Сверхпроводящее и псевдощелевое состояния пар отталкивающихся частиц с большим импульсом
Диссертация
Научная и практическая ценность. Научная ценность результатов, представленных в диссертации, определяется тем, что эти результаты являются вкладом в теорию сверхпроводимости, который позволяет с единой точки зрения непротиворечиво интерпретировать свойства высокотемпературных купратных сверхпроводников как в сверхпроводящем, так и в нормальном состояниях. Практическая ценность работы связана… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. ПРОБЛЕМА МЕХАНИЗМА СВЕРХПРОВОДИМОСТИ КУПРАТОВ
- 1. 1. Введение
- 1. 2. Фазовая диаграмма. Особенности электронных состояний
- 1. 3. Псевдощель
- 1. 4. Сильная и слабая псевдощели
- 1. 5. Симметрия сверхпроводящей щели
- 1. 6. Проблема микроскопического механизма сверхпроводимости купратов
- 1. 7. Проблема спаривающего взаимодействия
- 1. 8. Спаривание с большим импульсом
- 1. 9. Постановка задач исследования
- Глава 2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПОДСИСТЕМЫ КУПРАТОВ
- 2. 1. Одночастичные элементарные возбуждения
- 2. 2. Кинематика пар
- 2. 3. Двухчастичные элементарные возбуждения
- 2. 4. Относительное движение пары
- Глава 3. СВЯЗАННЫЕ И КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ СОСТОЯНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ПАРЫ И СИЛЬНАЯ ПСЕВДОЩЕЛЬ В КУПРАТАХ
- 3. 1. Связанное стационарное состояние пары отталкивающихся частиц с большим суммарным импульсом
- 3. 2. Квазистационарное состояние пары отталкивающихся частиц с большим суммарным импульсом
- 3. 3. Сильная псевдощель и квазистационарные состояния пар
- Глава 4. ПРИБЛИЖЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА НУЛЕВОГО РАДИУСА В ЗАДАЧЕ О СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ СПАРИВАНИИ ПРИ ОТТАЛКИВАНИИ
- 4. 1. Аппроксимация спаривающего взаимодействия потенциалом нулевого радиуса
- 4. 2. Решение уравнения самосогласования методом потенциала нулевого радиуса
- 4. 3. Конкуренция кулоновского отталкивания и электрон-фононного притяжения в методе потенциала нулевого радиуса
- 4. 4. Изотопический эффект в приближении потенциала нулевого радиуса
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- J.G. Bednorz, К.А. Muller. Possible high Tc superconductivity in the Ba — La — Си — О system. Z. Phys. В 64, 189−193 (1986).
- E. Daggoto. Correlated electrons in high-temperature superconductors. Rev. Mod. Phys. 66, N3, 763−840 (1994).
- Z.-X. Shen, W.E. Spicer, D.M. King, D.S. Dessau, B.O. Wells. Photoemission Studies of High-rc Superconducting Gap. Science 267, 343−350 (1995).
- J. Orenstein, A.J. Millis. Advances in the physics of high-temperature superconductivity. Science 288, 468−474 (2000).
- Е.Г. Максимов. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости. Современное состояние. УФН 170, N10, 1033−1061 (2000).
- E.W. Carlson, V.J. Emery, S.A. Kivelson, D. Orgad. Concepts High Temperature Superconductivity, in The Phusics of Conventional and Unconventional Superconductors, ed. by K.H. Bennemann and J.B. Ketterson (Springer-Verlag, 2002).
- M.R. Norman, C. Pepin. The Electronic Nature of High Temperature Cuprate Superconductors. Rep. Prog. Phys. 66, 1547−1622 (2003).
- В.И. Белявский, Ю. В. Копаев. Обобщающий взгляд на природу высокотемпературной сверхпроводимости (по материалам M2S HTSC — VII). УФН 174, N4, 457−465 (2004).
- Р.А. Lee, N. Nagaosa, X-G. Wen. Doping a Mott insulator: Physics of High Temperature Superconductivity. Rev.Mod.Phys. 76, 17−85 (2006).
