stringtranslate.com

Pseudobrecha

Diagrama de fases de un superconductor de cuprato dopado que muestra la fase pseudogap

En física de la materia condensada , un pseudogap describe un estado en el que la superficie de Fermi de un material posee una brecha de energía parcial , por ejemplo, un estado de estructura de banda en el que la superficie de Fermi tiene una brecha solo en ciertos puntos. [1]

El término pseudogap fue acuñado por Nevill Mott en 1968 para indicar un mínimo en la densidad de estados en el nivel de Fermi , N ( E F ), resultante de la repulsión de Coulomb entre electrones en el mismo átomo, un intervalo de banda en un material desordenado o una combinación de estos. [2]

En el contexto moderno, pseudogap es un término del campo de la superconductividad de alta temperatura que se refiere a un rango de energía (normalmente cerca del nivel de Fermi ) que tiene muy pocos estados asociados. Esto es muy similar a un "gap" verdadero, que es un rango de energía que no contiene estados permitidos. Tales brechas se abren, por ejemplo, cuando los electrones interactúan con la red. El fenómeno de pseudogap se observa en una región del diagrama de fase genérico para los superconductores de alta temperatura de cuprato, que existe en muestras subdopadas a temperaturas superiores a la temperatura de transición superconductora.

Sólo ciertos electrones "ven" este espacio. El espacio, que debería estar asociado con un estado aislante, sólo existe para los electrones que viajan en paralelo a los enlaces cobre-oxígeno. [3] Los electrones que viajan a 45° con respecto a este enlace pueden moverse libremente por todo el cristal. Por lo tanto, la superficie de Fermi consiste en arcos de Fermi que forman bolsillos centrados en la esquina de la zona de Brillouin . En la fase de pseudogap, estos arcos desaparecen gradualmente a medida que se reduce la temperatura hasta que sólo cuatro puntos en las diagonales de la zona de Brillouin permanecen sin espacio.

Por un lado, esto podría indicar una fase electrónica completamente nueva que consume los estados disponibles, dejando solo unos pocos para emparejarse y superconducir. Por otro lado, la similitud entre este gap parcial y el del estado superconductor podría indicar que el pseudogap resulta de pares de Cooper preformados .

Recientemente también se ha informado de un estado pseudogap en superconductores convencionales fuertemente desordenados como TiN , [4] NbN , [5] o aluminio granular. [6]

Evidencia experimental

Se puede observar un pseudogap con varios métodos experimentales diferentes. Una de las primeras observaciones fue en mediciones de RMN de YBa2Cu3O6 + x por H. Alloul et al. [7] y mediante mediciones de calor específico por Loram et al. [8]. El pseudogap también es evidente en datos ARPES (Angle Resolved Photoemission Spectroscopy) y STM ( Scanning tunneling microscopio ), que pueden medir la densidad de estados de los electrones en un material.

Mecanismo

El origen del pseudogap es controvertido y aún está sujeto a debate en la comunidad de la materia condensada. Están surgiendo dos interpretaciones principales:

1. El escenario de pares preformados En este escenario, los electrones forman pares a una temperatura T* que puede ser mucho mayor que la temperatura crítica T c donde aparece la superconductividad. Se han medido valores de T* del orden de 300 K en cupratos subdopados donde T c es de aproximadamente 80 K.

La superconductividad no aparece en T* porque las grandes fluctuaciones de fase del campo de apareamiento no pueden ordenarse a esta temperatura. [9] El pseudogap se produce entonces por fluctuaciones incoherentes del campo de apareamiento. [10] El pseudogap es un precursor del estado normal del gap superconductor debido a correlaciones de apareamiento dinámicas locales. [11] Este punto de vista está respaldado por un enfoque cuantitativo del modelo de apareamiento atractivo para experimentos de calor específico. [12]

2. El escenario de un pseudogap no relacionado con la superconductividad En esta clase de escenarios, se han propuesto muchos orígenes posibles diferentes, como la formación de franjas electrónicas , ordenamiento antiferromagnético u otros parámetros de orden exóticos que compiten con la superconductividad.

