Мікроконтактна спектроскопія систем з сильними електронними кореляціями

24. Nowack A., Naidyuk Yu.G., Ulbrich E., Freimuth A., Schlabitz W., Yanson I.K., Menovsky A.A. Andreev reflection and Josephson effects in point contacts between heavy fermion superconductor URu2Si2 and conventional superconductors. // Z. Phys. B - Cond. Matter. -1995. -V.97. -P.77-82.

25. Naidyuk Yu.G., Hдussler R., von Lцhneysen H. Magnetic field dependence of the Andreev reflection structure in the conductivity of S-N point contacts. // Physica B. 1996. -V.218. -P.122-125.

26. Naidyuk Yu.G., Kvitnitskaya O.E., Nowack A., Yanson I.K., Menovsky A.A. Anisotropy of the gapped Fermi surface of URu2Si2 in antiferromagnetic state studied by point contact spectroscopy. // Physica B. -1996. -V.218. -P.157-160.

27. Naidyuk Yu.G., von Lцhneysen H, Goll G., Paschke C., Yanson I.K. Andreev reflection in point contacts between the heavy-fermion superconductor UPt3 and ordinary superconductors. // Physica B. -1996. -V.218. -P.161-164.

28. Paschke C., Naidyuk Yu.G., Stockert O. and von Lцhneysen H. Point-contact spectroscopy of the heavy-fermion antiferromagnet CeCu5Au. // Physica B. -1996. -V.218. -P.177-180.

29. Hдussler R., Goll G., Naidyuk Yu.G., von Lцhneysen H. Point contacts with the amorphous superconductor (Mo0.55Ru0.45)0.8P0.2 in a magnetic field. // Physica B. -1996. -V.218. -P.197-199.

30. Naidyuk Yu.G., von Lцhneysen H, Goll G., Yanson I. K., Menovsky A.A. Anisotropy of the superconducting energy gap in URu2Si2 studied by point contact spectroscopy. // Europhys. Let. -1996. -V.33. -P.557- 562.

31. Naidyuk Yu.G., von Lцhneysen H, Yanson I.K. Study of the superconducting order parameter in Zn by point contact spectroscopy. // Czech. J. Phys. -1996. -V.46. -P.711-712.

32. Kvitnitskaya O.E., Nowack A., Wasser S., Naidyuk Yu.G., Schlabitz W., Fisk Z. Point-contacts between the heavy-fermion superconductor UBe13 and conventional superconductors. // Czech. J. Phys. -1996. -V.46. -P.799-800.

33. Naidyuk Yu.G., von Lцhneysen H, Yanson I. K. Temperature and magnetic-field dependence of the superconducting order parameter in Zn studied by point contact spectroscopy. // Phys. Rev. B. -1996. -V.54, N22. -P.16077-16081.

34. Naidyuk Yu.G., Gloos K., Menovsky A.A. Break-junction experiments on URu2Si2 single crystal: from bulk transport to vacuum tunneling. // J. Phys.C: Cond. Matter. -1997. -V.9. -P.6279-6291.

35. Gloos K., Anders F.B., Assmus W., Buschinger B., Geibel C., Kim J.S., Menovsky A.A, Mьller-Reisener R, Neuttgens S, Schank C, Stewart G.R. and Naidyuk Yu.G. Lateral-size effects and supercurrent blockade at mechanical-controllable break junction of the heavy-fermion superconductors. // J. Low Temp. Phys. -1998. -V.110, N3/4. -P.873-884.

36. Naidyuk Yu.G., Yanson I.K. Point-contact spectroscopy of heavy-fermion systems (review). // J. Phys.C: Cond. Matter. -1998. -V.10. -P.8905-8938.

37. Naidyuk Yu. G., Kvitnitskaya O.E., Gloos K., Jansen A.G.M., Wyder P., Fisk Z. Low-temperature magneto-resistance measurements of YbBe13. // Physica B. -1999. -V.259-261. -P.152-153.

38. Kvitnitskaya O.E., Naidyuk Yu.G., Nowack A., Gloos K., Geibel C., Jansen A.G.M., Wyder P. Point-contact study of the heavy-fermion systems UPd2Al3 and UNi2Al3. // Physica B. -1999. -V.259-261. -P.638-639.

