Волна плотности пар (PDW) псевдощелевого и сверхпроводящего состояний купратов Ю.В. Копаев, ОФТТ 1. Фазовая диаграмма купратов 2. Сверхпроводящее спаривание. - презентация

1 Волна плотности пар (PDW) псевдощелевого и сверхпроводящего состояний купратов Ю.В. Копаев, ОФТТ 1. Фазовая диаграмма купратов 2. Сверхпроводящее спаривание с большим суммарным импульсом К. Зеркальный нестинг, кинематическое ограничение, осцилляции кулоновского потенциала. 3. Сосуществование куперовского и К-спариваний. 4. Топология сверхпроводящего параметра порядка. 5. FT-STM и AC-ARPES. 6. Интерференция боголюбовских квазичастиц (BQI). 7. Структуры страйпов (stripe) и шахматной доски (checkerboard). 8. Сверхпроводящие гетероструктуры.

2 Кристаллическая структура купратов и оксипниктидов YBa 2 Cu 3 0 7

3 AF SC sPG wPG FL T x Конкурирующие упорядоченные состояния: близость структуры и энергии основного состояния Фазовая диаграмма ВТСП купратов Нормальная ферми-жидкость (FL) Необычный сверхпроводник (SC) Спиновый антиферромагнетик (AF) Слабая псевдощель (wPG) Сильная псевдощель (sPG): (гигантский эффект Нернста, нелинейный эффект Мейсснера) Плохой (странный) металл (sM) sM SG Орбитальный антиферромагнетик (DDW - волна плотности тока заряда)

4 Аномальный диамагнетизм и гигантский эффект Нернста в состоянии сильной псевдощели Z.A. Xu et al., Nature 406, 486 (2000) Bi 2 Sr 2-y La y Cu 2 O 6, T c =28 K Сигнал Нернста наблюдается вплоть до 100 K Аномальный диамагнетизм выше температуры потери фазовой когерентности исчезает ниже температуры слабой псевдощели Сильная конкуренция между сверхпроводящим состоянием и состоянием сильной псевдощели

5 T 100 ГГц ГГц Частотная зависимость сверхтекучей плотности N s Аномальный диамагнетизм и гигантский эффект Нернста в состоянии сильной псевдощели Проявление сверхпроводящих свойств в состоянии сильной псевдощели T x

6 KK a b c d K/2 -K/2 K/2 kxkx kxkx kyky kyky.. Кинематическое ограничение. Парный контур Ферми Сверхпроводящее спаривание с большим импульсом (K-спаривание)

7 kxkx K kyky K k-k- k+k+ -k k K-спаривание. Зеркальный нестинг Кинематическое ограничение логарифмическая сингулярность в канале SC K-спаривания k + = K/2 + k k - = K/2 - k kxkx Диэлектрическое ограничение kyky K -k k+k+ k-k- k Куперовское спаривание К = 0 Нодальное направление Антинодальное направление

8 Спаривающее кулоновское отталкивание 0 Связанное состояние: 0 Квазистационарные состояния: Асимметрия ВАХ. Аналогия с теорией Гамова альфа-распада

9 Топология сверхпроводящего параметра порядка Существенная зависимость от импульса относительного движения пары

10 Топология сверхпроводящего параметра порядка

11 optical conductivity wave number D.N. Basov, T. Timusk, 2005 Effective number of carriers per planar Cu atom Chemical potential shift: (instead of in the BCS theory) (high energy problem, A. Leggett, 2006) Optical conductivity. Superfluid density G. Rietveld, N.Y. Chen, D. van der Marel, PRL 69, 2578 (1992)

12 Наведенный куперовский порядок K-cпаривание Куперовское спаривание E kkFkF Двухщелевой квазичастичный спектр Перераспределение спектрального веса между состояниями с большой ималой сверхпроводящими щелями

13 Изотопический эффект Оптическая проводимость Друдевское поведение внеконденсатных частиц при ? температура перехода глубина проникновения Сверхтекучая плотность дважды упорядоченного состояния Сверхтекучая плотность не сходятся вплоть до Сдвиг химического потенциала (в BCS ) Подавление фононами рассеяния с малыми передачами импульса Влияние куперовского канала

14 Angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES) Geometry of an ARPES experiment. The emission direction of the photoelectron is specified by the polar (θ) and azimuthal (φ) angles Исследование электронной структуры в импульсном пространстве

