Теорія термодинамічних і кінетичних властивостей просторово-неоднорідного надпровідника з розподілом відповідних вихідних параметрів між доменами. Вплив непружного розсіяння носіїв струму у надпровідниках на їх властивості в залежності від температури.
Аннотация к работе
По-друге, надпровідність - це колективне явище, що виникає внаслідок спарювання не будь-яких електронів (дірок), а лише тих, яким притаманні певні кореляції між імпульсами та спінами. Як приклад, можна навести надпровідник MGB2 з , відкритий у 2001 році, набагато пізніше за високотемпературну надпровідність. Тому, коли бум навколо MGB2 почав вщухати, загальна думка наукового співтовариства схилилася до двощілинної моделі цього надпровідника, сподіваючись, що відхилення від експериментальних залежностей можна буде описати, вводячи деякі уточнення. Дисертаційна робота виконувалась в Інституті фізики НАН України в рамках ряду бюджетних тем та кількох вітчизняних і міжнародних проектів, де автор був відповідальним виконавцем: «Исследование физических свойств высокотемпературных сверхпроводников, термообработанных в потоках-квантов» (номер держреєстрації 01910008611, 1991-1993), «Синтез і дослідження високотемпературних надпровідників з критичною температурою вищою за 150 » (номер держреєстрації 0194U024076, 1994-1996), «Дослідження тунельних явищ в надпровідних і нормальних мезоскопічних системах» (номер держреєстрації 0197U009166, 1997-1999), «Неоднорідні надпровідні системи та електронні процеси на межах розділу середовищ» (номер держреєстрації 0100U000280, 2000-2002), «Термодинамічні та кінетичні властивості надпровідних систем з мезоскопічними неоднорідностями» (номер держреєстрації 0103U005102, 2003-2005), «Дослідження термодинамічних і кінетичних властивостей неоднорідних нормальних та надпровідних матеріалів з хвилями зарядової густини або локалізацією носіїв струму» (номер держреєстрації 0106U002453, 2006-2010), проекту Державного фонду фундаментальних досліджень N 2.4/100 «Дослідження тунельних характеристик провідників з урахуванням колективних процесів в електронній підсистемі», проекту INTAS «Кінетичні властивості мезоскопічних систем» (грант INTAS-94-3862), англійсько-польсько-українського гранту НАТО по співробітництву «Неоднорідності в оксидних та боридних надпровідниках» (PST.CLG.-079446), польсько-українського дослідницького проекту «Багаточастинкові ефекти в надпровідниках та мякій матерії» (2009-2011). дослідити вплив непружного розсіяння носіїв струму у надпровідниках на їх властивості; побудувати теорію, в якій параметри розсіяння залежать від температури; порівняти результати, які отримуються в простому (без самоузгодження) і самоузгодженому варіантах цієї теорії;В розділі 1 зроблено короткий огляд тих проблем сучасної фізики надпровідників, що мають безпосередній стосунок до теми дисертаційної роботи. Зокрема, розглянуто сучасний стан справ проблеми симетрії спарювання у надпровідниках та шлях її розвязання на основі аналізу низькотемпературних асимптотик їх властивостей. Просторово-неоднорідний надпровідник моделюється мезоскопічною доменною структурою, кожна область якої має наступні властивості: 1) при цій області відповідає певне значення надпровідного параметра порядку ; 2) у інтервалі до відповідної критичної температури , де стала Ейлера, домен поводиться як звичайний БКШ-надпровідник; тобто, температурна залежність надпровідного параметра порядку є функцією Мюльшлегеля: ; величина ; 3) при домен знаходиться у нормальному стані, і . Показник степені - параметр теорії, але він може бути розрахований теоретично, або його можна визначити з експериментів із розсіяння електронів на різних бозе-частинках, коли надпровідник знаходиться у нормальному стані (наприклад, при розсіянні на теплових фононах у звичайних металах). В підрозділах 3.4-3.7 теорія застосовується для визначення «класичного» набору властивостей надпровідника [7]: критичного струму Джозефсона, швидкості спін-ядерної релаксації, коефіцієнту затухання ультразвуку та теплопровідності електронної підсистеми, відповідно.Показано, що ансамбль-хвильових доменів, що характеризується широким розподілом надпровідного параметра порядку, може імітувати низькотемпературну поведінку, характерну для інших типів спарювання, зокрема,-хвильового.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертаційній роботі розглянуто вплив просторово неоднорідної електронної структури надпровідників на їх експериментальні характеристики. Узагальнюючи отримані результати, серед найважливіших відзначимо наступні: - Розроблена феноменологічна теорія низькотемпературних асимптотик термодинамічних характеристик для просторово неоднорідних надпровідників з ізотропним -хвильовим спарюванням. Показано, що ансамбль -хвильових доменів, що характеризується широким розподілом надпровідного параметра порядку, може імітувати низькотемпературну поведінку, характерну для інших типів спарювання, зокрема, -хвильового. Отримані відповідні аналітичні вирази.
