Вплив мезоскопічних неоднорідностей на термодинамічні та кінетичні властивості надпровідників

8. Войтенко, А. И. О температурной зависимости скорости ядерной спин-решеточной релаксации в сверхпроводящих оксидах / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 1994. --. 36, 9. -- 2508-2511.

9. Gabovich, A. M. Tunneling spectroscopy of normal metals with charge-density or spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. -- 1995. -- Vol. 52, no. 10. -- P. 7437-7447.

10. Gabovich, A. M. Tunnel characteristics of partially-gapped non-superconducting metals with charge- or spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Lett. A. -- 1996. -- Vol. 223, no. 3. -- P. 221-226.

11. Gabovich, A. M. Influence of inelastic quasiparticle scattering on thermodynamic and transport properties of high- oxides / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Physica C. -- 1996. -- Vol. 258, no. 3-4. -- P. 236-252.

12. Войтенко, А. И. Туннельная проводимость частично-диэлектризованных металлов с волнами зарядовой или спиновой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 1996. --. 38, 4. -- 1107-1112.

13. Gabovich, A. M. Non-stationary Josephson effect for superconductors with charge-density waves: NbSe / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Europhys. Lett. -- 1997. -- Vol. 38, no. 5. -- P. 371-376.

14. Войтенко, А. И. Джозефсоновский и одночастичный токи между частично-диэлектризованными сверхпроводниками с волнами зарядовой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 1997. --. 39, 6. -- 991-999.

15. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson effect for superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. -- 1997. -- Vol. 55, no. 2. -- P. 1081-1099.

16. Gabovich, A. M. Josephson tunnelling involving superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // J. Phys.: Condens. Matter. -- 1997. -- Vol. 9, no. 19. -- P. 3901-3920.

17. Gabovich, A. M. Asymmetrical tunneling between similar metallic junctions with charge-density or spin-density waves: the case of broken symmetry / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. -- 1997. -- Vol. 56, no. 13. -- P. 7785-7788.

18. Gabovich, A. M. Coexistence of supercondictivity with charge- or spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Symmetry and Pairing in Superconductors / Ed. by M. Ausloos, S. Kruchinin. -- Dordrecht: Kluwer Academic, 1999. -- P. 187-198.

19. Gabovich, A. M. Superconductivity against dielectrization: evidence for competition and coexistence / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // УФЖ. -- 1999. --. 44, 1/2. -- 223-229.

20. Gabovich, A. M. Power-law low-temperature asymptotics for spatially nonhomogeneous s-wave superconductors / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. -- 1999. --. 25, 7. -- 677-684.

21. Войтенко, А. И. Джозефсоновский и квазичастичный токи в туннельных переходах между частично-диэлектризованными сверхпроводниками с волнами спиновой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 1999. --. 41, 10. -- 1743-1749.

22. Gabovich, A. M. Influence of the order parameter nonhomogeneities on low-temperature properties of superconductors / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. -- 1999. -- Vol. 60, no. 10. -- P. 7465-7472.

23. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson effect for superconductors with spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. -- 1999. -- Vol. 60, no. 21. -- P. 14897-14906.

24. Gabovich, A. M. Nonstationary Josephson tunneling involving superconductors with spin-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Physica C. -- 2000. -- Vol. 329, no. 3. -- P. 198-230.

25. Gabovich, A. M. Superconductors with charge- and spin-density waves: theory and experiment (Review) / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. -- 2000. --. 26, 5. -- 419-452.

26. Charge- and spin-density-wave superconductors / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, J. F. Annett, M. Ausloos // Supercond. Sci. Technol. -- 2001. -- Vol. 14, no. 4. -- P. R1-R27.

27. Charge- and spin-density-wave superconductors: Pseudogap puzzle in the cuprates / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, J. F. Annett, M. Ausloos // New Trends in Superconductivity / Ed. by J. F. Annett, S. Kruchinin. -- Dordrecht: Kluwer Academic, 2002. -- P. 61-70.

