Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ Й
I. АНОМАШЫЕ СВОЙСТВА ИЩА ШСОКОТЕШЕРАЩВДХ СВЕРХ
ПРОВОДНИКОВ В ПРОСТОИ ФШОМШСШОІВДЕСКОИ МОДЕЛИ .2.3.
1.1. Высокотемпературные сверхпроводники, электронные и решеточные свойства ft5.
1.2. Зонные расчеты. Соответствие эксперименту .4.0.
1.3. Феноменологические модели электронного спектра. д7 Модель с пиком плотности состояний 1.4. Магнитная восприимчивость и электронная теплоемкость в модели с пиком плотности состояний. Сравнение с экспериментом PJ5.
Выводы к главе I
П. ТЕОРИЯ ВЛИЯНИЯ ДЖЕКТОВ НА СВОЙСТВА УЗКОЗОННЫХ
СВЕРХПРОВОДНИКОВ Я2.
2.1. Электронная плотность состояний неидеального кристалла в лестничном приближении рр,
2.2. Магнитная восприимчивость и электронная теплоемкость неидеальных узко зонных кристаллов .
2.3. Низкотемпературное сопротивление. Закон " Г " .
2.4. Влияние дефектов на 7с Деградация и эффект увеличения
2.5. Уравнения Гинзбурга-Ландау с учетом тонкой структуры плотности состояний. Влияние дефектов о7 на верхнее критическое поле // Выводы к главе П Ш. РАДИАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИН- ТЕРМЕТАЛЛВДОВ A-I5 В МОДЕЛИ С ПИКОМ ПЛОТНОСТИ СОСТОЯНИЙ, т„т
СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ Ш
3.1. Изменение критической температуры A-I5 при нейтронном и ионном облучении. Деградация, универтпт сальность и эффект увеличения
3.2. Радиационное воздействие на и интерме-таллидов
3.3. Некоторые свойства А-І5 в нормальном состоянии при облучении
3.4. Температура структурного превращения облученных
3.5. Особенности метастабильных А-І5 139.
Выводы к главе
IV. ЭЛЕКТРОН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В УЗКОЗОБНЫХ СВЕРХ- ТЛА
ПРОВОДНИКАХ. БИПСЛЯРОШ СЛАБОЙ СВЯЗИ
4.1. Поляроны малого радиуса в сложной кристалличес- т КОЙ решетке -ІТУ .
4.2. Взаимодействие поляронов малого радиуса. Биполя роны слабой и сильной связи .И9.
4.3. Поляронные куперовские пары. Параметр порядка .153.
4.4. Критическая температура поляронного сверхпроводника 157.
4.5. Некоторые аномальные свойства интерметаллидов Q A-I5 в поляронной модели
4.6. Поляронный спектр и магнитная восприимчивость Сравнение с экспериментом
Выводы к главе ІУ
V. БИПОЛЯРОНЫ СИЛЬНОЙ СВЯЗИ (МАЛОГО РАДИУСА)
5.1. Локализованный биполярон малого радиуса
5.2. Биполяронный гамильтониан, биполяронная зона и эффективная масса малого биполярона
5.3. Псевдоспиновый анизотропный гамильтониан
5.4. Основное состояние системы малых биполяронов: однородный конденсат и конденсированная волна зарядовой плотности
5.5. Фазовая диаграмма биполяронного кристалла 196.
Выводы к главе V
УІ. СВЕРХПРОВОДИМОСТЫМЛЫХ БИПШШРОНОВ
6.1. Спектр возбуждений низкотемпературных когерентных фаз. Температура перехода в конденсированное состояние
6.2. Биполяронный эффект Мейсснера
6.3. Уравнения электродинамики. Аналогия с заряженным бозе-газом
6.4. Критическое поле конденсации заряженного бозе-газа
6.5. О возможности существования малых биполяронов в окисных соединениях /Ух V2 0$- ( М -металл), тройных халькогенидах молибдена и некоторых A-I5
Выводы к главе VІ Я5.5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 257
ЛИТЕРАТУРА .2.6.1.
Введение к работе
Последнее десятилетие отмечено в физике твердого тела особым интересом к веществам с достаточно узкими энергетическими зонами и сильной электрон-фононной связью, что, в первую очередь, связано с проблемой высокотемпературной сверхпроводимости . К этой группе веществ относятся синтезированные в настоящее время сверхпроводящие кристаллические соединения переходных металлов со структурой A-I5 (например, /V?3 5/z. » A/bJie , Цог , V ba ), тройные халъкогениды и другие высокотемпературные сверхпроводники на основе переходных металлов » .
Их отличает наличие частично заполненных и -зон, электроны которых сильно взаимодействуют с ионным окружением вследствие высокой степени локализации волновой функции .
Природа высокой критической температуры сверхпроводящих кристаллических соединений а -металлов тесно связана с "аномальными" свойствами в нормальном состоянии: необычными температурными зависимостями и большой величиной магнитной восприимчивости, электронной теплоемкости, электросопротивления, температурным размягчением фононов, низкотемпературными структурными превращениями и рядом других.