- На основі моделі просторово-неоднорідного надпровідника розроблена теорія температурної залежності питомої теплоємності надпровідної сполуки MGB2 в усьому інтервалі надпровідності. Продемонстрована адекватність цієї моделі не тільки в граничних випадках і , але й при проміжних температурах. Шляхом підгонки оцінена функція розподілу надпровідних доменів по надпровідному параметру порядку. На основі отриманих результатів висунута гіпотеза про перколяційний характер провідності в MGB2.
- Побудована теорія впливу залежного від температури непружного розсіяння носіїв струму в надпровідниках на властивості останніх та проаналізовані різні моделі такої залежності. Показано, що в самоузгодженій моделі, результати якої найкраще узгоджуються з експериментальними, надпровідний перехід стає фазовим переходом першого роду.
- Побудована самоузгоджена теорія однорідних ХЗГ -хвильових надпровідників з частковою діелектризацією їх поверхні Фермі. Визначена область співіснування надпровідності й ХЗГ та температурні залежності параметрів порядку й енергетичних щілин. Як приклад застосування теорії розраховані питома теплоємність та парамагнітна границя.
- Розроблена теорія тунелювання через переходи, що включають однорідні ХЗГ надпровідники. Визначено критичний стаціонарний струм та особливості ВАХ усіх складових нестаціонарного струму. Показано, що в таких переходах можливі макроскопічні прояви порушення симетрії, яке повязане з нерівністю фаз діелектричних параметрів порядку в електродах.
- Побудована теорія спін-залежного тунелювання в зовнішньому магнітному полі через переходи з однорідними ХЗГ надпровідниками. Показано, що сценарій парамагнітного розщеплення піків відрізняється від того, який притаманний звичайним надпровідникам. Визначені параметри особливостей ВАХ. Результати можуть бути корисними при створенні приладів спінтроніки.
- Розроблена теорія ВАХ тунельних переходів з неоднорідними ХЗГ надпровідниками в якості електродів. Продемонстровано, що саме просторова неоднорідність ХЗГ є причиною виникнення структури горбок-ямка в низькотемпературних ( ) і псевдощілинної особливості у високотемпературних ( ) ВАХ. Поряд з іншими, отримані результати дозволяють зробити висновок, що високотемпературні оксиди є ХЗГ надпровідниками. Водночас, ці ж результати свідчать про необхідність включати до розгляду інші типи надпровідного спарювання, відмінні від -хвильового.
Результати дисертації свідчать, що можлива неоднорідність обєктів повинна братися до уваги при побудові відповідних теоретичних моделей. Особливо потрібно наголосити, що завдяки врахуванню єдиного спільного чинника, а саме, неоднорідності локальних властивостей електронної підсистеми, вдалося пояснити експериментальних -залежностей для низки термодинамічних та кінетичних властивостей, котрі притаманні різним класам надпровідників.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ТА СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Влияние диэлектризации электронного спектра на критический ток джозефсоновской среды BAPB Bi O / А. И. Войтенко, А. М. Габович, Д. П. Моисеев. // ФНТ. - 1990. -. 16, 3. - 283-286.