39. Naidyuk Yu.G., Kvitnitskaya O.E., Jansen A.G.M., Wyder P., Geibel C., Menovsky A.A. Point-contact of URu2Si2 and UPd2Al3 in high magnetic fields. // Physica B. -2000. -V.284-288. -P.1293-1294.

Найдюк Ю.Г. Мікроконтактна спектроскопія систем з сильними електронними кореляціями. -Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фiзико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла. -Фізико-технічний інститут низьких температур iм. Б. I. Вєркiна НАН України, Харків, 2001.

Дисертацію присвячено дослідженню нормального, магнітовпорядкованого і надпровідного стану в з'єднаннях зі змінною валентністю, Кондо-решітках і системах з важкими ферміонами методом мікроконтактної спектроскопії. В дисертації вперше використано вимірювання при наднизьких температурах, у сильних магнітних полях, а також за допомогою механічно контрольованих розривних контактів реалізовано режим вакуумного тунелювання в одному циклі з вимірюванням металічних контактів аж до атомного розміру. Отримана інформація, щодо основного стану сильнокорельованих систем, відносно спектру елементарних збуджень у нормальному стані та особливостей електронного спектру в надпровідному стані.

У дисертації також узагальнено та вивчено основні закономірності і нові ефекти, пов'язані з впливом нерівноважних електронів, фононів і інших квазічастинок на транспорт через мікроскопічні звуження на границі розділу двох середовищ з різними фермівськими параметрами, кристалічною структурою і основним станом. Таким чином, розвинуто новий напрям у спектроскопії складних інтерметалічних систем як у нормальному, так і надпровідному стані за допомогою точкових контактів.

Ключові слова: Мікроконтактна спектроскопія, системи з важкими ферміонами, з'єднання зі змінною валентністю, Кондо-решітки, антиферомагнетики, надпровідники, андріївське відбиття, електрон-фононна взаємодія, параметр порядку.

Найдюк Ю.Г. Микроконтактная спектроскопия систем с сильными электронными корреляциями. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07-- физика твердого тела. - Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена исследованию нормального, магнитоупорядоченного и сверхпроводящего состояния в соединениях с переменной валентностью, Кондо-решетках и системах с тяжелыми фермионами методом микроконтактной спектроскопии. В диссертации впервые использованы измерения при сверхнизких температурах, в сильных магнитных полях, а также с помощью механически контролируемых разрывных контактов реализован режим вакуумного туннелирования в одном цикле с измерением металлических контактов вплоть до атомного размера. Получена информация, относительно основного состояния сильнокоррелированных систем, спектра элементарных возбуждений в нормальном состоянии и особенностей электронного спектра в сверхпроводящем состоянии.

В диссертации также обобщены и изучены основные закономерности и новые эффекты, связанные с влиянием неравновесных электронов, фононов и других квазичастиц на транспорт через микроскопические сужения на границе раздела двух сред с разными фермиевскими параметрами, кристаллической структурой и основным состоянием. Таким образом, развито новое направление в спектроскопии сложных интерметаллических систем как в нормальном, так и в сверхпроводящем состоянии с помощью точечных контактов.

Ключевые слова: Микроконтактная спектроскопия, системы с тяжелыми фермионами, соединения с переменной валентностью, Кондо-решетки, антиферромагнетики, сверхпроводники, андреевское отражение, электрон-фонон-ное взаимодействие, параметр порядка.

Naidyuk Yu. G. Point contact spectroscopy of strongly correlated electron systems. --Manuscript. Thesis for doctor`s degree in physics and mathematics by specialty 01.04.07 - solid-state physics. B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering NAS of Ukraine, Kharkiv, 2001.

The thesis is devoted to the investigation of low temperature normal, superconducting and magnetic ordered ground state, excitation spectrum and electron transport in mixed valence compounds, heavy fermion systems and Kondo lattices by point contact spectroscopy (PCS) as well as to the study of conductivity peculiarities in normal and superconducting heterocontacts. The research is carried out in the temperatures range 0.06 - 20 K, in high magnetic fields up to 28 T and using method of mechanically controllable break junctions, which allows to carry out studies both at once in the metallic and tunnel regime.

