Қатаң дене физикасында жартылай энергиялық тіреу (Жарымдық тіреу)
Pseudogap
Физика күйі: Ферми бетінде жартылай энергиялық тізілім. Псевдобос – бұл электрондық өзара әрекеттесуден туындайтын, энергия деңгейіндегі тізілім. Жоғары температуралы суперөткізгіштік.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Конденсацияланған материя физикасында Ферми бетінің ішінара энергиялық саңылауы бар күй
State at which a Fermi surface has a partial energy gap in condensed matter physics
Конденсацияланған материя физикасында псевдосаңылау – материалдың Ферми бетінде ішінара энергиялық саңылаудың болуын сипаттайтын күй, мысалы, Ферми бетінің белгілі бір нүктелерде ғана саңылаулары бар жолақты құрылым күйі. Псевдогап терминін 1968 жылы Невилл Мотт Ферми деңгейіндегі күйлердің тығыздығының минимумдауын көрсету үшін қолданды, N(EF), ол бір атомдағы электрондар арасындағы Кулон итеркілесуінен, ретсіз материалдағы жолақтық саңылаудан немесе олардың комбинациясынан туындайды. Қазіргі заманғы контексте псевдосаңылау – жоғары температуралық суперөткізгіштік саласындағы термин, ол энергия диапазонына (әдетте Ферми деңгейіне жақын) қатысты, оған өте аз күйлер сәйкес келеді. Бұл нақты "саңылауға" өте ұқсас, ол рұқсат етілген күйлерді қамтымайтын энергия диапазоны болып табылады. Мұндай саңылаулар, мысалы, электрондар тормен өзара әрекеттескенде ашылады. Псевдосаңылау құбылысы фазалық диаграмманың купраттық жоғары температуралық суперөткізгіштерге тән аймағында байқалады, ол суперөткізгіштікке өту температурасынан жоғары температурада жетілмеген үлгілерде кездеседі. Тек белгілі бір электрондар ғана осы саңылауды "көреді". Оқшаулану күйімен байланысты болуы тиіс бұл саңылау тек мыс-оттегі байланыстарына параллель қозғалатын электрондар үшін ғана бар. Осы байланысқа 45° бұрышпен қозғалатын электрондар кристалда еркін қозғала алады. Сондықтан Ферми беті Бриллуэн аймағының бұрышында орналасқан қалталарды құрайтын Ферми доғаларынан тұрады. Псевдосаңылау фазасында температура төмендегенде бұл доғалар біртіндеп жоғалады, сонда Бриллуэн аймағының диагональдеріндегі төрт нүкте ғана саңылаусыз қалады. Бір жағынан, бұл қол жетімді күйлерді жұтатын және жұптасуға және суперөткізгіштікке айналуға тек бірнешеуін қалдыратын мүлдем жаңа электрондық фазаны білдіруі мүмкін. Екінші жағынан, осы ішінара саңылау мен суперөткізгіштік күйдегі ұқсастық псевдосаңылаудың алдын ала құрылған Купер жұптарынан пайда болатынын көрсетеді. Соңғы уақытта псевдосаңылау күйі TiN, NbN немесе ұсақ түйіршікті алюминий сияқты күшті бұзылған дәстүрлі суперөткізгіштерде де хабарланды.
In condensed matter physics, a pseudogap describes a state where the Fermi surface of a material possesses a partial energy gap, for example, a band structure state where the Fermi surface is gapped only at certain points. The term pseudogap was coined by Nevill Mott in 1968 to indicate a minimum in the density of states at the Fermi level, N(EF), resulting from Coulomb repulsion between electrons in the same atom, a band gap in a disordered material or a combination of these. In the modern context pseudogap is a term from the field of high temperature superconductivity which refers to an energy range (normally near the Fermi level) which has very few states associated with it. This is very similar to a true 'gap', which is an energy range that contains no allowed states. Such gaps open up, for example, when electrons interact with the lattice. The pseudogap phenomenon is observed in a region of the phase diagram generic to cuprate high temperature superconductors, existing in underdoped specimens at temperatures above the superconducting transition temperature. Only certain electrons 'see' this gap. The gap, which should be associated with an insulating state, only exists for electrons traveling parallel to the copper oxygen bonds. Electrons traveling at 45° to this bond can move freely throughout the crystal. The Fermi surface therefore consists of Fermi arcs forming pockets centered on the corner of the Brillouin zone. In the pseudogap phase these arcs gradually disappear as the temperature is lowered until only four points on the diagonals of the Brillouin zone remain ungapped. On one hand, this could indicate a completely new electronic phase which consumes available states, leaving only a few to pair up and superconduct. On the other hand, the similarity between this partial gap and that in the superconducting state could indicate that the pseudogap results from preformed Cooper pairs. Recently a pseudogap state has also been reported in strongly disordered conventional superconductors such as TiN, NbN, or granular aluminum.