2. Josephson tunneling critical current between superconductors with charge- or spin-density waves / A. M. Gabovich, D. P. Moiseev, A. S. Shpigel, A. I. Voitenko // Phys. Status Solidi B. - 1990. - Vol. 161, no. 1. - P. 293-302.
3. Войтенко, А. И. Джозефсоновский ток между частично-диэлектризованными сверхпроводниками с волнами спиновой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович, А. С. Шпигель // ФНТ. - 1992. -. 18, 2. - 108-114.
4. Войтенко, А. И. Влияние неупругого рассеяния квазичастиц на джозефсоновский туннельный ток / А. И. Войтенко, А. М. Габович, А. С. Шпигель // Сверхпроводимость. - 1992. -. 5, 12. - 2187-2192.
5. Войтенко, А. И. Влияние неупругого рассеяния квазичастиц на сверхпроводящий параметр порядка и туннельный джозефсоновский ток / А. И. Войтенко, А. М. Габович, А. С. Шпигель // ФНТ. - 1993. -. 19, 7. - 755-763.
6. Gabovich, A. M. Temperature-dependent inelastic electron scattering and superconducting state properties / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Lett. A. - 1994. - Vol. 190, no. 2. - P. 191-195.
7. Войтенко, А. И. Кинетические свойства сверхпроводников с сильным неупругим рассеянием квазичастиц / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФНТ. - 1994. -. 20, 8. - 799-809.
8. Войтенко, А. И. О температурной зависимости скорости ядерной спин-решеточной релаксации в сверхпроводящих оксидах / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 1994. -. 36, 9. - 2508-2511.
9. Gabovich, A. M. Tunneling spectroscopy of normal metals with charge-density or spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. - 1995. - Vol. 52, no. 10. - P. 7437-7447.
10. Gabovich, A. M. Tunnel characteristics of partially-gapped non-superconducting metals with charge- or spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Lett. A. - 1996. - Vol. 223, no. 3. - P. 221-226.
11. Gabovich, A. M. Influence of inelastic quasiparticle scattering on thermodynamic and transport properties of high- oxides / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Physica C. - 1996. - Vol. 258, no. 3-4. - P. 236-252.
12. Войтенко, А. И. Туннельная проводимость частично-диэлектризованных металлов с волнами зарядовой или спиновой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 1996. -. 38, 4. - 1107-1112.
13. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson effect for superconductors with charge-density waves: NBSE / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Europhys. Lett. - 1997. - Vol. 38, no. 5. - P. 371-376.
14. Войтенко, А. И. Джозефсоновский и одночастичный токи между частично-диэлектризованными сверхпроводниками с волнами зарядовой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 1997. -. 39, 6. - 991-999.
15. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson effect for superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. - 1997. - Vol. 55, no. 2. - P. 1081-1099.
16. Gabovich, A. M. Josephson tunnelling involving superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // J. Phys.: Condens. Matter. - 1997. - Vol. 9, no. 19. - P. 3901-3920.
17. Gabovich, A. M. Asymmetrical tunneling between similar metallic junctions with charge-density or spin-density waves: the case of broken symmetry / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. - 1997. - Vol. 56, no. 13. - P. 7785-7788.
18. Gabovich, A. M. Coexistence of supercondictivity with charge- or spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Symmetry and Pairing in Superconductors / Ed. by M. Ausloos, S. Kruchinin. - Dordrecht: Kluwer Academic, 1999. - P. 187-198.
19. Gabovich, A. M. Superconductivity against dielectrization: evidence for competition and coexistence / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // УФЖ. - 1999. -. 44, 1/2. - 223-229.
20. Gabovich, A. M. Power-law low-temperature asymptotics for spatially nonhomogeneous s-wave superconductors / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. - 1999. -. 25, 7. - 677-684.
21. Войтенко, А. И. Джозефсоновский и квазичастичный токи в туннельных переходах между частично-диэлектризованными сверхпроводниками с волнами спиновой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 1999. -. 41, 10. - 1743-1749.