Among the new results the possibility of spectroscopy by point contacts of the electron density of states in the heavy fermion URu2Si2 is shown, namely, the energy gap on the Fermi surface in antiferromagnetic state was revealed in the basal plane of tetragonal structure. The value of the gap, opening below Neel temperature (17.5 K), its temperature and magnetic field dependence was established for URu2Si2. It was found that all measured parameters, among them are the Neel temperature, gap and presumably magnetic moments have the same critical temperature of 17.5 K and magnetic field of 40 T. In another heavy fermion system UPd2Al2 the similar gap is not resolved, while the gap features in UNi2Al2 are present in point-contact spectra.

By studies of the heavy fermion URu2Si2 in the superconducting state the anisotropic gap was detected with the maximal value along the direction of antiferromagnetic ordering of magnetic moments. For the first time on the basis of URu2Si2 the SQUID was developed to determine the symmetry of the superconducting order parameter in heavy fermion systems. The investigation of the point contacts in superconducting state demonstrates strong pair breaking effect of the interface with heavy fermion compounds (URu2Si2, UPt3, UBe13) as well. The measurements by mechanically controllable break junctions in the tunnel regime have supported these findings because of the absence of any superconducting traces in the tunnel spectra. The typical feature of the tunnel spectra is a pronounced zero-bias anomaly with the width of about 20 meV, which has preferably magnetic or Coulomb blockade origin. The conductance step-like behavior with the value close to the conductance quantum was observed for atomic sized contacts with heavy fermion compounds (URu2Si2, UPd2Al2). The measurements with break junctions allowed to classified heavy fermion systems as materials with a typical Fermi wave vector and workfunction.

It was shown, that dV/dI(V) characteristics of ballistic S-c-N contacts, here S- superconductor, c- constriction, N- normal metal, in direct way reflect the superconducting gap. By using of Blonder-Tinkham-Klapwijk (BTK) model based on the theory of Andreev reflection on S-N boundary and modified by including of smearing of the superconducting density of states dV/dI(V) curves were adequate described, what allows to extract absolute value of the superconducting order parameter along with its temperature and magnetic field dependences for different BCS superconductors: Zn, In, Sn и Nb. It was also found, that critical field in point contacts can exceed in many times its bulk value due to decreasing of mean free path in the constriction caused by the lattice distortion by contact establishing. The BTK theory based on Andreev reflection fails to describe conductivity of S-c-N contacts in amorphous superconductors with short mean free path and coherence length. In this case the phenomenological model was established to explain pronounced peculiarities in dV/dI(V) or I(V) curves based on the vortex creation in the constriction by transport current.

Observation of the effect of Zeeman splitting and spin fluctuation suppression in high magnetic fields for intermetallic rare earth compounds PrNi5 and CeNi5 has yielded information about importance of crystal field effects (PrNi5) and paramagnons (CeNi5) in the electric transport. The parameters of the crystal field were established for PrNi5.

The origin of asymmetry in I-V curves and its derivatives for heterocontacts was found. For investigated heavy-fermion compounds with short mean free path at low temperatures this is connected with thermoelectric effects developing in the thermal regime of current flow. For the not thermal regime (ballistic or diffusive) the asymmetry can be produced due to the difference in the phonon structure and effective electron mass.

Summarizing, in the thesis a new direction in the spectroscopy of the strongly correlated electronic systems in the normal, magnetic and superconducting state by PCS was established. For this purpose the new methods of point contacts preparation at very low temperatures, in high magnetic fields and break-junction technology was elaborated. Along with mentioned, peculiarities of conductivity of metallic heterojunctions both in the normal and superconducting state were observed and studied, what yielded information about the Fermi parameters, excitation and electron spectrum and modification of electron transport by the interface.

Key words: Point-contact spectroscopy, heavy fermion systems, mixed valence compounds, Kondo-lattice, antiferromagnets, superconductors, Andreev reflection, electron-phonon interaction, order parameter.

Размещено на Allbest.ru