15 СТМ был изобретен в начале 1980-х годов Гердом Биннигом и Генрихом Рорером,Гердом БиннигомГенрихом Рорером которые в 1986 году за это изобретение получили Нобелевскую премию по физике.Нобелевскую премию по физике Исследование электронной структуры в реальном пространстве

16 Сравнение FT-STM и AC-ARPES локальная плотность электронных состояний (LDOS) Фурье преобразование STM (FT-STM) Автокорреляционный ARPES (AC-ARPES) комбинированная плотность электронных состояний (JDOS) - структурный фактор рассеивающего центра - описывает интерференцию квазичастиц - FT-STM

17 Bogoliubov Quasi-particle (BQP) interference

18 Получение изображения электронной структуры ВТСП Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ в реальном и импульсном пространствах: Y. Kohsaka et al., Nature 454, 1072 (2008) Псевдощелевое и сверхпроводящее состояния относятся к разным областям импульсного пространства Понижение поворотной симметрии при переходе из сверхпроводящего в псевдощелевое состояние: C 4 C 2 Когерентное сверхпроводящее состояние Некогерентные состояния сильной псевдощели Шахматная C 4 пространственная структура сверхпроводящего состояния Страйповая C 2 электронная структура сильной псевдощели в реальном пространстве

19 W.D.Wise et al., Nature Physics, V4, p.696, Charge-density-wave origin of cuprate Checkerboard visualized by scanning tunnelling microscopy. Anatomy of the checkerboard in optimally doped Bi-2201

20 Doping dependence of the checkerboard

21 Temperature independence of the checkerboard

22 Two classes of electronic excitations in copper oxides as p ->0 How Cooper pairs vanish approaching the Mott insulator in Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O (8+ ) Y.Kohsaka et al. Nature, v.454, 1072 (2008)

23 A Comparison between Real and Momentum Space Photoemission Spectroscopies ( Phys. Rev. Lett. 96, (2006) ) a)ARPES; b) – f ) AC- ARPES

24 FT-STM intensity AC-ARPES

25

26 Local variations of the Bi-2201 checkerboard. W. D. Wise at al, Cond-mat/

27 Зависимость оптимальной температуры сверхпроводящего перехода от числа проводящих плоскостей в элементарной ячейке в гомологическом ряду купратных соединений HgBa 2 Ca n-1 Cu n O 2n+2+ [ A.L. Kuzemsky, I.G. Kuzemsraya, Physica C383, 140 (2002) ] Универсальность фазовой диаграммы купратов n= 1 n= 2 n= 3 n= 4 c Неодинаковое допирование плоскостей в элементарной ячейке Dependence of the superconducting critical temperature and copper valence on number of layers n Full line is the critical temperature and dashed line is valence.

28 Фермиевские операторы Гамильтониан среднего поля Недиагональный сверхпроводящий порядок Внутрислоевое спаривание Межслоевое спаривание Диагональный диэлектрическй порядок Внутрислоевое спаривание Межслоевое спаривание Матричный элемент экранированного кулоновского взаимодействия Кулоновская связь плоскостей Рождение и уничтожение пар частиц в одном и том же (i=j) слое или разных (i j) слоях

29 Эффективная константа связи Диэлектрическое спаривание Подавляет сверхпроводимость из-за перераспределения спектрального веса между сверхпроводящим и диэлектрическим каналами Увеличивает эффективную константу связи в сверхпроводящем канале благодаря перенормировке спектра квазичастиц при диэлектризации плоскостей Двухзонная модель полуметалла: А.И. Русинов, До Чан Кат, Ю.В. Копаев, ЖЭТФ 65, 1984 (!973) Температура сверхпроводящего перехода

30 Диэлектрическая модуляция электронного спектра гетероструктуры диэлектрик металл Сверхпроводимость двухслойной гетероструктуры диэлектрик-металл La 2 CuO 4 - La 1.55 Sr 0.45 CuO 4 при 30K : I. Bosovic, Phys. Usp. 51, 170 (2008) В диэлектрическом слое нет носителей, в металлическом не выполнено условие зеркального нестинга SC T x V.V. Kapaev, Yu.V. Kopaev, V.I. Belyavsky. Insulating in-plane modulation induced superconductivity of heterostructures, Physics Letters A 372, p , 2008.