Введение к работе
Актуальность темы. Одна из современных тенденций развития физики твердого тела связана с исследованием свойств квазиодномерных.проводников. Интерес к таким системам обусловлен тем, что в них возникают качественно новые физические результаты.
Среди множества квазиодномерных проводников, особое место занимают проводники Пайерлса-Фрелиха, которые при понижении температуры претерпевают переход металл-диэлектрик,, сопровождающийся структурной деформацией решетки с периодом Of/кр По этой причине такие системы называют еще пайерлсовскими диэлектриками ТПД/, основным состоянием которых является волна зарядовой плотности /ВЗП/. К [Щ относятся проводящие линейные полимеры, наиболее известным представителем которых является полиацетилен, а также кристаллические.соединения три- и тетрахалькогенидов переходных металлов, например ^ , жъв«3 , <тавв4)21 Зронзы 1о.зИо0з » кь0.3Мо03 и РОД ДРУГИХ веществ.
Поведение ПД во внешних полях отличается своеобразием ї требует привлечения идей о специфических механизмах проводимости," таких как коллективное движение ВЗП /prohlloh, >гое,Ноу.8оо.1, А , 1954, 233, Я2, р.296-305/, солитонная -, іроводимость полимеров Z34» 8ehrl«fT«r» H*«ger, Phye.Sev.
Lett. , 1979, 42, №25, p.I698-I70I; Бразовский, КЭТФ, 1980, 80, .№2, с.677-690/. Концепция поляронного отклика удачно объяснила совокупность экспериментальных Данію, по полиацетилену /H««g«r, 'Кітаїаоп, eehrleffer, Su, Rer.Mod.Phye. , 1988, 60, №Z p.781-850/. Конкретные pea-шзации Фрелиховского механизма находят место при объясне-нга статической и высокочастотной динамики ВЗП в кристал-шческих ПД / Briber, Zettl, Phy«. Rept».f 1985, 119, №, з. 118-232/.
Носители тока в ПД при низких температурах - это кол-
іективнне возбуждения параметра порядка йв . Стати-
іеская проводимость обусловлена либо поляронами лГО'л'ЬУ - -
і ПД с вещественным параметром порядка, либо нелинейными
возбуждениями фазы ЦС*>^) ~ в ПД с комплексным пара-.
- 4 -метром порядка. К первому типу ДД в основном относятся по-лі-мєри, в. частности полиацетилен, ко второму — кристаллические ДЦ. Параметр порядка зависит от внешних полей, поэтому исследование этих зависимостей является актуальной задачек теории систем. Пайерлса-Фрелиха.
Цель диссертации. Развить теорию поведения параметра порядка ДД и его флуктуации во внешних полях. Получить выражения для отклика системы на электрические, магнитные и акустические возмущения. Объяснить ряд наблюдаемых экспериментальных зависимостей и предсказать новые явления в ПД и родственных системах.
Задачі; работы:
формулировка схемы расчета, позволяющей свести мно- . гоэлектрошгую задачі' к исследованию удобных функционалов, зависящих от параметра порядка и внешних полей,
изучение параметра порядка и его флуктуации в диме-ризовапном ПД типа trans -полиацетилена в электрическом и магнитном полях, анализ функций отклика,
исследование квантовой динамики кристаллических ПД, построение модели квантовой солитонной проводимости ВЗП, исследование особенностей нелинейной акустики БЗП, изучение эффектов макроскопической квантовой когерентности в ПД,
обобщение теории ПД на системы с электрон-магнонным взаимодействием.
Научная новизна и достоверность результатов: Электронный сектор модели одномерного ПД совпадает с I + I - мерной моделью Гросса-Невье квантовой теории поля. Это позволило использовать мощные теоретикс-полевые методы в аппарате теории ДД. Сочетание современных формальных методов исследования с ясной физической картинок явлений обеспечивает достоверность результатов.
С помощью функционального подхода, развитого в работе, удалось впервые установить нелинейную зависимость параметра порядка и спектра флуктуации от внешнего электрического поля, предсказать эффекты плавной металлизации диэлектрика в сильных полях и параметрического возбуждения фононов переменным сигналом. Указана роль аномальных коммутаторов в теории дробного топологического' заряда"солито-
- 5 -нов ВЗП.