Эксперименттік дәлелдер
Псевдоауақты бірнеше түрлі эксперименттік әдістермен байқауға болады. Алғашқы байқаулардың бірі H. Alloul және авторлар тобының YBa2Cu3O6+x материалының ЯМР (ядролық магниттік резонанс) өлшеулерінде, сондай-ақ Loram және авторлар тобының қалыпты жылу сыйымдылығы өлшеулерінде тіркелді. Псевдоауақ ARPES (бұрыш бойынша шешілген фотоэмиссиялық спектроскопия) және STM (сканерлік туннельдік микроскопия) деректерінде де көрінеді, олар материалдағы электрондардың күй тығыздығын өлшеуге мүмкіндік береді.
A pseudogap can be seen with several different experimental methods. One of the first observations was in NMR measurements of YBa2Cu3O6+x by H. Alloul et al. and by specific heat measurements by Loram et al. The pseudogap is also apparent in ARPES (Angle Resolved Photoemission Spectroscopy) and STM (Scanning tunneling microscope) data, which can measure the density of states of the electrons in a material.
Механизм
Псевдоауыздың шығу тегі даулы және әлі күнге дейін конденсирленген заттар қауымдастығында талқыланып келеді. Екі негізгі түсінік қалыптасты:
The origin of the pseudogap is controversial and still subject to debate in the condensed matter community. Two main interpretations are emerging:
1. Алдын ала қалыптасқан жұптар сценарийі
Бұл сценарийде электрондар суперөткізгіштік пайда болатын Tс критикалық температурасынан әлдеқайда жоғары T* температурасында жұптар құрайды. T* шамамен 300 K мәндері аз дозаланған купраттарда өлшенді, онда Tс шамамен 80 K-қа тең.
1. The scenario of preformed pairs
In this scenario, electrons form pairs at a temperature T* that can be much larger than the critical temperature Tc where superconductivity appears. Values of T* of the order of 300 K have been measured in underdoped cuprates where Tc is about 80 K.
T* температурасында суперөткізгіштік пайда болмайды, себебі жұптасу өрісінің үлкен фазалық флуктуациялары осы температурада реттелмейді. Псевдоауыз содан кейін жұптасу өрісінің когерентсіз флуктуацияларынан пайда болады. Псевдоауыз – жергілікті, динамикалық жұптасу корреляцияларының нәтижесінде пайда болатын суперөткізгіштік аралығының қалыпты күйдегі белгісі. Бұл көзқарасқа тартымды жұптасу моделінің нақты жылу эксперименттеріне сандық тәсілі қолдау көрсетеді. 2. Суперөткізгіштікке қатысы жоқ псевдоауыз сценарийі
Бұл сценарийлер класында электрондық жолақтардың қалыптасуы, антиферромагниттік реттелу, немесе суперөткізгіштікпен бәсекелесетін басқа экзотикалық рет параметрлері сияқты көптеген әртүрлі мүмкін шығу тегі ұсынылған.
The superconductivity does not appear at T* because large phase fluctuations of the pairing field cannot order at this temperature. The pseudogap is then produced by incoherent fluctuations of the pairing field. The pseudogap is a normal state precursor of the superconducting gap due to local, dynamic pairing correlations. This point of view is supported by a quantitative approach of the attractive pairing model to specific heat experiments. 2. The scenario of a non superconductivity related pseudogap
In this class of scenarios, many different possible origins have been put forward, such as the formation of electronic stripes, antiferromagnetic ordering, or other exotic order parameters competing with superconductivity.