- P.W. Anderson. The resonating valence bond state in La2Cu04 and superconductivity. Science 235, 1196−1198 (1987).
- C.M. Varma. Non Fermi-liquid states and pairing of a general model of copper-oxide metals. Phys. Rev. B, 55, N21, 14 554−14 580 (1997).
- W.E. Pickett, H. Krakauer, R.E. Cohen, D.J. Singh. Fermi surface, Fermi liquids, and high-temperature superconductors. Science 255, 46−54 (1992).
- J.C. Campuzano, M.R. Norman, M. Randeria. Photoemission in the High-Tc Superconductors, in Physics of Conventional and Unconventional Superconductors, К. H. Bennemann and J. B. Ketterson, eds. (Springer Verlag, 2002).
- A. Damascelli, Z. Hussain, Z.-X. Shen. Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors. Rev. Mod. Phys. 75, N2, 473−541 (2003).
- M.R. Norman, H. Ding, M. Randeria, J.C. Campuzano, T. Yokoya, T. Takeuchi, T. Takahashi, T. Mochiku, K. Kadowaki, P. Guptasarma, D.G. Hinks. Destruction of the Fermi surface in underdoped high-Tc superconductors. Nature 392, 157−160 (1998).
- H. Ding, T. Yokoya, J.C. Campuzano, T. Takahashi, M. Randeria, M.R. Norman, T. Mochiku, K. Kadowaki, J. Giapintzakis. Spectroscopic evidence for a pseudogap in the normal state of underdoped high-Tc superconductors. Nature 382, 51−54 (1996).
- A. G. Loeser, Z-X. Shen, D.S. Dessau, D.S. Marshall, C.H. Park, P. Fournier, A. Kapitulnik. Excitation Gap in the Normal State of Underdoped Bi2Sr2CaCu208+s. Science 273, 325−329 (1996).
- H. Ding, M.R. Norman, T. Yokoya, T. Takeuchi, M. Randeria, J.C. Campuzano, T. Takahashi, T. Mochiku, K. Kadowaki. Evolution of the Fermi Surface with Carrier Concentration in Bi2Sr2CaCu208+s. Phys. Rev. Lett. 78, N13, 2628−2631 (1997).
- W.W. Warren, Jr., R.E. Walstedt, G.F. Brennert, R.J. Cava, R. Tycko, R.F. Bell, G. Dabbagh. Си spin dynamics and superconducting precursor effects in planes above Tc in YBa2Cu306 7. Phys. Rev. Lett. 62, N10, 1193−1196 (1989).
- H. Alloul, T. Ohno, P. Mendels. 89 °F NMR evidence for a fermi-liquid behavior in YBa2Cu306+x. Phys. Rev. Lett. 63, N16, 1700−1703 (1989).
- V.J. Emery, S.A. Kivelson. Importance of fase fluctuations in superconductors with small superfluid density. Nature 374, 434−437 (1995).
- D.L. Feng, D.H. Lu, K.M. Shen, C. Kim, H. Eisaki, A. Damascelli, R. Yoshizaki, J.i. Shimoyama, K. Kishio, G. Gu, S. Oh, A. Andrus, J. O'Donnell, J.N. Eckstein, Z.
- X. Shen. Signature of superfluid density in the single-particle excitation spectrum of Bi2Sr2CaCu208+s. Science. 289, 277−281 (2000).
- S. Chakravarty, C. Nayak, S. Tewari. Angle-resolved photoemission spectra in the cuprates from the d-density wave theory, cond-mat/306 084 (1−4).
- Q. Si, Y. Zha, K. Levin, J.P. Lu. Comparison of spin dynamics in YBa2Cu307s and ' La2xSrxCuOA: Effects of Fermi-surface geometry. Phys. Rev. В 47, N14, 9055−90 761 993).
- R.B. Laughlin. Gossamer Superconductivity, cond-mat/209 269.
- G. Kotliar, J. Liu. Superexchange mechanism and d-wave superconductivity. Phys. Rev. В 38, N7, 5142−5145 (1988).
