Введение к работе
Актуальность темы. В ПОСЛЄДНИ9 НЕСКОЛЬКО ДЄСЯТИЛЄТИЙ
интенсивно изучаются такие свойства твердых тел, как переход металл-диэлектрик, фазовый переход в мапштше состояния, сверхпроводимость и т.д. Фундаментальным значением в понимании этих явлений обладают знания о свойствах носителей электрического заряда: спектр одночастичных возбуздений, зонная структура, взаимодействие. В полупроводниках, полуметаллах, неравновесных системах с инверсной заселенностью зоны проводимости, сложных соединениях с перекрывающимися энергетическими зонами различных химических элементов, присутствуют носители заряда двух типов. Это могут быть электрон в зоне проводимости и дырки в валентной зоне, это могут быть электроны из различных энергетических зон, отличающиеся, например, массой. Наконец, двухкомпонентная плазма носителей заряда в твердом теле (ПТТ) монет состоять из двух невырожденных компонент, отличающихся статистикой (бозоны и фермионы). При этом свойства и критерии фазорых переходов типа металл-диэлектрик, ферро- и антиферромагнитннх переходов существенным образом зависят от параметров двухкомпонентной ПТТ. Сильное взаимодействие между носителями ПТТ приводит к перестройке спектра одночастичных возбуждений, меняет зонную картину. Сам фазовый переход, зачастую, является следствием такого взаимодействия. С экспериментальной точки зрения несомненный интерес представляет спектр коллективных возбуздений в двухкомпонентной ПТТ. Неустойчивость системы относительно различных коллективных мод приводит к перестройке спектров и переходу в новое состояние. Поэтому актуальность построения теории, учитывающей сильное' взаимодействие носителей ПТТ очевидна.
Среди теорий ферромагнитного упорядочения мокло выделить в литературе традиционную стонеровскую теорию, объясняющую указанный переход сильным ферми-жидкостным взаимодействием
_ 4 -носителей в одной зоне, и теорию экситонного ферромагнетизма в приближении слабого взаимодействия учитывающую трансформацию электронной и дырочной зон. Актуальность темы диссертации дополняет построение общей модели, включающей в себя оба мехашізма ферромагнетизма как частные случаи.
Возможность наличия бозонов в качестве носителей заряда в ПТТ стала изучаться сравнительно недавно, главным образом, в связи с исследовашіями систем с тякелыми фермионами и высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП). Сверхтекучесть бозе-конденсата может объяснить ряд свойств вышеуказанных объектов, однако в целом, по-видимому, правильной картины происходящих в твердом теле процессов не дает. Введение в рассмотрение двухкомпонентной плазмы, состоящей помимо бозе-компоненты и из легкого ферми-газа, впервые предложенное в диссертации, позволяет в значительной степени устранить недостатки бозонной модели и получить ряд свойств ПТТ, являющихся спецификой ее двухкомпонентности.
Моль работы состояла в следующем:
1) Построение теории двухкомпонентной фзрм-и-жидкости с
электронно-дырочным спариванием.
2) Получение спектров коллективных возбуждений в
экситонном диэлектрике и- экситонном ферромагнетике, как в
равновесном, так и в неравновесном случаях.
3) Определение параметрических критериев
ферромагнитного, антиферромагнитного упорядочения как
следстыш неустойчивости системы относительно сгашовых
возбуждений.
4) Построение теории двухкомпонентной бозон-фермионной
ПТТ. Исследование коллективных возбуждений в такой системе,
экранировки кулоновского потенциала.
5) Анализ термодинамических и коллективных свойств
бозон-фермионной плазмы при наличии гибридизации
энергенических зон. Возможный механизм 'сверхпроводимости
такого объекта.
6.) Получение выражения для подвижности электронно-дырочных капель (ЭДК) с учетом электрон-фононного
взаимодействия при наличии спаривания электронов и дырок.
Научная новизна рабОТЫ ОЩЗЄДЄЛЯЄТСЯ ТЄМ, ЧТО В НЄЙ
впервые:
разработана теория двухкомпонентной форми-кидкости с электронно-дырочным спариванием, позволяющая учесть как когерентное, так и сильное некогерентное взаимодействие носителей в ПТТ;
определены параметры энергетических зон электронов и дырок, спектры одночастпчішх возбуждений с учетом сильного ферми-кидкостного (ФЖ) взаимодействия;
получены спектры коллективных возбуадений в окситонном диэлектрике и экситонном ферромагнетике в равновесном и неравновесном случаях;
определены критерии. фазовых переходов в ферромагнитное, ферримагнитное и антиферромагнитное состояния, из которых ранее известные результаты получаются как частіше случаи;
разработана теория двухкомпонентной бозон-фермионной плазмы, проанализированы свойства такой системы при отклике на внешнее электромагнитное поле;
получено выражение для диэлектрической проницаемости бозон-фермионной плазмы, проанализирован спектр коллективных возбуадений, характер экранировки кулоновского потенциала;
исследовано влияние гибридизации бозонной и фермионной зон на термодинамические свойства ПТТ, на характер коллективных возбуждений и на фазовый переход в сверхпроводящее состояние;
- получено выражение для подвижности ЭДК с учетом
электрон-фононного взаимодействия и спаривания электронов и
дырок.
Практическая ценность рабОТЫ 3&КЛЮЧЙЄТСЯ В ТОМ, ЧТО:
- во-первых, разработанная в ней-теория двухкомпонентной
фермп-жидкос гп с электрошю-дирочшм спариваїгаем обобщает
ранее известные результаты, полученные в приближении слабого
когерентного взаимодействия или для однозонной модели, и
- б -
позволяет говорить о единой теории перехода металл-диэлектрик и магнитных переходов в сильновзаимодействущей ПТТ;
во-вторых, ряд основных, полученных в работе результатов, имеет подтверждение и в экспериментах (например, переход в состояние стонеровского ферромагнетизма происходит при константах взаимодействия существенно меньших единицы, нет жесткой связи между величиной щели в ВТСП и критической температурой);
в третьих, впервые введенная в рассмотрение двухкомпонентная бозон-фермионная ПТТ является новым физическим объектом, свойства которого ранее совершенно не изучались, причем анализ последних позволяет объяснить ряд явлений, имеющих место в системах с тяжелыми фэрмионами и ВТСП.
-Апробация работы. ОСНОВНЫе результаты рабОТЫ
докладывались на семинарах кафедры теоретической ядерной физики МИФИ, научных конференциях МИФИ (1976, 1990' гг), конференции молодых учеїшх (Киев 1977 г.), международной конференции по физике низких температур (Тбилиси 1986 г.), конференции по ВТСП (Свердловск 1937 г.), научном семинаре Аахенского университета (Германия, Аахен 1991 г.).
публикации, материалы диссертации опубликованы в 18 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация СОСТОИТ ИЗ
введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Она содержит 211 страниц машинописного текста. Список литературы включает 167 наименований. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Теория двухкомпонентной ферми-жидкости с электронно-дырочным спариванием.
2. Коллективные возбуждения в электронно-дырочной жидкости и фазовые переходы,' связашше с неустойчивостью системы относительно них.
-
Теория переходов в фазы экситонного и стонеровского ферромагнетика, их взаимосвязь и коллективные возбуждения.
-
Теория двухкомпонентной бозон - фермионной плазмы.
-
Механизм сверхпроводимости, связанный с гибридизацией бозонной и фермионной зон.
