Суперполоски
Нарушенная фаза симметрии, способствующая возникновению сверхпроводящего или сверхтекучего порядка

Суперполосы — это общее название для фазы с пространственно нарушенной симметрией, которая благоприятствует возникновению сверхпроводящего или сверхтекучего квантового порядка. Этот сценарий возник в 1990-х годах, когда было обнаружено, что неоднородные металлические гетероструктуры на атомном пределе с нарушенной пространственной симметрией способствуют сверхпроводимости. [1] [2] До того, как ожидалось, что нарушенная пространственная симметрия будет конкурировать и подавлять сверхпроводящий порядок. Движущим механизмом усиления критической температуры сверхпроводимости в веществе суперполос было предложено считать резонанс формы в параметрах энергетической щели ∆n, который является типом резонанса Фано для сосуществующих конденсатов. [3] [4]

Суперполосы демонстрируют многощелевую сверхпроводимость вблизи перехода Лифшица 2,5, где перенормировка химического потенциала при переходе металл-сверхпроводник не является пренебрежимо малой и требуется самосогласованное решение уравнения щелей. Сценарий решетки суперполос состоит из луж многощелевой материи суперполос, образующих сверхпроводящую сеть, где разные щели не только различны в разных частях k-пространства , но и в разных частях реального пространства со сложным распределением джозефсоновских переходов, не зависящим от масштаба .

История

Термин «суперполосы» был введен в 2000 году на международной конференции «Полосы и высокотемпературная сверхпроводимость », состоявшейся в Риме, для описания особой фазы материи, в которой нарушенная симметрия, возникающая при переходе из фазы с более высокой размерностью N (3D или 2D) в фазу с более низкой размерностью N-1 (2D или 1D), благоприятствует сверхпроводящей или сверхтекучей фазе и может повысить температуру перехода от нормального состояния к сверхпроводящему с возможным возникновением высокотемпературной сверхпроводимости . Термин «сценарий суперполос» был введен, чтобы провести ключевое различие со сценарием полос, в котором фазовый переход из фазы с более высокой размерностью N (например, двумерного электронного газа) в фазу с нарушенной симметрией и более низкой размерностью (например, квазиодномерной полосатой жидкости) конкурирует и подавляет температуру перехода в сверхтекучую фазу и благоприятствует модулированному полосатому магнитному упорядочению. В нарушенной симметрии фазы суперполос структурная модуляция сосуществует и благоприятствует высокотемпературной сверхпроводимости. [1]

Гетероструктуры на атомном пределе

Предсказание температур перехода в состояние высокотемпературной сверхпроводимости справедливо считается одной из самых сложных проблем теоретической физики. Проблема оставалась неуловимой в течение многих лет, поскольку эти материалы, как правило, имеют очень сложную структуру, что делает бесполезным теоретическое моделирование для однородной системы. Достижения в экспериментальном исследовании локальных флуктуаций решетки привели сообщество к выводу, что это проблема квантовой физики в сложной материи. Растущая парадигма для высокотемпературной сверхпроводимости в суперполосах заключается в том, что ключевым термином является эффект квантовой интерференции между каналами спаривания, т. е. резонанс в обменно-подобном, джозефсоновском термине переноса пары между различными конденсатами. Взаимодействие квантовой конфигурации между различными каналами спаривания является частным случаем резонанса формы, принадлежащего к группе резонансов Фано-Фешбаха в атомной и ядерной физике. Критическая температура показывает подавление из-за антирезонанса Фано, когда химический потенциал настраивается на краю зоны, где появляется новое пятно поверхности Ферми, т. е. «электронный топологический переход» (ETT) или 2,5-переход Лифшица или топологический переход металл-металл. Усиление T c включается, когда химический потенциал настраивается выше края зоны в энергетической области, удаленной от края зоны на величину порядка 1 или 2 энергий отсечки парного взаимодействия. T c дополнительно усиливается при резонансе формы, если в этом диапазоне поверхность Ферми появляющегося пятна поверхности Ферми меняет свою размерность (например, переход Лифшица для открытия шейки в трубчатой ​​поверхности Ферми). [5] Настройка химического потенциала при резонансе формы может быть получена путем изменения: плотности заряда и/или структурных параметров сверхрешетки, и/или деформации несоответствия сверхрешетки и/или беспорядка. Прямое доказательство резонансов формы в суперполосчатом веществе получено путем аномального изменения изотопного эффекта на критическую температуру путем настройки химического потенциала. [6]

