Pseudoprzerwa

Diagram fazowy domieszkowanego nadprzewodnika miedzianowego przedstawiający fazę pseudoprzerwy

W fizyce materii skondensowanej pseudoprzerwa opisuje stan, w którym powierzchnia Fermiego materiału posiada częściową przerwę energetyczną , na przykład stan struktury pasmowej , w którym powierzchnia Fermiego jest przerwana tylko w określonych punktach. Termin pseudoprzerwa został ukuty przez Nevilla Motta w ₁₉₆₈ r. w celu wskazania minimum gęstości stanów na poziomie Fermiego , N ( EF ), wynikającego z odpychania kulombowskiego pomiędzy elektronami w tym samym atomie, a pasmo wzbronione w nieuporządkowanym materiale lub ich kombinacja. We współczesnym kontekście pseudoprzerwa jest terminem z dziedziny nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego , który odnosi się do zakresu energii (zwykle w pobliżu poziomu Fermiego ), z którym jest powiązanych bardzo niewiele stanów. Jest to bardzo podobne do prawdziwej „przerwy”, czyli zakresu energii zawierającego niedozwolone stany. Takie szczeliny otwierają się na przykład podczas interakcji elektronów z siecią. Zjawisko pseudoprzerwy obserwuje się w obszarze diagramu fazowego typowego dla wysokotemperaturowych nadprzewodników miedzianowych, występujących w niedodomieszkowanych próbkach w temperaturach powyżej temperatury przejścia w nadprzewodnictwo.

Tylko niektóre elektrony „widzą” tę przerwę. Szczelina, którą należy wiązać ze stanem izolacyjnym, istnieje tylko dla elektronów przemieszczających się równolegle do wiązań miedź-tlen. Elektrony przemieszczające się pod kątem 45° do tego wiązania mogą swobodnie poruszać się po krysztale. Powierzchnia Fermiego składa się zatem z łuków Fermiego tworzących kieszenie, których środek znajduje się w narożniku strefy Brillouina . W fazie pseudoprzerwy łuki te stopniowo zanikają wraz ze spadkiem temperatury, aż tylko cztery punkty na przekątnych strefy Brillouina pozostaną nieprzerwane.

Z jednej strony może to wskazywać na zupełnie nową fazę elektroniczną, która pochłania dostępne stany, pozostawiając tylko kilka do sparowania i nadprzewodnictwa. Z drugiej strony podobieństwo między tą częściową przerwą a tą w stanie nadprzewodzącym może wskazywać, że pseudoprzerwa wynika z wcześniej utworzonych par Coopera .

Ostatnio doniesiono również o stanie pseudoprzerwy w silnie nieuporządkowanych konwencjonalnych nadprzewodnikach, takich jak TiN , NbN lub granulowane aluminium.

Dowody eksperymentalne

Pseudoprzerwę można zaobserwować za pomocą kilku różnych metod eksperymentalnych. Jedną z pierwszych obserwacji były pomiary NMR YBa ₂ Cu ₃ O _{6+ x} przeprowadzone przez H. Alloula i in. oraz specyficzne pomiary ciepła przeprowadzone przez Lorama i in. Pseudoprzerwa jest również widoczna w danych ARPES (spektroskopia fotoemisyjna z rozdzielczością kątową) i STM ( skaningowy mikroskop tunelowy ), które umożliwiają pomiar gęstości stanów elektronów w materiale.

Mechanizm

Pochodzenie pseudoprzerwy jest kontrowersyjne i nadal przedmiotem dyskusji w środowisku materii skondensowanej. Wyłaniają się dwie główne interpretacje:

1. Scenariusz z wstępnie utworzonymi parami W tym _scenariuszu elektrony tworzą pary w temperaturze T* , która może być znacznie wyższa od temperatury krytycznej Tc , w której pojawia się nadprzewodnictwo. Wartości T* _rzędu 300 K zmierzono w słabo domieszkowanych miedzianach, gdzie Tc wynosi około 80 K. Nadprzewodnictwo nie pojawia się przy T* ponieważ w tej temperaturze nie można uporządkować dużych wahań fazowych pola parującego. Pseudoprzerwa jest następnie tworzona przez niespójne fluktuacje pola parowania. Pseudoprzerwa jest prekursorem stanu normalnego przerwy nadprzewodzącej ze względu na lokalne, dynamiczne korelacje parowania. Ten punkt widzenia jest wspierany przez ilościowe podejście atrakcyjnego modelu parowania do konkretnych eksperymentów cieplnych.

2. Scenariusz pseudoprzerwy niezwiązanej z nadprzewodnictwem W tej klasie scenariuszy zaproponowano wiele różnych możliwych przyczyn, takich jak tworzenie pasków elektronowych , uporządkowanie antyferromagnetyczne lub inne egzotyczne parametry porządku konkurujące z nadprzewodnictwem.

Linki zewnętrzne