствует; о том, что точку электронной неустойчивости ВТСП относительно перехода в состояние с дальним диэлектрическим порядком предваряет широкий интервал (как функция температуры и уровня легирования) развитых спиновых либо зарядовых флуктуации, захватывающий и область сверхпроводящих составов (см. например ZTl. 2J7). В этом интервале межэлектронные корреляции формируют средний (спадающий на масштабах больше межатомных расстояний) порядок, означающий существование локальных долгоживущих флуктуации заряда или спина. При сверхпроводящих составах ВТСП проявляют также близость к фазовому переходу сегнетоэлектрического типа C3J, обусловленному неустойчивостью этих систем относительно переноса заряда с меди (в меднооксвдных сверхпроводниках) либо висмута (в системах 8ff(f(,PS)BiO) на кислород. В связи с этим естественно ожидать, что свойства ВТСП как в нормальном, так и в сверхпроводящем состоянии в значительной степени обусловлены существованием в них сильных мажэлектронных корреляций диэлектрического типа, последовательный учет которых цредставляет собой одну из основных задач теории высокотемпературной сверхпроводимости.

В результатах многочисленных экспериментов по туннельной и оптической спектроскопии ВТСП (см., например, Z~4-7J7) имеется ряд существенных расховдений с предсказаниями "классической" тео-

a» ZL *й

рии сверхпроводимоети Бардина-Купера-Щриффера (ЕКШ). Обращает на себя внимание, во-первых, нетрадиционная (не по ЕКШ) температурная зависимость сверхпроводящей щели д(Т) ; большой разброс и, как цравило, завышенная величина определяемого из этих экспериментов отношения 2&(0)/Т_с ( Тс - температура перехода системы ы сверхпроводящее состояние), равного-3.5 в схеме БКШ. Во-вторых, в рамановских спектрах комбинационного электронного рассеяния в ВТСП, как правило, невозможно выделить порог, который соответствовал бы отличной от нуля минимальной энергии двухчастичного возбуждения СЮ. и, в-третьих, в спектрах ИК-отражения системы YBa₂Cu_s0₆„ сверхпроводящих составах) зарегистрированы две особенности сверхпроводящего типа, отвечающие двум порогам поглощения, на частотах 430 см"¹ («*6 ) и 150 см"¹ (~2.1T_fi ) [7].

Анализ этих экспериментальных фактов приводит к естественной постановке актуальной для ВТСЛ задачи о проявлении диэлектрических корреляций в туннельных и оптических характеристиках сверхпроводников.

Цель работы состояла в выяснении причин, которыми обусловлено существование в ВТСП широкой области развитых диэлектрических флуктуации (спинового либо зарядового типа), и исследовании влияния возникающего в этой области среднего диэлектрического порядка на свойства ВТСП в нориальнои и сверхпроводящем состоянии. При этом ставились и решались следующие задачи:

микроскопическое описание фориировавия межэлектронвыми корреляциями и рассеянием на примеси среднего диэлектрического порядка в системах с коллективизированными электронами;

выяснение роли существования магнитных либо зарядовых сверхструктур в ВТСП в формировании в них широкой области (как функции температуры и уровня легированЕя) диэлектричесвих кор-

реляции;

исследование влияния среднего порядка на спектр одночастичных возбувдений и плотность электронных состояний в системах с коллективизированными электронами;

исследование проявлений диэлектрических корреляций в туннельных характеристиках сверхпроводников;

исследование спектра коллективных возбуждений и их проявления в оптических характеристиках сверхпроводников с диэлектрическими корреляциями.

Научная новизна работы определяется оригинальностью поставленных задач и сформулированных в результате их решения выводов.

Автор выносит на защиту следующие основные положения и результаты работы:

1. Широкая область развитых диэлектрических флуктуации (спинового либо зарядового типа) в ВТСП обусловлена существованием вблизи стехиометрических (несверхпроводящих) составов магнитных либо зарядовых сверхструтаур.

2. Средний порядок формирует в плотности электронных состояний псевдощелъ с характерным масштабом V_p й„ , где Vp - скорость Ферми, О_а - модуль векторов неоднородного спаривания.

3. Вблизи (выше) линии фазового перехода в модулированное упорядоченное состояние существует область с отрицательным знаком флуктуационного вклада в теплоемкость,

4. Туннельные характеристики сверхпроводников с диэлектрическими корреляциями существенно зависят от знака параметра диэлектрического порядка

5. Появление сверхпроводимости в системе способно индуцировать смену знака вблизи (ниже) Г, * что приводит к возникновению на туннельных ВЛХ особенности сверхпроводящего типа. Пос-

ледняя может имитнровать нетрадиционную (не по БЫЛ) температурную зависимость сверхпроводящей щели, большой разброс и завьшенную величину отношения 2 &₇и_НН (0)/ Т_с в ВТСП.

6. В спектре коллективных возбуждений сверхпроводников с диэлектрическими корреляциями (типа переноса заряда, или волны зарядовой плотности (ВЗП)) обнаружена мода, не связанная с длинноволновыми колебаниями электронной плотности.

7. Найденная мода оптически активна и попадает в энергетический интервал сверхпроводящей щели в случае слабой фиксации фазы параметра диэлектрического порядка, что объясняет происхождение низкочастотной особенности в спектре ИК-отраженияУбя.С^Л^ (при сверхцроводящих составах).

Научная и практическая ценность работы. Полученные результаты позволяют интерпретировать ряд имеющихся экспериментальных данных по ВТСП (в частности, нейтронографических исследований, оптических и туннельных характеристик, термодинамических свойств) и иогут быть использованы для постановки новых экспериментов с целью выяснения роли диэлектрических корреляций в механизме высокотемпературной сверхпроводимости.

Апробация работы. Материал, изложенных в диссертации опубликован, по теме диссертации имеется пять* печатных работ. Основные результаты докладывались и обсуждались на Гергано-Российско-Украинском симпозиуме по ВТСП (Kloster Вам, 92) и на семинарах $ИАН.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 104 страницы машинописного текста, включая 12 рисунков и список литературы из 137 наименований.