Материалы

Кристаллическая структура тетрагональной (сверхпроводящей) фазы La 2 CuO 4 : вид сверху (сверху справа) и октаэдр CuO 6 (снизу справа). [7]

Было известно, что высокотемпературные купратные сверхпроводники имеют сложную структуру решетки. [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] В 1993 году было предложено [15] , что эти материалы относятся к особому классу материалов, называемых гетероструктурами на атомном пределе, состоящими из сверхрешетки сверхпроводящих атомных слоев, интеркалированных другим материалом, выполняющим роль прокладки.

Все новые высокотемпературные сверхпроводящие материалы, открытые в 2001–2013 гг., представляют собой гетероструктуры на атомном пределе, состоящие из активных атомных слоев: сотовый слой бора в диборидах, графен в интеркалированном графите, атомарные монослои BBC CoO 2 в кобальтатах, атомарные монослои флюорита FeAs в пниктидах, атомарные монослои флюорита FeSe в селенидах.

В этих материалах совместный эффект (а) увеличения деформации несоответствия решетки до критического значения и (б) настройки химического потенциала вблизи перехода Лифшица в присутствии электрон-электронных взаимодействий вызывает неустойчивость решетки с образованием сети сверхпроводящих полосатых луж на изолирующем или металлическом фоне.

Этот сложный сценарий был назван «сценарием суперполосок», где 2D атомные слои демонстрируют функциональные неоднородности решетки: «рябь луж» локального искажения решетки наблюдалась в La 2 CuO 4+y [16] [17] в Bi222; полосатые лужи упорядоченных легирующих примесей в разделительных слоях наблюдались в супероксигенированном La 2 CuO 4 [18] и в YBaCuO [19]. Сеть сверхпроводящих полосатых луж была обнаружена также в пниктидах MFeAs [20] и недавно в селенидах KFeSe [21].

Самоорганизацией дефектов решетки можно управлять с помощью деформационной инженерии . [22] и фотоиндуцированных эффектов. [23]

Конденсаты Бозе-Эйнштейна

Дисперсионные соотношения спин-орбитальной связанной системы для различных сил связи. В блоке A связь отсутствует. Дисперсионное соотношение показывает 2 смещенных дисперсионных соотношения свободного пространства. В блоке B показано, как щель при k=0 открывается для слабой связи. В блоке C показан предел сильной связи, где двойные вырожденные минимумы в первой полосе сливаются в одно основное состояние при k=0.

Суперполосы (также называемые фазой полосы) также могут образовываться в конденсатах Бозе-Эйнштейна (БЭК) со спин-орбитальной связью . Спин-орбитальная связь достигается путем выбора 2 спиновых состояний из множества сверхтонких состояний для связи с двухфотонным процессом. [24] Для слабой связи результирующий гамильтониан имеет спектр с дважды вырожденным основным состоянием в первой полосе. В этом режиме дисперсионное соотношение одной частицы может содержать БЭК в каждом минимуме. [25] Результатом является то, что БЭК имеет 2 компонента импульса, которые могут интерферировать в реальном пространстве. Интерференционная картина будет выглядеть как полосы в плотности БЭК. Периодичность полос является результатом длины волны рамановского пучка связи, измененной силой связи и взаимодействиями внутри БЭК. [25] Спин-орбитальная связь нарушает калибровочную симметрию системы и симметрию обращения времени. Образование полос нарушает непрерывную трансляционную симметрию.