- P.A. Lee, X.G. Wen. Unusual Superconducting State of Underdoped Cuprates. Phys. Rev. Lett. 78, N21, 4111−4114 (1997).
- W.N. Hardy, D.A. Bonn, D.C. Morgan, R. Liang, K. Zhang. Precision measurements of the temperature dependence of lambda in YBa2Cu306 g5: Strong evidence for nodes in the gap function. Phys. Rev. Lett. 70, N25, 3999−4002 (1993).
- V. Ambegaokar, B.I. Halperin, D.R. Nelson, E.D. Siggia. Dynamics of superfluid films.
- Phys. Rev. В 21, N5, 1806−1826 (1980).
- A.J. Millis. High-temperature superconductivity: Research enters a new phase. Nature 398, 193 (1999).
- D.J. Van Harlingen. Phase-sensitive tests of the symmetry of the pairing state in the high-temperature superconductors Evidence for d 2, 2 symmetry. Rev. Mod. Phys. 67, N2,1. X у515.535 (1995).
- С.С. Tsuei, J.R. Kirtley. Pairing symmetry in cuprate superconductors. Rev. Mod. Phys. 72, N4, 969−1016 (2000).
- D.J. Scalapino, E. Loch (Jr), J.E. Hirsch. Fermi-surface instabilities and superconducting d-wave pairing. Phys. Rev. В 35, N13, 6694−6698 (1987).
- R.J. Kelley, J. Ma, C. Quitmann, G. Margaritondo, M. Onellion. Superconducting gap and order parameter in Bi2Sr2CaCu208+x. Phys. Rev. В 50, N1, 590−593 (1994).
- M. San Miguel. Phase Instabilities in the Laser Vector Complex Ginzburg-Landau Equation. Phys. Rev. Lett. 75, N3, 425−428 (1995).
- T.R. Devereaux, D. Einzel. Electronic Raman scattering in superconductors as a probe ofanisotropic electron pairing. Phys. Rev. В 51, N22, 16 336−16 357 (1995).
- C.C. Tsuei, J.R. Kirtley, M. Rupp, J.Z. Sun, A. Gupta, M.B. Ketchen, C.A. Wang, Z.F. Ren, J.H. Wang, M. Bhushan. Pairing Symmetry in Single-Layer Tetragonal Tl2Ba2CuO Superconductors. Science 271, 329−332 (1996).
- V.G. Kogan, J.R. Clem, J.R. Kirtley. Josephson vortices at tricrystal boundaries. Phys. Rev. В 61, N13, 9122−9129 (2000).
- J.R. Kirtley, C.C. Tsuei, K.A. Moler. Temperature Dependence of the Half-Integer Magnetic Flux Quantum. Science 285, 1373−1375 (1999).
- C.-T. Chen, P. Seneor, N.-C. Yeh, R.P. Vasquez, L.D. Bell, C.U. Jung, J.Y. Kim, M.-S. Park, H.-J. Kim, S.-I. Lee. Strongly Correlated s-Wave Superconductivity in the N-Type Infinite-Layer Cuprate. Phys. Rev. Lett. 88, N22, 227 002 (1−4) (2002).
- L. Alff, S. Meyer, S. Kleefisch, U. Schoop, A. Marx, H. Sato, M. Naito, R. Gross. Anomalous Low Temperature Behavior of Superconducting Ndi 85Ce015CuO4y. Phys. Rev. Lett. 83, N13, 2644−2647 (1999).
- A. Biswas, P. Fournier, M.M. Qazilbash, V.N. Smolyaninova, Hamza Balci, R.L. Greene. Evidence of a d- to s-Wave Pairing Symmetry Transition in the Electron-Doped Cuprate Superconductor Pr2-xCexCuOA. Phys. Rev. Lett. 88, N20, 207 004 (1−4) (2002).
- G. Zhao. Identification of the bulk pairing symmetry in high-temperature superconductors: Evidence for an extended s wave with eight line nodes. Phys. Rev. В 64, N2, 2 4503(1−10) (2001).
