Найдя (путем компьютерной обработки полученных результатов) среднюю по времени концентрацию вихрей r (r) как функцию координаты r, авторы [3] смогли построить "карту потенциала пиннинга". При этом был использован тот простой факт, что вероятность обнаружить вихрь в окрестности точки r пропорциональна exp(-V(r)/U0), где V(r) - потенциал пиннинга в этой точке, а U0 - характерная энергия (при низких температурах последняя определяется не тепловой энергией kBT, а функцией V(r)).
Сложнее было найти парный потенциал межвихревого взаимодействия U(r). Однако и эта задача была решена, что стало возможным путем расчета (на основании экспериментальных данных) парной корреляционной функции, пропорциональной интегралу по dx от произведения r (x-r,t)? r (x,t), и последующего усреднения этой функции по времени наблюдения. В результате была найдена зависимость U(r) при 0.3мкм<r<1.8мкм. Она достаточно хорошо совпала с известным лондоновским потенциалом U(r)~K0(r/l ), где K0 - функция Макдональда, l - глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник. Наилучшее соответствие достигается при выборе l =(39.1± 0.7)нм, что неплохо согласуется с табличным значением l =(45± 1)нм при T=4.5K. К числу не совсем понятных особенностей экспериментальной функции U(r) следует отнести небольшой минимум U при r=0.7мкм. Авторы [3] полагают, что он обусловлен систематическими ошибками, которые могут быть существенно уменьшены путем увеличения времени наблюдения за движущимися вихрями.
Основной целью статьи [3], как отмечают ее авторы, была верификация новой методики на хорошо изученном материале (ниобии). Дееспособность этой методики подтверждена, что делает ее перспективной для исследования свойств других, пока еще недостаточно хорошо изученных сверхпроводников, в том числе слоистых ВТСП. Например, представляется исключительно интересным проверить теоретическое предположение [4,5] о ван-дер-ваальсовском характере взаимодействия вихрей в NbSe2 и Bi2Sr2CaCu2O8.
K. Harada et al., Science 274 (1996) 1167
T. Matsuda et al., Science 271 (1996) 1393
C.-H. Sow et al., Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 2693
G. Blatter and V. Geshkenbein, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 4958
S. Mukherji and T. Nattermann, Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 139
Ферми-поверхность Sr2RuO4: эффект
де Гааз-ван Альфена против фотоэмиссии с угловым разрешением
Открытое недавно соединение Sr2RuO4 замечательно тем,
что является пока единственным примером слоистого перовскита, не содержащего
меди, в котором обнаружена сверхпроводимость. Это соединение относится к классу
т.н. “самодопированных” проводников благодаря низкому значению параметра U/W (U
- энергия кулоновского отталкивания на узле, W - ширина зоны), т.е. роль
электронных корреляций здесь не столь важна, как, например, в купратах.
Относительно небольшое значение температуры СП перехода (~1К) предопределило
успешное применение гальваномагнитных (ГМ) методов для исследования поверхности
Ферми в нормальном состоянии. Как известно, в купратах использовать эффект де
Гааз-ван Альфена напрямую не удается из-за высоких значений Тс и Нс2, а
эксперименты в смешанном состоянии существенно усложняют интерпретацию
экспериментальных данных. Использование гальваномагнитных методов
привлекательно по той причине, что в этом случае удается восстановить
поверхность Ферми во всей зоне Бриллюэна и провести сравнение с
соответствующими данными по фотоэмиссии. В отличие от принципиально
поверхностного метода фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС, глубина выхода
фотоэлектронов не превышает 10-20A, т.е. меньше размера элементарной ячейки
вдоль оси с), ГМ методы - существенно объемные. В связи с огромным количеством
информации о деталях ферми-поверхности купратов, полученной с помощью ФЭС с
угловым разрешением (ФЭСУР), и отсутствием альтернативных методов исследования
ферми-поверхности ВТСП, такое сравнение представляет несомненный интерес,
поскольку дает представление о надежности информации об объемной электронной
структуре вещества, полученной с помощью поверхностного метода исследования.
Сразу после открытия Sr2RuO4 [1] были проделаны расчеты зонной структуры [2-4] и восстановлена ферми-поверхность с помощью ФЭСУР [5,6]. При этом оказалось, что имеются серьезные расхождения между теорией и экспериментом, что казалось довольно странным, учитывая слабость корреляционных эффектов и, как следствие, гораздо большее доверие к зонным расчетам. Это противоречие так и “висело в воздухе” до обнаружения ГМ осцилляций в Sr2RuO4 [7,8] – надежного и проверенного способа исследования ферми-поверхности. Результаты ГМ экспериментов позволили идентифицировать все листы ферми-поверхности – два электронных кармана вокруг центра зоны (Г) и один дырочный карман вокруг границы зоны (Х). В то же время, согласно ФЭСУР, ферми-поверхность Sr2RuO4 состоит из одного электронного листа и двух дырочных. Результаты ГМ исследований снимают большое количество противоречий, порожденных ФЭС исследованиями. Ферми-поверхность, восстановленная из ГМ осцилляций, дает точное число электронов (4) на атом Ru; позволяет с точностью до деталей описать экспериментальную температурную зависимость эффекта Холла; очень хорошо совпадает с результатами зонных расчетов. Совершенно очевидно, что имеются серьезные проблемы с восстановлением электронной зонной структуры из ФЭС, по крайней мере для рутенатов. Эти проблемы могут быть связаны как с экстремальной поверхностной чувствительностью метода, так и с многочисленными предположениями, заложенными в анализ экспериментальных данных. ФЭСУР эксперименты дают весьма похожие результаты, касающиеся, например, “extended van Hove singularity” для купратов и рутенатов, поэтому описанные выше проблемы ФЭС могут быть серьезным “звонком” для тех, кто делает далеко идущие выводы, полагаясь исключительно на данные фотоэмиссии.