Недавние попытки обнаружить полосатую фазу в БЭК рубидия-87, однако полосы оказались слишком маленькими и имели слишком слабый контраст, чтобы их можно было обнаружить. [24]

В 2017 году две исследовательские группы из ETH Zurich и MIT сообщили о первом создании супертвердого тела с ультрахолодными квантовыми газами. Группа MIT подвергла конденсат Бозе-Эйнштейна в двухъямном потенциале воздействию световых лучей, которые создали эффективную спин-орбитальную связь. Интерференция между атомами на двух спин-орбитальных связанных узлах решетки привела к модуляции плотности, которая устанавливает полосовую фазу со свойствами супертвердого тела. [26] [27]

Ссылки

  1. ^ ab Bianconi, A. (2000). "Superstripes". Международный журнал современной физики B. 14 ( 29n31): 3289–3297. Bibcode : 2000IJMPB..14.3289B. doi : 10.1142/S0217979200003769.
  2. ^ Бьянкони, А.; Ди Кастро, Д.; Сайни, Нидерланды; Бьянкони, Г. (2002). «Суперполоски». Фазовые переходы и самоорганизация в электронных и молекулярных сетях . Фундаментальные исследования материалов. п. 375. arXiv : 1107.4858 . дои : 10.1007/0-306-47113-2_24. ISBN 978-0-306-46568-0. S2CID  118809015.
  3. ^ Perali, A.; Bianconi, A.; Lanzara, A.; Saini, NL (1996). "Усиление щели при резонансе формы в сверхрешетке квантовых полос: механизм для высокой T C ". Solid State Communications . 100 (3): 181–186. arXiv : 1107.3292 . Bibcode : 1996SSCom.100..181P. doi : 10.1016/0038-1098(96)00373-0. S2CID  95957312.
  4. ^ Bianconi, A.; Valletta, A.; Perali, A.; Saini, NL (1998). «Сверхпроводимость полосатой фазы на атомном пределе». Physica C: Superconductivity . 296 (3–4): 269. Bibcode : 1998PhyC..296..269B. doi : 10.1016/S0921-4534(97)01825-X.
  5. ^ Innocenti, D.; Poccia, N.; Ricci, A.; Valletta, A.; Caprara, S.; Perali, A.; Bianconi, A. (2010). "Резонансные и кроссоверные явления в многозонном сверхпроводнике: настройка химического потенциала вблизи края зоны". Physical Review B. 82 ( 18): 184528. arXiv : 1007.0510 . Bibcode : 2010PhRvB..82r4528I. doi : 10.1103/physrevb.82.184528. S2CID  119232655.
  6. ^ Perali, A.; Innocenti, D.; Valletta, A.; Bianconi, A. (2012). "Аномальный изотопный эффект вблизи перехода 2,5 Лифшица в многозонном многоконденсатном сверхпроводнике, сделанном из сверхрешетки полос". Superconductor Science and Technology . 25 (12): 124002. arXiv : 1209.1528 . Bibcode : 2012SuScT..25l4002P. doi : 10.1088/0953-2048/25/12/124002. S2CID  118510526.
  7. ^ Хосоно, Х.; Танабэ, К.; Такаяма-Муромачи, Э.; Кагеяма, Х.; Яманака, С.; Кумакура, Х.; Нохара, М.; Хирамацу, Х.; Фудзитсу, С. (2015). «Исследование новых сверхпроводников и функциональных материалов, а также изготовление сверхпроводящих лент и проводов из пниктидов железа». Наука и технология передовых материалов . 16 (3): 033503. arXiv : 1505.02240 . Bibcode : 2015STAdM..16c3503H. doi : 10.1088/1468-6996/16/3/033503. PMC 5099821. PMID  27877784 . 