28. Electronic thermal conductivity of partially-gapped CDW superconductors / M. Ausloos, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, M. Pekala // New Trends in Superconductivity / Ed. by J. F. Annett, S. Kruchinin. -- Dordrecht: Kluwer Academic, 2002. -- P. 105-114.

29. Gabovich, A. M. Charge-density waves and spin-density waves in existing superconductors: competition between Cooper pairing and Peierls or excitonic instabilities / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, M. Ausloos // Phys. Rep. -- 2002. -- Vol. 367, no. 6. -- P. 583-709.

30. Heat capacity of mesoscopically disordered superconductors: implications to MgB / A. M. Gabovich, Mai Suan Li, H. Szymczak, A. I. Voitenko // ФНТ. -- 2002. --. 28, 11. -- 1126-1137.

31. Heat capacity of mesoscopically disordered superconductors with emphasis on MgB / A. M. Gabovich, M. S. Li, M. Pkaіa et al. // J. Phys.: Condens. Matter. -- 2002. -- Vol. 14, no. 41. -- P. 9621-9629.

32. Thermodynamics of superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, M. S. Li, H. Szymczak, A. I. Voitenko // J. Phys.: Condens. Matter. -- 2003. -- Vol. 15, no. 17. -- P. 2745-2753.

33. Gabovich, A. M. New method of the spin-polarization detection in tunnel junctions ferromagnet - insulator - charge density wave metal / A. M. Gabovich, M. S. Li, A. I. Voitenko // Письма в ЖЭТФ. -- 2004. --. 80, 1. -- 55-59.

34. Heat capacity of mesoscopically inhomogeneous superconductors: Theory and applications to MgB / A. M. Gabovich, M. S. Li, M. Pkaіa et al. // Physica C. -- 2004. -- Vol. 405, no. 3-4. -- P. 187-211.

35. Gabovich, A. M. Tunnel currents in charge-density-wave metal-insulator-charge-density-wave metal structures: Magnetic field-induced spin-splitting of the conductance peaks / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, T. Ekino // J. Phys. Soc. Jpn. -- 2004. -- Vol. 73, no. 7. -- P. 1931-1937.

36. Gabovich, A. M. Enhanced paramagnetic limit of the upper critical magnetic field for superconductors with charge-density waves / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, T. Ekino // J. Phys.: Condens. Matter. -- 2004. -- Vol. 16, no. 21. -- P. 3681-3690.

37. Ekino, T. Paramagnetic effect of the magnetic field on superconductors with charge-density waves / T. Ekino, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. -- 2005. --. 31, 1. -- 55-62.

38. Ekino, T. Spin-polarized electron tunneling between charge-density-wave metals / T. Ekino, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. -- 2005. --. 31, 1. -- 77-93.

39. Paramagnetic spin splitting of the conductances for tunnel junctions between partially gapped metals with charge density waves and normal metals or ferromagnets / A. M. Gabovich, M. S. Li, M. Pkaіa et al. // J. Phys.: Condens. Matter. -- 2005. -- Vol. 17, no. 12. -- P. 1907-1922.

40. Войтенко, А. И. Зависящее от спина туннелирование в магнитном поле для переходов, содержащих металлы с волнами зарядовой плотности / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 2006. --. 48, 12. -- 2119-2127.

41. Spin-dependent tunnel currents in junctions involving charge-density-wave metals / T. Ekino, A. M. Gabovich, M. S. Li et al. // Jpn. J. Appl. Phys. -- 2006. -- Vol. 45, no. 3B. -- P. 2242-2245.

42. Войтенко, А. И. Влияние волн зарядовой плотности на туннельные спектры сверхпроводника BiSrCaCuO / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 2007. --. 49, 8. -- 1356-1362.

43. Gabovich, A. M. Charge-density-wave origin of the dip-hump structure in tunnel spectra of the BSCCO superconductor / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // Phys. Rev. B. -- 2007. -- Vol. 75, no. 6. -- P. 064516.

