Волна плотности пар ( PDW ) псевдощелевого и сверхпроводящего состояний купратов

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 YBa2Cu307

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

4. Аномальный диамагнетизм и гигантский эффект Нернста в состоянии сильной псевдощели Bi2Sr2-yLayCu2O6 , Tc=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 Z.A. Xu et al., Nature 406, 486 (2000)

5. 600 ГГц 20 40 60 80 100 Проявление сверхпроводящих свойств в состоянии сильной псевдощели Частотная зависимость сверхтекучей плотности Ns Аномальный диамагнетизм и гигантский эффект Нернста в состоянии сильной псевдощели T 100 ГГц T x

6. ky ky K K . 2 b 2 3 K/2 K/2 3 a 1 1 kx kx . 4 c 4 6 -K/2 d -K/2 5 6 5 Сверхпроводящееспариваниес большим импульсом (K-спаривание) Кинематическое ограничение. “Парный” контур Ферми

7. ky ky 2 3 K 1 K 4 3 k -k K -k k- k k- k+ 1 6 4 k+ 6 5 K-спаривание. Зеркальный нестинг + Кинематическое ограничение Диэлектрическое ограничение логарифмическая сингулярность в канале SCK-спаривания k-= K/2 - k Антинодальное направление kx kx Нодальное направление k+= K/2 + k Куперовское спаривание К = 0

8. 0 Спаривающее кулоновское отталкивание Связанное состояние: Квазистационарные состояния: 0 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. Superfluid density Effective number of carriers per planar Cu atom D.N. Basov, T. Timusk, 2005 optical conductivity wave number Chemical potential shift: G. Rietveld, N.Y. Chen, D. van der Marel, PRL 69, 2578 (1992) (instead of in the BCS theory) (“high energy problem”, A. Leggett, 2006)

12. E K-cпаривание Куперовское спаривание kF k Наведенный куперовский порядок Двухщелевой квазичастичный спектр Перераспределение спектрального веса между состояниями с “большой” и “малой” сверхпроводящими щелями

13. (в BCS ) Сверхтекучая плотность дважды упорядоченного состояния Сверхтекучая плотность Изотопический эффект • Подавление фононами рассеяния с малыми передачами импульса • Влияние куперовского канала Оптическая проводимость температура перехода Сдвиг химического потенциала Друдевское поведение внеконденсатных частиц при 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 глубина проникновения ? не сходятся вплоть до

14. Исследование электронной структуры в импульсном пространстве 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

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

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

17. Bogoliubov Quasi-particle (BQP) interference

18. Получение изображения электронной структуры ВТСП Bi2Sr2CaCu2O8+в реальном и импульсном пространствах: Y. Kohsaka et al., Nature454, 1072 (2008) • Псевдощелевое и сверхпроводящее состояния относятся к разным областям импульсного пространства • Понижение поворотной симметрии при переходе из сверхпроводящего в псевдощелевое состояние:C4C2 Когерентное сверхпроводящее состояние Шахматная C4пространственная структура сверхпроводящего состояния Некогерентные состояния сильной псевдощели Страйповая C2электронная структура сильной псевдощели в реальном пространстве

19. AnatomyofthecheckerboardinoptimallydopedBi-2201 W.D.Wise et al. , Nature Physics, V4, p.696, 2008. Charge-density-waveoriginofcuprateCheckerboardvisualizedbyscanningtunnellingmicroscopy.

20. Doping dependence of the checkerboard

21. Temperatureindependenceofthecheckerboard

22. How Cooper pairs vanish approaching the Mott insulator in Bi2Sr2CaCu2 O(8+d) Y.Kohsaka et al. Nature, v.454, 1072 (2008) Twoclassesofelectronicexcitationsincopperoxidesas p ->0

23. A Comparison between Real and Momentum Space PhotoemissionSpectroscopies (Phys. Rev. Lett. 96, 067005 (2006)) • ARPES; b) – f ) AC- ARPES

24. FT-STMintensity AC-ARPES

26. Local variations of the Bi-2201 checkerboard. W. D. Wise at al, Cond-mat/0811.1585

27. HgBa2Can-1CunO2n+2+ c n=1 n=2 n=3 n=4 Зависимость оптимальной температуры сверхпроводящего перехода от числа проводящих плоскостей в элементарной ячейке в гомологическом ряду купратных соединений Универсальность фазовой диаграммы купратов Неодинаковое допирование плоскостей в элементарной ячейке Dependence of the superconducting critical temperatureand copper valence on number of layers n Full line is the critical temperatureand dashedlineis valence. [A.L. Kuzemsky, I.G. Kuzemsraya, Physica C383, 140 (2002)]

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

29. Температура сверхпроводящего перехода 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, ЖЭТФ65, 1984 (!973)

30. диэлектрик металл SC Диэлектрическая модуляция электронного спектра гетероструктуры Сверхпроводимость двухслойной гетероструктуры диэлектрик-металлLa2CuO4 - La1.55Sr0.45CuO4при30K: I. Bosovic, Phys. Usp. 51, 170 (2008) T В диэлектрическом слое нет носителей, в металлическом не выполнено условие зеркального нестинга x V.V. Kapaev, Yu.V. Kopaev, V.I. Belyavsky. Insulating in-plane modulation induced superconductivity of heterostructures, Physics Letters A 372, p. 6687-6689, 2008.