Строительные исследования
страница - 0
ТЕПЛОЕМКОСТЬ КУПРАТОВ В ОБЛАСТИ ПСЕВДОЩЕЛЕВОГО
СОСТОЯНИЯ
Амитин Е.Б.(1 )(amitin@casper.che.nsk. su), Блинов А.Г. (1 2), Жданов К.Р. Каменева М.Ю. (1),Козеева Л.П. Ковалевская Ю.А. Пауков И.Е. (1)
(1) Институт неорганической химии СО РАН (2) Новосибирский государственный университет
Введение
В последние годы в периодической печати появился ряд статей, посвященных исследованию особенностей различных свойств, обусловленных появлением т.н. псевдощелевого состояния (ПЩС), в недодопированных иттриевых 1-2-3 и лантановых 2-1-4 купратных ВТСП. Необычные свойства этих систем начинаются при уменьшении концентрации носителей р от некоторой критической рс (см.рис.1), соответствующей (или близкой к) точке оптимального допирования (ТОД). В (ТОД) имеет место фазовый переход из сверхпроводящего состояния в обычное металлическое. С уменьшением концентрации носителей выше линии ТСр), в интервале температур Тс(р) < T <T (p) появляется новое состояние вещества, которое получило название ПЩС.
степень допирования (p)pc
Рис.1.
Схематический вид фазовой диаграммы
Сотни публикаций были посвящены изучению необычных проявлений ПЩС в различных свойствах. Наиболее убедительные доказательства существования ПЩС были получены прямыми методами - фотоэмиссии с угловым разрешением (ARPES) и методами электронного туннелирования [1-3]. Эти данные указывают на заметное уменьшение плотности электронных состояний в области ПЩС. В ПЩС плотность электронных состояний в окрестности Ферми поверхности имеет V-образную форму. Повышение температуры и переход через граничную линию T (p) приводит к сглаживанию V-образного провала. При этом система трансформируется из псевдощелевого состояния в обычное металлическое. Исторически исследование граничных явлений в недодопированном состоянии в нормальной фазе купратных ВТСП складывалось таким образом, что линия Т (р) воспринималась как граница области, в которой имело место резкое отклонение от правила Коринги для ЯМР спин-решеточной релаксации [4, 5] (Рис. 1). Дальнейшие исследования различных свойств в этой области показали, что таких граничных зависимостей можно определить, по крайней мере, две. Как показали эксперименты, различные свойства определяют разные положения границ этого состояния [6]. Известно, что граница, определенная методами ЯМР по сдвигу Найта или методами спин-решеточной релаксации, проходит существенно выше по оси температур, чем низкотемпературная граница. Основываясь на экспериментальных фактах, ряд авторов полагает, что существуют две области ПЩС - область сильного ПЩС и область слабого псевдощелевого состояния [6]. Приемлемыми на данном этапе могут быть обозначения, предлагаемые в [6]. Верхняя граница, определенная как граница кроссоверных явлений при ЯМР исследованиях, обозначается как То. Нижняя граница может быть традиционно обозначена Т*(р). В литературе делается упор на два основных механизма образования ПЩС:
1 . Первый механизм связан с образованием некогерентных спаренных состояний (precursor pairing). При понижении температуры концентрация таких пар увеличивается до тех пор пока в точке Тс не произойдет переход некогерентных пар в коррелированное сверхпроводящее состояние [7, 8].
2. Второй механизм предполагает формирование псевдощелевых состояний за счет взаимодействий носителей зарядов с флуктуациями антиферромагнитного или зарядового ближнего порядка (волн зарядовой или спиновой плотности) [9-11].
Расчеты показывают [1 2], что такого вида взаимодействия могут приводить к V-образным провалам плотности состояний на поверхности Ферми.
Выбор той или иной модели возникновения псевдощелевых состояний представляет собою достаточно сложную задачу.
Многие авторы полагают, что второй механизм может оказаться более правдоподобным, чем первый. Действительно, экспериментальные факты свидетельствуют о том, что при приближении системы к тетра- орто переходу и удалении от точки оптимального допирования расстояние между граничными линиями Т*(р) и Тс(р) по оси температур фазовой диаграммы существенно возрастает. В то же время, казалось бы, что близкие механизмы спаривания в области ПЩС и в сверхпроводящей фазе должны приводить к близким зависимостям обеих граничных линий.