  8. ^ Мюллер, КА (2002). «От разделения фаз к полосам». Полосы и родственные явления . Избранные темы по сверхпроводимости. Том 8. С. 1–8. doi :10.1007/0-306-47100-0_1. ISBN 0-306-46419-5.
  9. ^ Мюллер, КА (2005). "Существенные неоднородности в дырочно-легированных купратных сверхпроводниках". Сверхпроводимость в сложных системах Структура и связь . Т. 114. Берлин/Гейдельберг: Springer. С. 1–11. doi :10.1007/b101015. ISBN 978-3-540-31499-8.
  10. ^ Raveau, B. (2007). «История перовскита: более 60 лет исследований от открытия сегнетоэлектричества до колоссального магнитосопротивления через сверхпроводимость с высокой температурой C ». Progress in Solid State Chemistry . 35 (2–4): 171–173. doi :10.1016/j.progsolidstchem.2007.04.001.
  11. ^ Бишоп, AR (2008). "HTC оксиды: сговор спина, заряда и решетки". Журнал физики: Серия конференций . 108 (1): 012027. Bibcode : 2008JPhCS.108a2027B. doi : 10.1088/1742-6596/108/1/012027 .
  12. ^ Бьянкони, А. (2000). Полосы и связанные с ними явления . Нью-Йорк: Kluwer Academic/Plenum Publishers. ISBN 0-306-46419-5.
  13. ^ Bianconi, A (2006). Симметрия и гетерогенность в высокотемпературных сверхпроводниках . Дордрехт Великобритания: Springer. ISBN 9781402039881.
  14. ^ Мюллер, КА (2005). Сверхпроводимость в сложных системах . Берлин Нью-Йорк: Springer. ISBN 978-3-540-23124-0.
  15. ^ Bianconi, A. (1994). «О возможности новых высокотемпературных сверхпроводников путем создания металлических гетероструктур, как в купратных перовскитах». Solid State Communications . 89 (11): 933–936. arXiv : 1107.3249 . Bibcode : 1994SSCom..89..933B. doi : 10.1016/0038-1098(94)90354-9. S2CID  119243248.
  16. ^ Ди Кастро, Д.; Колапьетро, ​​М.; Бьянкони, Дж. (2000). «Металлические полосы в легированном кислородом La2CuO4» (PDF) . Международный журнал современной физики Б. 14 (29n31): 3438. Бибкод : 2000IJMPB..14.3438D. дои : 10.1142/S0217979200003927.
  17. ^ Почча, Н.; Риччи, А.; Кампи, Г.; Фратини, М.; Пури, А.; Джоаккино, Д.Д.; Марчелли, А.; Рейнольдс, М.; Бургаммер, М.; Сайни, Нидерланды; Эппли, Г.; Бьянкони, А. (2012). «Оптимальная неоднородность локальных искажений решетки в La2CuO4+y». Труды Национальной академии наук . 109 (39): 15685–15690. arXiv : 1208.0101 . Бибкод : 2012PNAS..10915685P. дои : 10.1073/pnas.1208492109 . ПМЦ 3465392 . PMID  22961255. 
  18. ^ Fratini, M.; Poccia, N.; Ricci, A.; Campi, G.; Burghammer, M.; Aeppli, G.; Bianconi, A. (2010). «Структурная организация кислородных интерстициалов без масштабирования в La2CuO4+y». Nature . 466 (7308): 841–4. arXiv : 1008.2015 . Bibcode :2010Natur.466..841F. doi :10.1038/nature09260. PMID  20703301. S2CID  4405620.
  19. ^ Campi, G.; Ricci, A.; Poccia, N.; Barba, L.; Arrighetti, G.; Burghammer, M.; Caporale, AS; Bianconi, A. (2013). "Сканирующая микрорентгеновская дифракция раскрывает распределение наномасштабных луж кислородной цепи в YBa2Cu3O6.33". Physical Review B. 87 ( 1): 014517. arXiv : 1212.2742 . Bibcode : 2013PhRvB..87a4517C. doi : 10.1103/physrevb.87.014517. S2CID  119233632.