44. Analysis of the pseudogap-related structure in tunneling spectra of superconducting BiSrCaCuO

Размещено на http://www.allbest.ru/

revealed by the break-junction technique / T. Ekino, A. M. Gabovich, M. S. Li et al. // Phys. Rev. B. -- 2007. -- Vol. 76, no. 18. -- P. 180503.

45. Ekino, T. Analysis of the pseudogap-related structure in tunnel spectra of the superconducting BiSrCaCuO revealed by break-junction technique / T. Ekino, A. M. Gabovich, A. I. Voitenko // ФНТ. -- 2008. --. 34, 6. -- 515-519.

46. Temperature-dependent pseudogap-like features in tunnel spectra of high- cuprates as a manifestation of charge-density waves / T. Ekino, A. M. Gabovich, M. S. Li et al. // J. Phys.: Condens. Matter. -- 2008. -- Vol. 20, no. 42. -- P. 425218.

47. Войтенко, А. И. Волны зарядовой плотности в частично-диэлектризованных сверхпроводниках с d-спариванием / А. И. Войтенко, А. М. Габович // ФТТ. -- 2010. --. 52, 1. -- 20-27.

48. Competition of superconductivity and charge density waves in cuprates: Recent evidence and interpretation / A. M. Gabovich, A. I. Voitenko, T. Ekino et al. // Adv. Condens. Matter Phys. -- 2010. -- Vol. 2010. -- P. Article ID 681070.

1. Specific heat of Mg B / R. A. Fisher, G. Li, J. C. Lashley et al. // Physica C. -- 2003. -- Vol. 385, no. 1-2. -- P. 180-191.

2. Unusual effects of anisotropy on the specific heat of ceramic and single crystal MgB / F. Bouquet, Y. Wang, I. Sheikin et al. // Physica C. -- 2003. -- Vol. 385, no. 1-2. -- P. 192-204.

3. Абрикосов, A. A. К теории сверхпроводящих сплавов с магнитными примесями / A. A. Абрикосов, Л. П. Горьков // ЖЭТФ. -- 1960. --. 39, 6. -- 1781-1796.

4. Light-scattering study of the superconducting energy gap in YBa Cu O single crystals / R. Hackl, P. Mь ller, D. Einzel, W. Glд ser // Physica C. -- 1989. -- Vol. 162-164. -- P. 1241-1242.

5. Temperature dependence of electronic Raman-scattering spectra in superconducting Bi Sr CaCu O single crystals / A. Yamanaka, H. Takato, F. Minami et al. // Phys. Rev. B. -- 1992. -- Vol. 46, no. 1. -- P. 516-519.

6. Raman scattering from electronic excitations in high- copper-oxides / A. Yamanaka, H. Takato, K. Yamamoto et al. // J. Phys. Chem. Sol. -- 1992. -- Vol. 53, no. 12. -- P. 1627-1634.

7. Абрикосов, A. A. Основы теории металлов / A. A. Абрикосов. -- Москва: Наука, 1987. -- 520.

8. Pseudogap precursor of the superconducting gap in under- and overdoped Bi Sr CaCu O / Ch. Renner, B. Revaz, J.-Y. Genoud et al. // Phys. Rev. Lett. -- 1998. -- Vol. 80, no. 1. -- P. 149-152.

9. Ekino, T. Features of the energy gap above in Bi Sr CaCu O

Размещено на http://www.allbest.ru/

as seen by break-junction tunneling / T. Ekino, Y. Sezaki, H. Fujii // Phys. Rev. B. -- 1999. -- Vol. 60, no. 9. -- P. 6916-6922.

АНОТАЦІЯ

Войтенко О. І. Вплив мезоскопічних неоднорідностей на термодинамічні та кінетичні властивості надпровідників. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут фізики НАН України, Київ, 2011.