Е работе впервые построена теория пороговой зависимости вероятности туннельного квантового рождения солитон-ан-тисолитонных носителей дробного заряда из конденсата ВЗП. Тем самым обоснована эмпирически найденная зависимость сопротивления от поля вблизи низкотемпературного порога возникновения нелинейной проводимости.
Впервые предложена полевая теория акустического отклика ВЗП, позволившая объяснить ряд экспериментальных данных по зависимости упругих характеристик ПД от посгоянкого электрического поля.
Эффект АароноЕа-Бома /ДБ/ в твердых телах ранее всегда связывался с наличием свободных носителей заряда. В диссертации впервые показано, что осцилляции термодинамических величин как функции магнитного потока присущи не только металлам и полупроводникам, но и диэлектрикам. В ПД реализуются два типа эффекта АБ. Первый - с периодом по потоку, равным фундаментальному кванту потока, одночастачный, обусловленный размерным квантованием спектра электронов заполненной валентной зоны. Второй - принципиально новый тип осцилляции по потоку с периодом, равным полуцелому /сверхпроводящему/ кванту, обусловленный инстантонной структурой конденсата ВЗП.
Квазиодномерные магнитные металлы в идейном смысле близки по свойствам к системам, испытывающим переход Пайер-лса. Полевое обобщение $- -модели металлического ферромагнетика, впервые проведенное в работе, позволило исследовать неоднородные состояния магнитной спирали в диэлектрической фазе и предсказать новые типы нелинейных возбуждений.
Научная значимость полученных результатов заключается в том, что они дают объяснение широкому кругу явлений и позволяют предсказать новые. Метод, используемой в работе, позволяет описать с единых позиций поведение различных типов ПД.
Практическая ценность работы определяется тем, что квазиодномерные ПД рассматриваются в качестве возможной.
элементной базы микроэлектроники.
На защиту выносятся следувдке основные положения;
I*. Формулировка методами функционального интегрирования схемы расчета основного состояния и возбуждений ЦЦ с вещественным и комплексным параметрами порядка во внешних полях.
-
Квантовая теория топологических солитонов в димери-зованном ЦЦ - фононная перенормировка энергии покоя и появление предельной скорости движения кинка.
-
Исследование поведения параметра порядка и его флуктуации в ДЕКзризовашюм ПД в полях:
-.подавление параметра порядка и частоты активации фо-нонов ; появление затухания у фононов в постоянном электрическом поле,
расчет динамической диэлектрической проницаемости
параметрическое Еозбувденае фононов,
расчет магнитного момента и ЭПР.
-
Теория порогового поля в квантовой туннельной компоненте проводимости, обусловленной фазовыми солитоначк ВЗП*.
-
Теория линейного и нелинейного акустического отклика ВЗП;
-
Предсказание новых реализаций эффекта Ааронова-Бома в диэлектриках / одночастичный и инстантонкнй эффекты Ааронова-Бома /.
7; Формулировка модели одномерного магнитного пайерл-совского диэлектрика, обусловленного электрон-магнонным взаимодействием.
Апробация работа: отдельные разделы диссертации докладывались и представлялись на Всесоюзных совещаниях по физике низких температур /Харьков 1980, Кишинев 1982, Ленинград 1988/, Международной конференции по физике низких температур /Лос Анджелес 1981/ , Конференции Европейского Фи-
..-7-, зического Общества /Йинда 1989/, Всесоюзном совещании по теории полупроводников /Новосибирск 1980/, Всесоюзной конференции по теории полимеров в твердой фазе /Черноголовка 1985/, Всесоюзных школах по физике сверхпроводников и нормальных металлов Дарьков 1982, 1988/, Всесоюзном семинаре "Неклассические кристаллы" /Севан 1986/, Всесоюзном семинаре "Макроскопическое квантовое туннелирование" /Черноголовка 1986/, Международной конференции "Electronics of Organic Materials" ( Elorma 87 ) /Ташкент 1987/, Всесоюзном симпозиуме "Неоднородные электронные состояния" /Новосибирск 1987/, семинарах ФТИНТ АН УССР, ИРЭ АН УССР, ИРЭ АН СССР, ИТФАН УССР, ИП АН УССР, ФИАН СССР, ДФТИ АН СССР, ЛИЯФ АН СССР, ИЛИ АН СССР, ІФТИ АН УССР, РИАН УССР.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 23 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, содержит 218 страниц машинописного текста, в том числе II. рисунков, библиографию, включающую 154 ссылки /16 страниц/,