22. Gabovich, A. M. Influence of the order parameter nonhomogeneities on low-temperature properties of superconductors / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. - 1999. - Vol. 60, no. 10. - P. 7465-7472.
23. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson effect for superconductors with spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. - 1999. - Vol. 60, no. 21. - P. 14897-14906.
24. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson tunneling involving superconductors with spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Physica C. - 2000. - Vol. 329, no. 3. - P. 198-230.
25. Gabovich, A. M. Superconductors with charge- and spin-density waves: theory and experiment (Review) / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. - 2000. -. 26, 5. - 419-452.
26. Charge- and spin-density-wave superconductors / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, J. F. Annett, M. Ausloos // Supercond. Sci. Technol. - 2001. - Vol. 14, no. 4. - P. R1-R27.
27. Charge- and spin-density-wave superconductors: Pseudogap puzzle in the cuprates / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, J. F. Annett, M. Ausloos // New Trends in Superconductivity / Ed. by J. F. Annett, S. Kruchinin. - Dordrecht: Kluwer Academic, 2002. - P. 61-70.
28. Electronic thermal conductivity of partially-gapped CDW superconductors / M. Ausloos, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, M. Pekala // New Trends in Superconductivity / Ed. by J. F. Annett, S. Kruchinin. - Dordrecht: Kluwer Academic, 2002. - P. 105-114.
29. Gabovich, A. M. Charge-density waves and spin-density waves in existing superconductors: competition between Cooper pairing and Peierls or excitonic instabilities / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, M. Ausloos // Phys. Rep. - 2002. - Vol. 367, no. 6. - P. 583-709.
30. Heat capacity of mesoscopically disordered superconductors: implications to MGB / A. M. Gabovich, Mai Suan Li, H. Szymczak, A. I. Voitenko // ФНТ. - 2002. -. 28, 11. - 1126-1137.
31. Heat capacity of mesoscopically disordered superconductors with emphasis on MGB / A. M. Gabovich, M. S. Li, M. Pkala et al. // J. Phys.: Condens. Matter. - 2002. - Vol. 14, no. 41. - P. 9621-9629.
32. Thermodynamics of superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, M. S. Li, H. Szymczak, A. I. Voitenko // J. Phys.: Condens. Matter. - 2003. - Vol. 15, no. 17. - P. 2745-2753.
33. Gabovich, A. M. New method of the spin-polarization detection in tunnel junctions ferromagnet - insulator - charge density wave metal / A. M. Gabovich, M. S. Li, A. I. Voitenko // Письма в ЖЭТФ. - 2004. -. 80, 1. - 55-59.
34. Heat capacity of mesoscopically inhomogeneous superconductors: Theory and applications to MGB / A. M. Gabovich, M. S. Li, M. Pkala et al. // Physica C. - 2004. - Vol. 405, no. 3-4. - P. 187-211.
35. Gabovich, A. M. Tunnel currents in charge-density-wave metal-insulator-charge-density-wave metal structures: Magnetic field-induced spin-splitting of the conductance peaks / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, T. Ekino // J. Phys. Soc. Jpn. - 2004. - Vol. 73, no. 7. - P. 1931-1937.
36. Gabovich, A. M. Enhanced paramagnetic limit of the upper critical magnetic field for superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, T. Ekino // J. Phys.: Condens. Matter. - 2004. - Vol. 16, no. 21. - P. 3681-3690.
37. Ekino, T. Paramagnetic effect of the magnetic field on superconductors with charge-density waves / T. Ekino, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. - 2005. -. 31, 1. - 55-62.
38. Ekino, T. Spin-polarized electron tunneling between charge-density-wave metals / T. Ekino, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. - 2005. -. 31, 1. - 77-93.
39. Paramagnetic spin splitting of the conductances for tunnel junctions between partially gapped metals with charge density waves and normal metals or ferromagnets / A. M. Gabovich, M. S. Li, M. Pkala et al. // J. Phys.: Condens. Matter. - 2005. - Vol. 17, no. 12. - P. 1907-1922.