Y.Maeno et al. Nature 372 (1994) 532
A.P.Mackenzie et al. Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 3786
T.Oguchi Phys. Rev. B 51 (1995) 1385
D.J.Singh Phys. Rev. B 52 (1995) 1358
T.Yokoya et al. Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 3009
D.H.Lou et al. Phys. Rev.Lett. 76 (1996) 4845
A.P.Mackenzie et al. Phys.Rev.Lett. 78 (1997) 2271
A.P.Mackenzie et al J.of Phys.Soc.Jap. 67 (1998) 385
О возможности высокотемпературной
поверхностной сверхпроводимости в бериллии
Известно, что на поверхности (0001) бериллия плотность электронных
состояний на уровне Ферми N(EF) примерно в четыре раза больше, чем в
объеме [1,2]. Величина N(EF) является важной характеристикой,
определяющей многие электронные свойства. В частности, электрон-фононное
взаимодействие тем сильнее, чем больше N(EF): согласно простейшей
модели, безразмерная константа электрон-фононного взаимодействия l прямо
пропорциональна N(EF).
Исследования поверхности Be(0001), выполненные в Brandeis University и Brookhaven National Laboratory [3] методом фотоэмиссии с угловым разрешением, показали, что поверхностная величина l составляет 1.15 ± 0.1 - примерно в пять раз больше, чем значение l = 0.24 в объеме [4]. Поскольку критическая температура массивных образцов бериллия составляет Tc = 0.026К [5], то из классической формулы БКШ Tc ~ exp(-1/l ) следует, что на поверхности Be(0001) может реализоваться высокотемпературная сверхпроводимость с Tc » 70К. Конечно, на величину Tc (особенно в квазидвумерных системах) влияет и множество других факторов, поэтому действительность может не оправдать ожидания. Но ведь может и превзойти!
1. E.V.Chulkov et al., Surf. Sci.
188 (1987) 287.
2. P.J.Feibelman and R.Stumpf, Phys. Rev. B 50 (1994) 17480.
3. T.Balasubramanian et al., Phys. Rev. B 57 (1998) 6866.
4. G.Grimvall, The Electron-Phonon Interaction in Metals, 1981.
5. R.L.Falge, Jr., Phys. Lett. A 24 (1967) 579.
Наблюдение
псевдощели внутри коров магнитных вихрей в Bi2Sr2CaCu2O8+d
Говоря о природе сверхпроводимости ВТСП, с уверенностью можно утверждать
лишь то, что сверхпроводящее состояние ВТСП “построено” из состояний спаренных
электронов, а также что это состояние является сильно анизотропным
(по-видимому, симметрия сверхпроводящего состояния, по крайней мере, в
некоторых ВТСП, является d-волновой, хотя здесь остаются некоторые сомнения).
Механизм высокотемпературной сверхпроводимости все еще не выяснен.
Основным признаком “классических” БКШ-сверхпроводников является характер их возбужденного состояния: оно представляет собой квазичастицы, образующиеся при разрыве куперовских пар. Поэтому при нагревании выше критической температуры Tc пары исчезают одновременно с когерентным сверхпроводящим состоянием. Это происходит в силу того, что размер одной пары (длина когерентности x ) много больше среднего расстояния между парами. А длина когерентности, в свою очередь, велика по причине малости энергии связи электронов в каждой паре D , поскольку x ~ 1/D . В ВТСП величина D значительно (примерно на порядок) больше, чем в низкотемпературных сверхпроводниках, поэтому длина когерентности сравнима с расстоянием между электронными парами, или даже меньше его. Поэтому возникает вопрос: а не могут ли пары существовать не только ниже, но и выше Tc, либо в виде флуктуаций, либо как некоррелированные двухчастичные формирования? Экспериментальное наблюдение в ВТСП при T > Tc так называемой “псевдощели” конкретизирует этот вопрос: связано ли наличие псевдощели с “предсуществующими” парами, или же псевдощель имеет другую физическую природу?
Совершенно новый подход к исследованию псевдощели предложен в работе швейцарских (Univ. de Geneve) и японских (Univ. Tsukuba) физиков. Они изучали характеристики магнитных вихрей в монокристаллах Bi2Sr2CaCu2O8+d методом сканирующей туннельной спектроскопии (СТС) при T=4.2К. Как известно, СТС “видит” локальную плотность квазичастичных состояний, в силу чего, собственно, и становится возможным наблюдение изолированных магнитных вихрей (плотность состояний различна вне вихря, то есть в сверхпроводящей области, и в его сердцевине - коре, то есть в локально несверхпроводящей области).
Что же показал эксперимент? В сердцевинах вихрей не было обнаружено квазичастичных состояний, зато зарегистрирована “щелевая структура”, причем последняя изменялась пропорционально истинной сверхпроводящей щели (были изучены монокристаллы с различным содержанием кислорода, то есть с различными Tc). Более того, исследование температурной зависимости псевдощели при T > Tc и “низкотемпературной щели” в корах магнитных вихрей показало, что последняя - это и есть та самая псевдощель, локально сохранившаяся вплоть до гелиевых температур в областях нормальной фазы. Наиболее правдоподобное объяснение полученным результатам, по мнению авторов, - это наличие в нормальном состоянии ВТСП (как во всем образце при T > Tc, так и лишь внутри магнитных вихрей при T < Tc) некоррелированных электронных пар вместо привычных квазичастиц.
Ch. Renner et al., Phys. Rev. Lett. 1998,80, 3606
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