- B.H. Brandow. Arguments and evidence for a node-containing anisotropic s -wave gap form in the cuprate superconductors. Phys. Rev. В 65, N5, 5 4503(1−15) (2002).
- S. Sachdev. Quantum Criticality: Competing Ground States in Low Dimensions. Science 288, 475−480 (2000).
- M. Vojta, Y. Zhang, S. Sachdev. Competing orders and quantum criticality in doped antiferromagnets. Phys. Rev. В 62, N10, 6721−6744 (2000).
- S.-C. Zhang. A Unified Theory Based on SO (5) Symmetry of Superconductivity and
- Antiferromagnetism. Science 275, 1089−1096 (1997).
- S.-C. Zhang, J.-P. Ни, E. Arrigoni, W. Hanke, A. Auerbach. Projected SO (5) models. Phys. Rev. В 60, N18, 13 070−13 084 (1999).
- M. Randeria. Proceedings of the International School of Physics «Enrico Fermi», Course CXXXVI on High Temperature Superconductors, ed. G. Iadonisi, J.R. Schrieffer, M.L. Chiafalo (Amsterdam: IOS Press), p. 53 (1999) — cond-mat/9 710 223.
- P.W. Anderson, G. Baskaran, Z. Zou, T. Hsu. Resonating-valence-bond theory of phase transitions and superconductivity in La2Cu04 -based compounds. Phys. Rev. Lett. 58, N26, 2790−2793 (1987).
- P.W. Anderson, Z. Zou. «Normal» Tunneling and «Normal» Transport: Diagnostics for the Resonating-Valence-Bond State. Phys. Rev. Lett. 60, N2, 132−135 (1988).
- G. Kotliar. Resonating valence bonds and d-wave superconductivity. Phys. Rev. В 37, N7, 3664−3666 (1988).
- G. Baskaran, Z. Zou, P. W. Anderson. The resonating valence bond state and high Tc superconductivity a mean field theory. Solid State Comm. 63, 973−976 (1987).
- P.A. Lee, N. Nagaosa. Gauge theory of the normal state of high-Tc superconductors. Phys. Rev. В 46, N9, 5621−5639 (1992).
- P. A. Lee, X.-G. Wen. Unusual Superconducting State of Underdoped Cuprates. Phys. Rev. Lett. 78, N21, 4111−4114 (1997).
- P. A. Lee, N. Nagaosa, T-K. Ng, X. G. Wen. SU (2) formulation of the t-J model: Application to underdoped cuprates. Phys. Rev. В 57, N10, 6003−6021 (1998).
- D.A. Ivanov, P.A. Lee, X.-G. Wen. Staggered-vorticity correlations in a lightly doped t-J model: A variational approach. Phys. Rev. Lett. 84, N17, 3958−3961 (2000).
- J.B. Maxston, I. Affleck. Large-n limit of the Heisenberg-Hubbard model: Implications for high-Tc superconductors. Phys. Rev. В 39, N7, 3774−3777 (1988).
- L.N. Cooper. Bound Electron Pairs in a Degenerate Fermi Gas. Phys. Rev. 104, N4, 11 891 190 (1956).
- J. Bardeen, L.N. Cooper, J.R. Schrieffer. Microscopic Theory of Superconductivity. Phys. Rev. 106, N1, 162−164 (1957).
- J. Bardeen, L.N. Cooper, J.R. Schrieffer. Theory of Superconductivity. Phys. Rev. 108, N5, 1175−1204 (1957).
- К. Yang, S. L. Sondhi. Low-energy collective modes, Ginzburg-Landau theory, and pseudogap behavior in superconductors with long-range interactions. Phys. Rev. В 62, 11 778−11 792 (2000).
- B.Jl. Гинзбург, Л. Д. Ландау. К теории сверхпроводимости. ЖЭТФ 20, 1064−1071 (1950).
- W. Kohn, J.M. Luttinger. New mechanism for superconductivity. Phys. Rev. Lett. 15, N12, 524−526 (1965).
- E.M. Лифшиц, Л. П. Питаевский. Статистическая физика. Часть 2. М., «Наука», 1978, 448 с.