40. Войтенко, А. И. Зависящее от спина туннелирование в магнитном поле для переходов, содержащих металлы с волнами зарядовой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 2006. -. 48, 12. - 2119-2127.
41. Spin-dependent tunnel currents in junctions involving charge-density-wave metals / T. Ekino, A. M. Gabovich, M. S. Li et al. // Jpn. J. Appl. Phys. - 2006. - Vol. 45, no. 3B. - P. 2242-2245.
42. Войтенко, А. И. Влияние волн зарядовой плотности на туннельные спектры сверхпроводника Bi Sr CACU O / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 2007. -. 49, 8. - 1356-1362.
43. Gabovich, A. M. Charge-density-wave origin of the dip-hump structure in tunnel spectra of the BSCCO superconductor / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. - 2007. - Vol. 75, no. 6. - P. 064516.
44. Analysis of the pseudogap-related structure in tunneling spectra of superconducting Bi Sr CACU O revealed by the break-junction technique / T. Ekino, A. M. Gabovich, M. S. Li et al. // Phys. Rev. B. - 2007. - Vol. 76, no. 18. - P. 180503.
45. Ekino, T. Analysis of the pseudogap-related structure in tunnel spectra of the superconducting Bi Sr CACU O revealed by break-junction technique / T. Ekino, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. - 2008. -. 34, 6. - 515-519.
46. Temperature-dependent pseudogap-like features in tunnel spectra of high- cuprates as a manifestation of charge-density waves / T. Ekino, A. M. Gabovich, M. S. Li et al. // J. Phys.: Condens. Matter. - 2008. - Vol. 20, no. 42. - P. 425218.
47. Войтенко, А. И. Волны зарядовой плотности в частично-диэлектризованных сверхпроводниках с d-спариванием / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. - 2010. -. 52, 1. - 20-27.
48. Competition of superconductivity and charge density waves in cuprates: Recent evidence and interpretation / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, T. Ekino et al. // Adv. Condens. Matter Phys. - 2010. - Vol. 2010. - P. Article ID 681070.
1. Specific heat of Mg B / R. A. Fisher, G. Li, J. C. Lashley et al. // Physica C. - 2003. - Vol. 385, no. 1-2. - P. 180-191.
2. Unusual effects of anisotropy on the specific heat of ceramic and single crystal MGB / F. Bouquet, Y. Wang, I. Sheikin et al. // Physica C. - 2003. - Vol. 385, no. 1-2. - P. 192-204.
3. Абрикосов, A. A. К теории сверхпроводящих сплавов с магнитными примесями / A. A. Абрикосов, Л. П. Горьков // ЖЭТФ. - 1960. -. 39, 6. - 1781-1796.
4. Light-scattering study of the superconducting energy gap in YBA Cu O single crystals / R. Hackl, P. Mu ller, D. Einzel, W. Gla ser // Physica C. - 1989. - Vol. 162-164. - P. 1241-1242.
5. Temperature dependence of electronic Raman-scattering spectra in superconducting Bi Sr CACU O single crystals / A. Yamanaka, H. Takato, F. Minami et al. // Phys. Rev. B. - 1992. - Vol. 46, no. 1. - P. 516-519.
6. Raman scattering from electronic excitations in high- copper-oxides / A. Yamanaka, H. Takato, K. Yamamoto et al. // J. Phys. Chem. Sol. - 1992. - Vol. 53, no. 12. - P. 1627-1634.
7. Абрикосов, A. A. Основы теории металлов / A. A. Абрикосов. - Москва: Наука, 1987. - 520.
8. Pseudogap precursor of the superconducting gap in under- and overdoped Bi Sr CACU O / Ch. Renner, B. Revaz, J.-Y. Genoud et al. // Phys. Rev. Lett. - 1998. - Vol. 80, no. 1. - P. 149-152.
9. Ekino, T. Features of the energy gap above in Bi Sr CACU O as seen by break-junction tunneling / T. Ekino, Y. Sezaki, H. Fujii // Phys. Rev. B. - 1999. - Vol. 60, no. 9. - P. 6916-6922.