Динаміка квазічастинкових підсистем з різними енергетичними спектрами в ізотропних і анізотропних конденсованих середовищах

Найважливішими з одержаних результатів є наступні.

При дослідженнях часової і просторової еволюції анізотропних фононних систем в надплинному ⁴Не:

- вперше зареєстрована незвичайна форма кутового розподілу l-фононів в пучку з плоским верхом в деякому діапазоні кутів поблизу нуля. Встановлено, що температура фононного листа в процесі його розповсюдження залишається постійною над його центральним регіоном, що є показником генерації високоенергетичних h-фононів в його центральній ділянці;

- вперше розроблено і застосовано експериментальний метод, який дозволив пригнічувати l-фононний внесок в сигнал, що поступає на болометр і детектувати h-фононний сигнал, практично вільний від l-фононної складової;

- встановлено, що інтегральний h-фононний сигнал, пропорційний загальній енергії h-фононної підсистеми, є універсальною функцією енергії імпульсу;

- експериментально показано, що високоенергетичні h-фонони безперервно генеруються впродовж всієї траєкторії розповсюдження низькоенергетичного l-фононного імпульсу в рідкому ⁴He. З урахуванням дисперсії швидкостей високоенергетичних фононів, сигнал, що приходить на болометр в кожен момент часу, визначається їх енергетичним діапазоном;

- порівняння експериментальних даних з аналітичними передбаченнями теорії Адаменко - Віатта дозволило встановити, що початкова температура l - фононного пучка, яка накладає обмеження на можливість генерації таким пучком високоенергетичних h-фононів варіюється в інтервалі від 0.75 К до ? 0.9 К. При температурах Т < 0.75 К кількість утворених h-фононів стає незначною тоді як при Т > 0.9 К зростання загальної енергії h-фононів в основному визначається збільшенням величини тілесного кута, який займають фонони в імпульсному просторі.

При вивченні процесів взаємодії фононних листів у випадку їх зіткнення в надплинному ⁴Не:

- вперше експериментально зареєстровано унікальний ефект генерації «гарячої лінії» при зіткненні двох анізотропних листів в рідкому ⁴Не, в процесі їх розповсюдження при наднизьких температурах;

- встановлено, що l - фононні листи, що розповсюджуються в надплинному гелії, інтенсивно взаємодіють, коли кут між ними малий і не взаємодіють при великих кутах. У першому випадку взаємодія між листами сильна і приводить до утворення гарячої лінії в рідкому гелії. Ця лінія рухається зі швидкістю с = 238 м/с вздовж бісектриси між нормалями до двох листів. Гаряча лінія безперервно підживлюється енергією від ареалів листів, що скорочуються, і витрачає енергію на генерацію h - фононів, при цьому знаходячись в динамічній рівновазі при фактично постійній температурі на всьому шляху її поширення. Гаряча лінія збирає енергію від тих частин листів, які в протилежному випадку не потрапляють на болометр, що приводить до значного посилення h - і l - фононних сигналів, у порівнянні з сумарним сигналом від двох фононних листів, які розповсюджуються роздільно. Вищеописані ефекти з'явилися першими прямими доказами того, що структура фононних листів визначається сильною взаємодією низькоенергетичних фононів, що займають вузький конус в імпульсному просторі;

- показано, що затримка кривої відгуку на детекторі характеризує енергетичний профіль гарячої лінії з відносно малим розширенням, що визначається кінцевим розміром чутливої плями болометра. Крива відгуку як функція затримки, має форму подібну лоренціану, яка майже не залежить від кута між двома фононними листами. При цьому напівширина гарячої лінії в просторі варіюється як 1/sin (б/2);

- встановлено, що тілесний кут, який займають фонони гарячої лінії в імпульсному просторі Щ_hl збільшується, а її температура Т_hl зменшується з кутом б і потужністю нагрівача. Густина енергії гарячої лінії пропорційна Щ_hlТ_hl⁴ і збільшується з кутом б і потужністю нагрівача;