В дисертації вивчається вплив просторової неоднорідності електронної підсистеми низько- та високотемпературних надпровідників на результати вимірювань властивостей відповідних зразків. По-перше, неоднорідності (наприклад, домішки чи нерегулярності структури самої кристалічної гратки) можуть змінювати характер мікроскопічного руху носіїв струму. По-друге, реакція просторово-неоднорідної системи на зовнішній чинник є інтегральним відгуком ансамблю елементарних об'ємів з індивідуальними температурними характеристиками, що пов'язані з локальними значеннями параметра порядку або енергетичної щілини. В обох випадках -надпровідники можуть імітувати властивості однорідних і неоднорідних -надпровідників або надпровідників з комбінованою симетрією спарювання.

Поряд з тим просторова неоднорідність електронної підсистеми модифікує прояви інших колективних явищ. Для демонстрації цього факту в дисертації розроблена самоузгоджена теорія однорідних надпровідників з хвилями зарядової густини (ХЗГ) і частковою діелектризацією поверхні Фермі та побудована теорія їх термодинамічних властивостей. Побудована теорія струмів через тунельні контакти, що включають однорідні ХЗГ надпровідники. Як застосування цієї теорії було розглянуто порушення симетрії в переходах з ХЗГ електродами та розроблено теорію спін-залежного тунелювання в зовнішньому магнітному полі через такі переходи.

Моделювання високотемпературних оксидів як просторово-неоднорідних ХЗГ -надпровідників дозволяє природним чином пояснити структуру горбок-ямка та псевдощілину у відповідних тунельних вольт-амперних характеристиках (ВАХ) як спотворений прояв ХЗГ при різних температурах з високою відтворюваністю температурної поведінки цих особливостей ВАХ в усьому температурному інтервалі та для різних геометрій переходу. Водночас, отримані результати свідчать про необхідність залучення інших типів надпровідного спарювання (зокрема, -спарювання) для пояснення ВАХ у всьому діапазоні напруг.

Ключові слова: надпровідність, хвилі зарядової густини, симетрія спарювання, просторова неоднорідність, низькотемпературна асимптотика, непружне розсіяння, тунельні переходи, вольт-амперні характеристики, порушення симетрії, спін-залежне тунелювання, псевдощілина.

АННОТАЦИЯ

Войтенко А.И. Влияние мезоскопических неоднородностей на термодинамические и кинетические свойства сверхпроводников. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт физики НАН Украины, Киев, 2011.

В диссертации изучается влияние пространственной неоднородности электронной подсистемы низко- и высокотемпературных сверхпроводников на свойства соответствующих образцов. Во-первых, неоднородности (например, примеси или нерегулярности структурі самой кристаллической решетки) могут изменять характер микроскопического движения носителей тока. Во-вторых, реакция пространственно-неоднородной системы на внешний фактор является интегральным откликом ансамбля элементарных объемов с индивидуальными температурными характеристиками, связанными с локальными значениями параметра порядка или энергетической щели. В обоих случаях -сверхпроводники могут имитировать свойства однородных и неоднородных -сверхпроводников или сверхпроводников с комбинированной симметрией спаривания.

Вместе с тем, пространственная неоднородность электронной подсистемы модифиципует проявления других коллективных явлений. Для демонстрации этого факта в диссертации разработана самосогласованная теория однородных сверхпроводников с волнами зарядовой плотности (ВЗП) и частичной диэлектризацией поверхности Ферми и построена теория их термодинамических свойств. Построена теория токов через туннельные переходы, включающие ВЗП сверхпроводники. В качестве применения этой теории было рассмотрено нарушение симметрии в переходах с ВЗП электродами и развита теория спин-зависимого туннелтрования во внешнем магнитном поле через такие переходы.

Моделирование высокотемпературных оксидов как пространственно-неоднородных ВЗП -сверхпроводников позволяет естественным образом объяснить структуру горбик-ямка и псевдощель в соответствующих туннельных вольт-амперных характеристиках (ВАХ) как искаженное проявление ВЗП при разных температурах с высокой воспроизводимостью температурного поведения этих особенностей ВАХ во всем температурном интервале и для разных геометрий перехода. В то же время, полученные результаты свидетельствуют о необходимости привлечения других типов сверхпроводящего спаривания (в частности, -спаривания) для объяснения ВАХ во всем диапазоне напряжений.

