Введение к работе
Актуальность темы. С момента открытия явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСІІ) накоплен обширный материал посвященный этой проблеме. Видимо, наиболее полно к настоящему моменту исследованы соединения La2_,.Si,CuO( и УВа2Си30Г)+а.. Металлическая фаза этих систем характеризуется многочисленными аномалиями; одна из наиболее ярких черг - — это наличие сильных антиферромагнитных (АФ) корреляций, которые являются одной из основных проблем для микроскопического подхода к ВТСП. С другой стороны, известно, что сравнительно небольшие изменения "оптимального" химического состава данных веществ приводят к потере сверхпроводимости и металлических свойств, и к переходу в антиферромагнитпую фазу с дальним магнитным порядком. При этом соединения La2Cu04 и YBa2Cu,iOe являются хорошими гейзенберговскими квазидвумерными антиферромагнетиками с локализованными спинами на ионах меди.
Мы обращаемся в дальнейшем к рассмотрению ВТСП-соедине-ний именно в АФ части фазовой диаграммы. Основное число теоретических работ здесь посвящено проблеме быстрого наблюдаемого разрушения дальнего АФ порядка малой концентрацией примесей. За основу обычно выбирается модель Хаббарда с --электронным заполнением, близким к. половинному, и сильным ку-лонешским отталкиванием на узле. В отсутствие допирования
-4—
( точно половинное заполнение ) система сводится к гейзенберговскому АФ. Долированис в такой картине сводится к изменению заполнения и появлению блуждающих дырок на АФ фоне, и возникает картина типа переход, металл-диэлектрик. Однако при таком подходе, как правило, не учитывается целілй ряд аномалий, наблюдаемых в дотированной АФ системе и растущих с понижением температуры. В настоящей работе ( первой ее части) дается альтернативный подход к рассмотрению допированного аптифорромагнетика.
Основываясь на ряде экспериментов, мы обосновываем картину неподвижных дырок при рассмотрении эффектов, связанных со спин-волновой динамикой. При этом мы показываем, что наличие дырки на ионах кислорода может приводить к образованию возле этой дырки магнитной двухуровневой системы с малой энергией. Наличие в системе низкоэнергетического масштаба может объяснить упомянутый ряд низкотемпературных аномалий и, одновременно, разрушение дальнего АФ порядка уже малой концентрацией примесей.
Примыкает к затронутой тематике и проблема магнетизма редкоземельных (РЗ) ионов в ВТСП соединениях, обсуждаемая в данной работе. Известно, что сверхпроводимость здесь сосуществует с дальним магнитным порядком в РЗ подсистеме. Основываясь на качественном явлении, наблюдаемом в АФ фазе (Но-Y)HaC'nO. мы определяем величину обмена РЗ ионов с ионами
--d—
моди, важную для дальнсйщого анализа ряда экспериментов. Цели и задачи работы
-
Построение теории квазидвумерного антиферромагнетика с примесями обладающими внутренней степенью свободы.
-
Объяснение на основе предложенной теории ряда низкотемпературных аномалий, наблюдаемых в АФ части фазовой диаграммы ВТСЇІ систем.
-
Определение области применимости линейной теории спиновых волн для описания дефекта типа "фрустрированная связь" в ферромагнетике с дипольними силами. Эта система сходна с антиферромагнетиком наличием квантовых тгулсвых колебаний.
-
Анализ взаимодействия РЗ иона с АФ подсистемой YBuaCuaOr,. Объяснение на основе этого данных эксперимента о дополнительном расщеплении иона гольмия в этом веществе. Определение на основе, этого величины обмена РЗ иона со спинами меди.
Научная новизна работы. К новым результатам работы относится показ неприменимости линейной теории спиновых волн для описания в определенной области параметров дефекта типа фрустри-рованная связь з магнетиках с нулевыми колебаниями. Выходя за рамки этого приближения, и вводя понятие ДУС возле такого
—G-
дефекта, находятся температурные перенормировки ряда физических величин в квазидвумерных антиферромагнетиках. Показывается качественное согласие найденных результатов с наблюдаемыми в слаболегированной АФ фазе ВТСП.
Показывается, что редкоземельный ион, расщепленный в кристаллическом поле и помещенный в АФ окружение с нулевым молекулярным полем на ионе, может понизить степень своего вырождения, если симметрия КЭП не совпадает с симметрией тензора АФ восприимчивости. На основе данных эксперимента и анализа взаимодействия иона гольмия со спинами меди в YBa-2Cu30B находится величина обмена РЗ иона с АФ окружением.