В этом смысле второй механизм, в котором определяющую роль должна играть интенсивность магнитных и зарядовых флуктуаций, может приводить к возрастанию области существования ПЩС при приближении к точке тетра - орто перехода.
В экспериментальном плане, наряду с прямыми исследованиями особенностей электронных состояний в ПЩС 1 -2-3 и 2-1 -4 купратных ВТСП методами ARPES и электронного туннелирования, значительный вклад в развитие новых представлений могут вносить работы по изучению термодинамических свойств этих соединений. Первые исследования необычных особенностей термодинамических характеристик в этих системах были проведены в группе А. Юнода в начале 90-х годов [13, 14].
Основные работы по изучению новых эффектов в термодинамических характеристиках недодопированных купратов, связанных с появлением ПЩС, были проведены в группе Лорама с соавторами [15-19] во второй половине 90 -х годов и продолжаются в настоящее время. Интерес к этим исследованиям продолжает возрастать, поскольку в теоретическом плане остается много неясностей по поводу описания наблюдаемых явлений. В экспериментальном плане значительные трудности имеют место при определении вклада электронной составляющей теплоемкости. Компонента электронной теплоемкости (Сэл) в нормальном состоянии выше Тс не превышает 2-3 % общей величины теплоемкости. Составляющая Сэл, связанная с образованием ПЩС, еще меньше и не превышает половины процента суммарной величины теплоемкости. В этой ситуации даже небольшая погрешность в разделении решеточной, электронной и магнитной составляющих теплоемкости может привести к значительным ошибкам в определении основных параметров электронных свойств купратных систем.
Лорам с соавторами для определения электронных составляющих теплоемкости в иттриевых купратах YBCO6+x в области ПЩС использовал в качестве базовой величины решеточную теплоемкость Среш диэлектрика YBCO6. При этом авторы учитывали возможные различия решеточных компонент в исследуемых купратах. Эти поправки принимались в виде разложения по эйнштейновским функциям. Параметры разложения определялись в области низких температур (T = 40 К). Экстраполяция этих составляющих в область ПЩС позволила авторам выделить электронные компоненты изучаемых недодопированных купратов.
Необходимо заметить, что в величину Среш, определенную таким образом, должны входить также разница магнитных и ангармонических вкладов. Аппроксимация этой разницы и экстраполяция ее эйнштейновскими функциями в область ПЩС может привести к существенным погрешностям при определении электронной составляющей.
В связи с вышесказанным мы полагаем, что более корректным может оказаться способ определения электронных вкладов, связанных с образованием ПЩС, при помощи сопоставления с экспериментальными данными для образца в области точки оптимального допирования. Эта попытка представлена в настоящей работе.
Методика эксперимента и характеристики образцов
Исследования температурных зависимостей теплоемкости туллиевых купратов TmBa2Cu3O692 и TmBa2Cu3O670 проводились нами с использованием автоматизированного низкотемпературного вакуумного адиабатического калориметра [20]. Отличие от измерений, проводившихся в [20] сводилось к тому, что никелевая калориметрическая ампула была заменена на аналогичную ампулу, изготовленную из посеребренной меди. Ампула объемом « 6 см была проградуирована в температурном интервале 6 - 31 0 К, а надежность работы установки проверялась измерением стандартного вещества - бензойной кислоты высокой степени чистоты. Получено хорошее согласие с надежными литературными данными [21 -23]. Точность измерений составляла ±2 % при температурах 6-10 К, 0.5 % в интервале 10-30 К, 0.2 % от 30 до 60 К и 0.1 % в интервале от 60 до 310 К. Средний разброс экспериментальных значений теплоемкости в интервале 100 - 300 К составил = 0.02 %. При более низких температурах разброс возрастал до величины порядка 1 % при 1 0 К. При измерении каждого образца было сделано около 300 калориметрических опытов. Масса образцов составляла «16 г.
Керамический образец Tm-1 -2-3 был получен по стандартной методике твердофазного синтеза из оксидов Tm2O3 (марка Tm-3), BaO и СЮ (марки ОСЧ). С
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2]