Таким образом, построение последовательной электронной теории узкозонных кристаллов с сильным электрон-фононным взаимодействием открывает путь к пониманию природы высоких значений и путей повышения /с .
Велико прикладное значение сверхпроводящих соединений переходных металлов. Достигнутые успехи и надежды на прогресс в области управляемого термоядерного синтеза и физики высоких энергий существенно связаны с применением этих перспективных материалов . Как показали многочисленные эксперименты (см. § 3.1) поведение высокотемпературных сверхпроводников при облучении нейтронами и заряженными частицами отличается рядом уникальных особенностей, а магнитные системы термоядерных и ускорительных установок подвержены радиационному воздействию. Поэтому большой фундаментальный и практический интерес представляет теоретическое изучение влияния радиационных дефектов на физические свойства высокотемпературных кристаллических сверхпроводников и, особенно, интерметаллидов со структурой A-I5.
Анализ имеющегося экспериментального материала и теоретических моделей (глава I) приводит к выводу о том, что наиболее об-Щая черта высокотравных свердаод соединений J — таллов заключается в существовании вблизи уровня Ферми тонкой энергетической структуры электронной плотности состояний с масштабом в несколько сотых электрон-вольта, что вытекает из температурной зависимости магнитной восприимчивости, нелинейной температурной зависимости электронной теплоемкости 6« и других аномальных свойств высокотемпературных сверхпроводников. Наличие узких пиков электронной плотности состояний ставит ряд вопросов. Один из них - о влиянии дефектов кристаллической структуры на электронный спектр. В обычных металлах дефекты приводят к малым поправкам в одноэлектронном спектре вследствие большой кинетичес - 7 кой энергии электронов (энергии Ферми). В результате, небольшое число дефектов практически не влияет на плотность электронных состояний, а вместе с ней и на термодинамические характеристики ( Z"f X » Се) При наличии тонкой энергетической структуры ситуация существенно иная, о чем непосредственно свидетельствуют эксперименты по облучению высокотемпературных сверхпроводников нейтронами и заряженными частицами, которые позволяют вводить в образец контролируемое число изоэлектронных дефектов. Облучение значительно изменяет термодинамические параметры большинства высокотемпературных сверхпроводников уже при относительно небольшой концентрации радиационных дефектов (глава Ш).
Другой вопрос - об универсальной природе происхождения тонкой структуры, и о том, не приведут ли взаимодействия, не учтенные водноэлектронном приближении Хартри-Фока к ее исчезновению .
В диссертации построена теория влияния дефектов на физические свойства узкозонных сверхпроводников, основанная на идее размытия пика электронной плотности состояний полем дефектов, и разработана теория кооперативных явлений в узкозонных кристаллах с сильным электрон-фононным взаимодействием, которая позволяет понять природу происхождения узких и высоких пиков электронной плотности, а также предсказывает в пределе больших значений элек-трон-фононной константы связи существование новых низкотемпературных когерентных фаз.
Как показано в главе П, перестройка уровней вследствие взаимодействия с дефектами приводит к существенному изменению тонкой структуры электронной плотности состояний Л цу уже при достаточно малой концентрации дефектов, когда неопределенность энергии электрона вследствие рассеяния оказывается порядка характерного энергетического масштаба тонкой структуры.
Расчет плотности состояний в лестничном приближении по взаимодействию с дефектами свидетельствует о значительной деформации тонкой структуры Л Тз/ , в результате которой плотность состояний на уровне Ферми /г (о) может возрастать или уменьшаться в
7 зависимости от его исходного положения .
Поэтому дефекты существенно изменяют свойства нормального и сверхпроводящего состояния: ослабляют аномальные температурные зависимости восприимчивости и электронной теплоемкости , приводят к нелинейной концентрационной и температурной зависимости остаточного сопротивления , нарушению теоремы Андерсонахи : в зависимости от исходного положения уровня Ферми с возрастает или падает с увеличением концентрации . Концентрационные зависимости коэффициентов в уравнениях Гинзбурга-Ландау отличаются от обычных, расчитанных без учета тонкой структуры.
Сравнение с экспериментальными результатами по радиационному воздействию на физические свойства интерметаллидов A-I5, проведенные в главе Ш, свидетельствует о качественном и количественном соответствии теории эксперименту.
Разработанная в диссертации модель влияния радиационных дефектов с пиком плотности состояний, в частности, объясняет катастрофическую деградацию с в высокотемпературных A-I5 и предсказывает эффект увеличения /с в низкотемпературных
. В отличие от других моделей влияния радиационных дефектов на /с , она не использует конкретных предположений о свойствах электронного спектра (кроме наличия пика /V(JJ ), например та-ких как его одномерности , и может служить основой для расчета радиационной стойкости других узкозонных сверхпроводников.
Кооперативные эффекты, обусловленные сильным электрон-фонон-ным взаимодействием в узкозонных сверхпроводниках, рассмотрены в главах ІУ-УІ.