Научная и практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты способствуют лучшему пониманию физики легированных.магнетиков, в частности, в применении к проблеме фазовой диаграммы ВТСП. Помогают при анализе экспериментальных данных по неупругому рассеянию нейтронов в соединениях с редкоземельными ионами. Дальнейшее развитие использованных в работе методов должно стать существенным вкладом в исследование свойств магнитных упорядоченных и частично ра-зупорядоченных соединений.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на
2G-M Всесоюзном совещании по физик;- низких температур. Донецк. 1990.
Всероссийском семинаре по спиновым волнам, С.-Петербург, 1994.
Международной конференции по магнетизму, Варшава, 1994.
Международном семинаре "Сильно-коррелированные системы", ОИЯИ, Дубна, 1994.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах, список которых приведен в конце реферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, трех приложений, и списка литературы.
Актуальность темы.
В последнее время большое внимание уделяется процессам когерентного лазерного возбуждения ридберговских атомных состояний (Alber and Zoller, 3991 ). Короткий лазерный импульс приводит к образованию нестационарного пакета близко-лежащих ридберговских состояний. Временная эволюция пакета может затем наблюдаться с помощью следующего импульса с различными временами задержки (Alber et al, 1986; Henle et al, 1987 ) или измерения спонтанной эмиссии (Parker and Stroud, 1986).
- Волновой пакет эволюционирует в пространстве и во времени и имитирует движение классической частицы. Одним из важных следствий подобных исследований является прояснение фундаментальных вопросов о соответствии между классической и квантовой механикой.
Изучение качественных и количественных закономерностей временной эволюции квантовых волновых пакетов имеет также важный практический интерес. Здесь имеется в виду ставший достаточно популярным в последнее время способ расчета сечений и вероятностей различных квантовомеханических процессов с помощью временного формализма, а также экспериментальные исследования в спектроскопии временного разрешения.
В данной работе исследовались процессы возбуждения и адо-.яоция квантовых волновых пакетов ридберговских состояний ато-
—4—
мов во внешних полях. Были изучены особенности временной эволюции различных физических величин, характеризующих квантовую систему.
Нами были рассмотрены две принципиально различные ситуации. Первая - когда волновой пакет возбуждался в области регулярного квантового спектра. Вторая - когда пакет возбуждался в области иррегулярного квантового спектра, что соответствовало хаосу в классической динамике.
Цели и задачи работы
-
Исследование процесса возбуждения и эволюции квантовых волновых пакетов ридберговских диамагнитных состояний атома водорода в магнитном поле.
-
Построение общей теории временной зависимости квантово-механических средних физических наблюдаемых в пакетных состояниях в области слабо ангармонического спектра.
-
Исследование процесса возбуждения и эволюции квантовых волновых пакетов в области ир}іегулярного квантового спектра.
-
Анализ влияния высших ангармонических поправок в спектре энергий на долговременную эволюцию квантовых волновых пакетов.
—5—
Научная новизна работы. Рассмотрена картина поведения волнового пакета квадратичных зеемановских состояний атома водорода в режиме /- смешивания.
Изучена временная эволюция физических наблюдаемых в области спектра со слабым анг.армопизмом в важном случае, когда распределение вероятности состояний в волновом пакете имеет гауссову форму. Показано, что квантовомеханические средние для наблюдаемых в пакетных состояниях могут быть выражены простыми явными формулами, полностью объясняющими интересные явления, связанные с их временной зависимостью.
Рассмотрен процесс возбуждения состояний иррегулярного рид-берговского спектра через промежуточные ридберговские состояния регулярного спектра. Показано, что подходящий выбор нижнего состояния приводит к селективному отбору состояний иррегулярного спектра, локализованных вдоль избранных замкнутых классических траекторий, и сильному упрощению спектра сил осцилляторов. Селективный способ возбуждения приводит к генерации волновых пакетов, эволюционирующих вдоль избранных классических траекторий п течение сотен классических периодов.
Проанализированы особенности долговременной эволюции квантовых волновых пакетов с учетом высших ангармонических поправок в спектре энергий. Дан вывод периодов возрождений полнового пакета, связанных с вкладом высших ангармонических поправок.
—6—
Научная и практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты открывают перспективы дальнейших исследований динамики волновых пакетов ридберговских состояний атомов во внешних полях. Результаты главы 2 будут полезны при обработке экспериментов в спектроскопии временного разрешения, а также при изучении динамики волновых пакетов в классических колебательных системах. Исследование, проведенное в главе 3,- один из первых шагов в изучении динамики квантовых волновых пакетов в области иррегулярного спектра. Дальнейшие исследования в этом направлении будут способствовать лучшему пониманию в новой, быстроразвивающейся области "квантового хаоса:'.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на
3-м Всероссийском семинаре по атомной спектроскопии. Черноголовка, 1992.
26-й Европейской конференции по атомной спектроскопии. Бел-латерра (Барселона), 1994.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в о печатных работах, список которых приведен в конце реферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений, 31 рисунка и списка литературы.