- F.C. Zhang, Т.М. Rice. Effective Hamiltonian for the superconducting Си oxides. Phys. Rev. В 37, N7, 3759−3761 (1988).
- S. Robaszkievicz, B.R. Bulka. Superconductivity in the Hubbard model with pair hopping. Phys. Rev. В 59, N1, 1−8 (1999).
- Ю.А. Изюмов. Спин-флуктуационный механизм высокотемпературной сверхпроводимости и симметрия параметра порядка. УФН 169, N3, 225−254 (1999).
- N. A. Babushkina, A. P. Zhernov, A. V. Inyushkin, V. I. Ozhogin, A. N. Taldenkov, L. V. Molchanova. Isotope shift in Tc of LSCO with 3d impurities. Physica С 235−240, Pt2, 845−846 (1994).
- D.G. Hinks, D.R. Richards, B. Dabrowski, D.T. Marx, A.W. Mitchell. The oxygen isotope effect in Ва0 625К0з75ВЮ3. Nature 335, 419 421 (1988) — Ph. B. Allen. Isotope shift controversies. Nature 335, 396 (1988).
- J.P. Carbotte. Properties of boson-exchange superconductors. Rev. Mod. Phys. 62, N4, 1027−1157 (1990).
- B. Batlogg, S.-W.Cheong, G.A. Thomas, S.L. Cooper, L.W. Rupp, Jr., D.H. Rapkine, A.S. Cooper. Oxigen isotope effect in Ndh85Ce015CuO4. Physica С 185−189, Pt.2, 1385−1386 (1991).
- В.И. Белявский, В. В. Капаев, Ю. В. Копаев. Кулоновское спаривание одноименнозаряженных частиц с отрицательной эффективной массой в высокотемпературных сверхпроводниках. ЖЭТФ 118, N4(10), 941−958 (2000).
- V.I. Belyavsky, Yu.V. Kopaev. «Pair» Fermi contour and repulsion-induced superconductivity. Phys. Rev. 67, N2, 2 4513(1−16) (2003).
- В.И. Белявский, Ю. В. Копаев. «Парный» контур Ферми и высокотемпературная сверхпроводимость. ЖЭТФ 121, N1, 175−190 (2002).
- V.I. Belyavsky, V.V. Kapaev, Yu.V. Kopaev. Mirror nesting and high-Tc superconductivity. Int. J. Modern Phys. 17, N18,19,&20, 3262−3264 (2003).
- В.И. Белявский, Ю. В. Копаев, B.M. Софронов, С. В. Шевцов. Зеркальный нестинг контура Ферми и линия нулей сверхпроводящего параметра порядка. ЖЭТФ 124, N11, 1149−1171 (2003).
- В.И. Белявский, В. В. Капаев, Ю. В. Копаев. Зеркальный нестинг: сверхпроводящее спаривание с большим импульсом. Письма в ЖЭТФ 76, N1, 51−56 (2002).
- Д. Пайнс, Ф. Нозьер. Теория квантовых жидкостей. М., Мир, 1967, 382с.
- А.Б. Васильева, Н. А. Тихонов. Интегральные уравнения. М., ФМ, 2002, 159с.
- Г. М. Фихтенгольц. Курс дифференциального и интегрального исчисления, т.2. М., ФМ, 1962, 807с.
- А.А. Абрикосов. Основы теории металлов. М., «Наука», 1987, 520с.
- Дж. Шриффер. Теория сверхпроводимости. М., «Наука», 1970, 311с.
- А.А. Абрикосов, Л. П. Горьков, И. Е. Дзялошинский. Методы квантовой теории поля в статистической физике. М., ГИФМЛ, 1962, 443с.
- V.J. Emery, S.A. Kivelson. Superconductivity in Bad Metals. Phys. Rev. Lett. 74, N16, 3253−3256 (1995).
- L.B. Ioffe, A.J. Millis. Superconductivity and the с Axis Spectral Weight of High-Tc Superconductors. Science 285, 1241−1244 (1999).