  20. ^ Caivano, R.; Fratini, M.; Poccia, N.; Ricci, A.; Puri, A.; Ren, ZA; Dong, XL; Yang, J.; Lu, W.; Zhao, ZX; Barba, L.; Bianconi, A. (2009). "Резонанс Фешбаха и мезоскопическое разделение фаз вблизи квантовой критической точки в многозонных сверхпроводниках на основе Fe As ". Superconductor Science and Technology . 22 (1): 014004. arXiv : 0809.4865 . Bibcode : 2009SuScT..22a4004C. doi : 10.1088/0953-2048/22/1/014004. S2CID  55675041.
  21. ^ Риччи, А.; Почча, Н.; Кампи, Г.; Джозеф, Б.; Арригетти, Дж.; Барба, Л.; Рейнольдс, М.; Бургаммер, М.; Такея, Х.; Мизугути, Ю.; Такано, Ю.; Колапьетро, ​​М.; Сайни, Нидерланды; Бьянкони, А. (2011). «Наномасштабное фазовое разделение в сверхпроводнике халькогенида железа K0,8Fe1,6Se2, как видно с помощью сканирующей нанофокусированной рентгеновской дифракции». Физический обзор B . 84 (6): 060511. arXiv : 1107.0412 . Бибкод : 2011PhRvB..84f0511R. doi : 10.1103/physrevb.84.060511. S2CID  118364960.
  22. ^ Agrestini, S.; Saini, NL; Bianconi, G.; Bianconi, A. (2003). «Напряжение решетки CuO2: вторая переменная для фазовой диаграммы купратных перовскитов». Journal of Physics A: Mathematical and General . 36 (35): 9133. Bibcode : 2003JPhA...36.9133A. doi : 10.1088/0305-4470/36/35/302.
  23. ^ Почча, Н.; Фратини, М.; Риччи, А.; Кампи, Г.; Барба, Л.; Витторини-Оргеас, А.; Бьянкони, Дж.; Эппли, Г.; Бьянкони, А. (2011). «Эволюция и контроль кислородного порядка в купратном сверхпроводнике». Природные материалы . 10 (10): 733–6. arXiv : 1108.4120 . Бибкод : 2011NatMa..10..733P. дои : 10.1038/nmat3088. PMID  21857676. S2CID  40563268.
  24. ^ ab Галицкий, Виктор; Шпильман, Ян Б. (2013-02-07). "Спин-орбитальная связь в квантовых газах". Nature . 494 (7435): 49–54. arXiv : 1312.3292 . Bibcode :2013Natur.494...49G. doi :10.1038/nature11841. PMID  23389539. S2CID  240743.
  25. ^ ab Ли, Юн; Питаевский, Лев П.; Стрингари, Сандро (2012). «Квантовая трикритичность и фазовые переходы в спин-орбитально связанных конденсатах Бозе-Эйнштейна». Physical Review Letters . 108 (22): 225301. arXiv : 1202.3036 . Bibcode :2012PhRvL.108v5301L. doi :10.1103/physrevlett.108.225301. PMID  23003610. S2CID  15680596.
  26. ^ "Исследователи MIT создают новую форму материи". news.mit.edu . 2 марта 2017 г. Получено 6 марта 2017 г.
  27. ^ Li, Jun-Ru; Lee, Jeongwon; Huang, Wujie; Burchesky, Sean; Shteynas, Борис; Top, Furkan Çağrı; Jamison, Alan O.; Ketterle, Wolfgang (1 марта 2017 г.). «Фаза полосы со свойствами сверхтвердого тела в спин-орбитально-связанных конденсатах Бозе–Эйнштейна». Nature . 543 (7643): 91–94. arXiv : 1610.08194 . Bibcode :2017Natur.543...91L. doi :10.1038/nature21431. PMID  28252062. S2CID  4463520.
  • Суперполосатые 2008 [1]
  • Суперполосатые 2010 [2]
  • Веб-страница Superstripes [3]
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Superstripes&oldid=1195122966"