Ключевые слова: сверхпроводимость, волны зарядовой плотности, симметрия спаривания, пространственная неоднородность, низкотемпературная асимптотика, неупругое рассеяние, туннельные переходы, вольт-амперные характеристики, нарушение симметрии, спин-зависимое туннелирование, псевдощель.

SUMMARY

Voitenko A.I. Influence of mesoscopic heterogeneities on thermodynamic and kinetic properties of superconductors. - Manuscript.

Dissertation thesis for the Doctoral degree in Physics and Mathematics, speciality 01.04.07 - solid state physics. - Institute of Physics of the NAS of Ukraine, Kyiv, 2011.

The dissertation deals with the influence of the spatial nonuniformity in the electronic subsystem of low- and high-temperature superconductors on the superconductor properties. Two ways of this influence have been considered. First, heterogeneities, such as admixtures and irregularities in the crystal lattice structure, can affect the parameters and character of microscopic motion of internal charge carriers, more specifically, the parameters of their scattering by crystal lattice vibrations. Second, the response of spatially nonuniform system to an external signal is no more than a sum of responses produced by the ensemble of elementary volumes, every of them having its own temperature scale of evolution associated with the local value of the order parameter or the energy gap. The integral response has been analyzed in the case when the local behavior of superconductor is described by the Bardeen-Cooper-Schrieffer model with isotropic -wave pairing. In both cases a number of superconductor properties can acquire features typical of those for homogeneous and heterogeneous -superconductors or superconductors with a combined pairing symmetry. In the former case (inelastic scattering of charge carriers), this transformation can result in the change of phase transition kind.

At the same time, the spatial heterogeneity of electronic subsystem has also to affect the manifestations of other collective phenomena different from the superconducting one. The manifestations can be distorted by spatial heterogeneity, the distortions being large enough in comparison with the dispersionless case, which could result in misinterpretations. The analysis carried out in the dissertation testifies that just those distortions are an origin of dip-hump and pseudogap features in the tunnel spectra of high-temperature superconductors, both phenomena having no proper interpretation until now. To explain them, a self-consistent theory of uniform superconductors with charge density waves (CDWs) and partial dielectric gapping of their Fermi surface has been developed. The corresponding temperature dependences of superconducting and dielectric order parameters and energy gaps, as well as the specific heat and the paramagnetic limit, have been determined. A theory of tunnel currents through junctions with spatially homogeneous partially gapped CDW superconductors has been developed. As examples of this theory applications, the possibility of experimental observation of symmetry violation in junctions between thermodynamically equivalent CDW electrodes (i.e. the appearance of phase difference between dielectric order parameters in both electrodes) has been considered, and the theory of spin-dependent tunneling in an external magnetic field through junctions with CDW electrodes was developed; the latter may be useful for spintronic applications.

The general approach of spatially inhomogeneous medium to the analysis of tunneling through junctions with CDW superconductors allows both the dip-hump structure and the pseudogap feature in the current-voltage characteristics (CVCs) of high-temperature oxides to be easily identified as a CDW manifestation at different temperatures, with the temperature behavior of those features being adequately reproduced in the whole temperature interval and for different junction geometries (symmetric or nonsymmetric). At the same time, the results obtained show that the explanation of CVC profiles in the whole range of bias voltage, including near-zero voltages, requires that other aspects of superconducting pairing (for example, -symmetry of the order parameter) should be taken into consideration.

Thus, the results obtained testify that probable inhomogeneity of objects must be taken into account while developing corresponding theoretical models. The fact should be emphasized that an account of a unique common factor--namely, inhomogeneity of local properties of electronic subsystem--was enough to explain discrepancies between experimentally observed dependences and those deduced from conventional theories for a number of properties, which, as a rule, are classified to different (thermodynamic and kinetic) types in solid state physics.

Keywords: superconductivity, charge density waves, pairing symmetry, spatial inhomogeneity, low-temperature asymptotic, inelastic scattering, tunnel junctions, current-voltage characteristics, symmetry violations, spin-dependent tunneling, pseudogap.

Размещено на Allbest.ru