- M. Franz, Z. TeSanovid Algebraic Fermi Liquid from Phase Fluctuations: «Topological» Fermions, Vortex «Berryons» and QED3 Theory of Cuprate Superconductors. Phys. Rev. Lett. 87, N25, 25 7003(1−4) (2001).
- J.B. Marston, I. Affleck. Large-n limit of the Hubbard-Heisenberg model. Phys. Rev. В 39, N16, 11 538−11 558 (1989).
- H.F. Fong, P. Bourges, Y. Sidis, L.P. Regnault, J. Bossy, A. Ivanov, D.L. Milius, I.A.
- Aksay, В. Keimer. Spin susceptibility in underdoped YBa2CuzOQ+x. Phys. Rev. В 61, N21, 14 773−14 786 (2000).
- S. Chakravarty, R. B. Laughlin, D. K. Morr, C. Nayak. Hidden order in cuprates. Phys. Rev. В 63, N9, 9 4503(1−10) (2001).
- S. Chakravarty. Theory of the d density wave from a vertex model and its implications. Phys. Rev. В 66, N22, 22 4505(1−9) (2002).
- M. Franz, Z. TeSanovic, O. Vafek. QED3 theory of pairing pseudogap in cuprates: From d wave superconductor to antiferromagnet via ab algebraic Fermi liquid. Phys. Rev. В 66, N5, 5 4535(1−31) (2002).
- L. Balents, M.P.A. Fisher, C. Nayak. Dual order parameter for the nodal liquid. Phys. Rev. В 60, N3, 1654−1667 (1999).
- В.И. Белявский, Ю. В. Копаев, Ю. Н. Тогушова, С. В. Шевцов. Псевдощелевой режим как долгоживущие состояния некогерентных пар с большим импульсом. ЖЭТФ 126, N9, 672−687 (2004).
- V.I. Belyavsky, Yu.V. Kopaev, Yu.N. Togushova. Superconducting pairing from repulsion: contact potential approximation. Phys. Lett. A 338, Issue 1, 69−73 (2005).
- H. Suhl, B.T. Matthias, L.R. Walker. Bardeen-Cooper-Schrieffer Theory of Superconductivity in the Gas of Overlapping Bands. Phys. Rev. Lett. 3, N12, 552 554 (1959).
- V.I. Belyavsky, Yu.V. Kopaev, S.V. Shevtsov. Mirror Nesting of the Fermi Contour and Superconducting Pairing from the Repulsive Interaction. J. Superconductivity &: Novel Magnetism 17, 297−309 (2004).
- Y.C.Lee, W.N.Mei, K.C.Lin. A novel perturbative-variational approach and its application to the impurity states in anisotropic crystals. J.Phys. С 15, N14, L469-L477 (1982).
- H.H. Боголюбов, B.B. Толмачев, Д. В. Ширков. Новый метод в теории сверхпроводимости. АН СССР, 1958, 154с.
- V.I. Belyavsky, Yu.V. Kopaev, N.T. Nguyen, Yu.N. Togushova. Crossover from phononmediated to repulsion-induced superconducting pairing with large momentum. Phys. Lett. A 342, Issue 3, 267−271 (2005).
- A.A. Abrikosov. Theory of High-Tc Superconductivity Based on Experimental Evidence. Physica С 341−348, 97−102 (2000).
- J.P. Franck, D.D. Lawrie. The copper isotope effect in oxygen-deficient YBa2Cu207s J. Supercond. 8, 591−595 (1995).
- G.-m. Zhao, V. Kirtikar, K.K. Singh, A.P.B. Sinha, D.E. Morris, A.V. Inyushkin. Large copper isotope effect in oxygen depleted YBa2Cu3Oy: Importance of Си dominated phonon modes in the pairing mechanism. Phys. Rev. В 54, N21, 14 956−14 959 (1996).
- D.J. Pringle, G.V.M. Williams, J.L. Tallon. Effect of doping and impurities on the oxygen isotope effect in high-temperature superconducting cuprates. Phys. Rev. В 62, N18, 1 252 712 539 (2000).