Referencias

  1. ^ Timusk, Tom; Bryan Statt (1999). "El pseudogap en superconductores de alta temperatura: un estudio experimental". Informes sobre el progreso en física . 62 (1): 61–122. arXiv : cond-mat/9905219 . Bibcode :1999RPPh...62...61T. doi :10.1088/0034-4885/62/1/002. S2CID  17302108.
  2. ^ NF Mott (1968). "Transición metal-aislante". Reseñas de Física Moderna . 40 (4): 677–683. Bibcode :1968RvMP...40..677M. CiteSeerX 10.1.1.559.1764 . doi :10.1103/RevModPhys.40.677. 
  3. ^ Manella, N.; et al. (2005). "Cuasipartícula nodal en manganitas magnetorresistivas colosales pseudogapped". Naturaleza . 438 (7067): 474–478. arXiv : cond-mat/0510423 . Código Bib :2005Natur.438..474M. doi : 10.1038/naturaleza04273. PMID  16306987. S2CID  4405340.
  4. ^ Benjamin Sacépé; Claude Chapelier; Tatyana I. Baturina; Valerii M. Vinokur; Mikhail R. Baklanov; Marc Sanquer (2010). "Pseudogap en una película delgada de un superconductor convencional". Nature Communications . 1 (9): 140. arXiv : 0906.1193 . doi :10.1038/ncomms1140. PMID  21266990. S2CID  6781010.
  5. ^ Mintu Mondal; Anand Kamlapure; Madhavi Chand; Garima Saraswat; Sanjeev Kumar; John Jesudasan; L. Benfatto; Vikram Tripathi; Pratap Raychaudhuri (2011). "Fluctuaciones de fase en un superconductor NbN de onda s fuertemente desordenado cerca de la transición metal-aislante". Physical Review Letters . 106 (4): 047001. arXiv : 1006.4143 . Código Bibliográfico :2011PhRvL.106d7001M. doi :10.1103/PhysRevLett.106.047001. PMID  21405347. S2CID  1584672.
  6. ^ Uwe S. Pracht; Nimrod Bachar; Lara Benfatto; Guy Deutscher; Eli Farber; Martin Dressel; Marc Scheffler (2016). "Emparejamiento de Cooper mejorado versus coherencia de fase suprimida que da forma a la cúpula superconductora en nanogranos de aluminio acoplados". Physical Review B . 93 (10): 100503(R). arXiv : 1508.04270 . Código Bibliográfico :2016PhRvB..93j0503P. doi :10.1103/PhysRevB.93.100503. S2CID  122749546.
  7. ^ Alloul, H.; Ohno, T.; Mendels , P. (16 de octubre de 1989). " 89 Y NMR evidence for a fermi-liquid behavior in YBa2Cu3O6 + x " . Physical Review Letters . 63 (16): 1700–1703. Bibcode :1989PhRvL..63.1700A. doi : 10.1103 /PhysRevLett.63.1700. PMID  10040648.
  8. ^ JW Loram; KA Mirza; JR Cooper y WY Liang (1993). "Calor específico electrónico de YBa2Cu3O6 + x de 1,8 a 300 K". Physical Review Letters . 71 ( 11): 1740–1743. Código Bibliográfico :1993PhRvL..71.1740L. doi : 10.1103/PhysRevLett.71.1740. PMID  10054486.
  9. ^ VJ Emery; SA Kivelson (1995). "Importancia de las fluctuaciones de fase en superconductores con baja densidad de superfluidos". Nature . 374 (6521): 434–437. Bibcode :1995Natur.374..434E. doi :10.1038/374434a0. S2CID  4253557.
  10. ^ Marcel Franz (2007). "Superconductividad: importancia de las fluctuaciones". Nature Physics . 3 (10): 686–687. Código Bibliográfico :2007NatPh...3..686F. doi :10.1038/nphys739.
  11. ^ Randeria, Mohit y Trivedi, Nandini (1998). "Correlaciones de emparejamiento por encima de Tc y pseudogaps en cupratos subdopados". Revista de Física y Química de Sólidos . 59 (10–12): 1754–1758. Código Bibliográfico :1998JPCS...59.1754R. doi :10.1016/s0022-3697(98)00099-7.
  12. ^ Philippe Curty y Hans Beck (2003). "Termodinámica y diagrama de fases de superconductores de alta temperatura". Physical Review Letters . 91 (25): 257002. arXiv : cond-mat/0401124 . Código Bibliográfico :2003PhRvL..91y7002C. doi :10.1103/PhysRevLett.91.257002. PMID  14754139. S2CID  35179519.

Enlaces externos