-із значень кутів для піка l - фононного сигналу було оцінено переважаючий кут 3_рр - розсіювання, який складає близько 10^o і дещо варіюється з потужність нагрівача, що узгоджується з розрахунками теорії Адаменко-Віатта;

- встановлено, що при тиску Р ? 18 бар в надплинному ⁴Не час взаємодії фононних імпульсів менший часу релаксації фононів і фонони різних імпульсів не встигають провзаємодіяти в області їх перетину. При цьому гаряча лінія не утворюється і еволюція в часі і просторі кожного з них відбувається незалежно. В цьому випадку амплітуда сигналу на болометрі від двох одночасно інжектованних імпульсів дорівнює сумі амплітуд сигналів від цих двох нагрівачів, на які імпульси струму подаються в різні моменти часу. При тиску Р < 18 бар час взаємодії імпульсів в об'ємі їх перетину більший за час релаксації фононів, таким чином фонони різних імпульсів встигають провзаємодіяти один з одним і створити у області перетину імпульсів гарячу лінію, яка перпендикулярна площині болометра. В цьому випадку енергія імпульсів, що розширюються, не йде на нескінченність, а накопичується в області гарячої лінії і рухається уздовж вісі симетрії до болометра. У результаті амплітуда l-фононного сигналу завжди виявляється більшою суми амплітуд сигналів при незалежному русі кожного імпульсу до болометра.

Встановлені наступні закономірності впливу допантів і структурних дефектів на процеси флуктуаційного формування підсистем заряджених бозонів і еволюцію псевдощилинної аномалії в монокристалах ВТНП-сполук системи 1-2-3:

- наявність в монокристалах YBa₂Cu₃O_7-д двійникових меж сприяє посиленню процесів розпаровування флуктуаційних носіїв, тим самим, зміщуючи точку 2D-3D кросовера. Зниження вмісту кисню приводить до значного звуження інтервалу лінійної залежності с_ab(Т), розширенню області реалізації надлишкової провідності і збільшенню довжини когерентності вздовж вісі с _с(0) більше ніж удвічі;

- надлишкова провідність (Т) монокристалів YBa₂Cu₃O_7-д, YBa₂Cu_3-yAl_yO_7-д і Y_1-zPr_zBa₂Cu₃O_7- в широкому інтервалі температур T_f < Т < T* підкоряється експоненціальній температурній залежності. Допування монокристалів YBaCuO малими домішками алюмінію і празеодима до 5% приводить до якісно різної зміни ходу температурних залежностей с_ab(Т)_. В той час як слабке (до z ? 0.05) допування празеодимом монокристалів YВaCuO сприяє значному звуженню температурного інтервалу реалізації псевдощілинного стану в ab-площині, внесення добавки алюмінію при такій же концентрації приводить до зворотного ефекту розширення області існування ПЩ-режиму, тим самим звужуючи лінійну ділянку залежності с_ab(Т);

- в процесі відпалювання при кімнатних температурах протягом 4 діб відбувається відносне розширення області існування ПЩ. При цьому абсолютне значення величини псевдощілини Д* зменшується приблизно на 10%.

При вивченні анізотропії провідності, ефектів локалізації і впливу високого тиску на транспортні властивості монокристалів ReBa₂Cu₃O_7-д (Re=Y, Но) з різним дефіцитом кисню встановлено, що:

- зниження ступеня допування киснем монокристалів ReBa₂Cu₃O_7-д (Re = Y, Но) приводить до нерівномірного розподілу кисню в об'ємі кристала і утворення фаз з різними критичними температурами;

- у напрямку ab-площини зниження вмісту кисню приводить до значного звуження інтервалу лінійної залежності с_ab(Т) і розширення області реалізації псевдощілинного режиму. При цьому абсолютні значення величин енергетичних щілин вздовж і поперек базисної площини змінюються з різними знаками похідних при варіюванні вмісту кисню. У міру зростання Д_с величина псевдощілини Д*_ab зменшується і навпаки, що свідчить про пригнічення ПЩ-режиму при одночасному посиленні локалізаційних ефектів;

- на відміну від сполуки YBa₂Cu₃O_7-д, для випадку НоBa₂Cu₃O_7-д температурна залежність анізотропії електроопору _с/ab(Т), добре описується за допомогою універсального «закону 1/2» для термоактівационної стрибкової провідності;

- на відміну від зразків стехіометричного складу, докладання високого тиску до зразків з дефіцитом кисню приводить до істотного зменшення довжини когерентності перпендикулярно ab-площини _с(0);

- встановлено, що індукований високим гідростатичним тиском перерозподіл лабільного кисню приводить до зміщення температурного інтервалу існування тривимірних надпровідних флуктуацій;

- у зразках з високим ступенем відхилення від стехіометрії перерозподіл кисню після докладання-знімання високого гідростатичного тиску приводить до зміни величини енергії активації перенесення заряду і дифузійного переміщення лабільної компоненти з фази з меншою критичною температурою до високотемпературної фази.

Список використаної літератури

1. Wyatt A.F.G., Lockerbie N.A., Sherlock R.A. Propagating Phonons in Liquid ⁴He // J. Phys. Condens. Matter. -1989. - V.I. - P.3507-3522.

2. Adamenko I.N., Nemchenko K.E., Zhukov A.V., Tucker M.A.H., Wyatt A.F.G. Creation of High Energy Phonons from Low Energy Phonons in Liquid Helium // Phys. Rev. Lett. -1999. - V.82. - P.1482-1497.

3. Adamenko I.N., Kitsenko Yu.A., Nemchenko K.E., Slipko V.A., Wyatt A.F.G. Quasiequilibrium Distribution Functionof Anisotropic Phonon Systems and the Interaction of Pulses of Low Energy Phonons in Superfluid Helium // Phys. Rev. B. -2005. - V.72. - P.054507.

4. Асламазов Л.Г., Ларкин А.И. Влияние флуктуаций на свойства сверхпроводников при температурах выше критической // ФТТ. -1968. - Т.10, №4. - С. 1104-1111.

5. Lawrence W.E., Doniach S. Theory of layer structure suprconductors // Proceedings of the 12^th International Conference on Low Temperature Physics, Kyoto, Japan. -1970. Еdited by E. Kanda (Keigaku, Tokyo, 1970). - Р.361.

6. Hikami S., Larkin A.I. Theory of layer structure superconductors // Modern Phys. -1988. - V.B2. - Р. 693-698.

7. Алексеевский Н.Е., Митин А.В., Нижанковский В.И., Хлыбов Е.П., Евдокимова В.В., Кузьмичев Г.М. Флуктуационная сверхпроводимость и примесные фазы в перовскитоподобных системах и перспективы повышения Т_с // СФХТ. -1989. - V.2 (10). - С. 40-55.

8. Friedel, J. On quasi two dimensional XY magnetism and superconductivity of the second kind // Journal de Physique. -1988. V.49, №9. - Р.1561-1568.

9. Мейлихов М.З. Термоактивационная проводимость и вольт-амперная характеристика диэлектрической фазы гранулированных металлов // ЖЭТФ. -1999. - Т.115, №4. - С. 1484-1496.

10. Jorgencen J.D., Shiyou Pei, Lightfoot P., Shi H., Paulikas A.P., Veal B.M.W. Time-dependent structural phenomena at room temperature in quenched YBa₂Cu₃O_6.41 // Physica. -1990. - V.C.167, №3,4. - P.571-578.

11. Tallon J.L., Berbhard C., Shaked H., Hitterman R.L., Jorgensen J.D. Generic superconducting Phase behavior in high-T_c cuprates: T_c variation with hole concentration in Y₁Ba₂Cu₃O_7-д // Phys. Rev. B. -1995. - V.51. - Р12911.

Размещено на Allbest.ru