Новые металл/сверхпроводник-диэлектрик переходы и их влияние на высокотемпературную сверхпроводимость в недолегированных и оптимально легированных купратах
DOI:
https://doi.org/10.31489/2024No1/21-27Ключевые слова:
образование поляронов и волны зарядовой плотности, металл/сверхпроводник-диэлектрик переход, купраты, Бозе-жидкостная сверхпроводимость, различные нарушения, подавление и усиление ВТСПАннотация
Разработан новый подход к металл/сверхпроводник-диэлектрик переходу в легированных купратах путем изучения образования поляронов и локализации в них легированных носителей заряда (дырок) и возможности превращения металлической или сверхпроводящей системы в диэлектрик. Более подходящий критерий такого фазового перехода был получен путем сравнения ширины полосы (или энергии Ферми) больших поляронов с их энергиями связи в купратах. Предсказана возможность металл/сверхпроводник- диэлектрик перехода и фазового расслоения в легированных купратах, приводящего к образованию конкурирующих металлических/сверхпроводящих и диэлектрических фаз в недолегированных, оптимально легированных и даже в сверхлегированных высокотемпературных купратах. Затем было исследовано возможное вредное и благотворное влияние различных нарушений (например, образования поляронов и перехода волны зарядовой плотности) и сосуществующих диэлектрических и сверхпроводящих фаз на критическую температуру Tc сверхпроводящего перехода недолегированных и оптимально легированных купратов. Определена реальная температура сверхпроводящего перехода Tc в этих материалах с использованием теории сверхпроводимости Бозе-жидкости, а не теории сверхпроводимости Ферми-жидкости типа Бардина-Купера-Шриффера, которая не способна предсказать соответствующее значение Tc в высокотемпературных купратах. Обнаружено, что подавление поляронных эффектов и эффектов волны зарядовой плотности в оптимально легированных купратах приводит к увеличению Tc, а некоторые дефекты решетки (например, анионные вакансии) в купратах могут сильно влиять на Tc и усиливать высокотемпературную сверхпроводимость в них.
Библиографические ссылки
Imada M., Fujimori A., Tokura Y. Metal-insulator transitions. Review of Modern Physics, 1998, Vol.70, pp.1039. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.70.1039
Dzhumanov S. Theory of Conventional and Unconventional Superconductivity in the High-T Cuprates and Other Systems. Nova science publishers, New York, USA, 2013, 356 p. https://novapublishers.com/shop/theory-of- conventional-and-unconventional-superconductivity-in-the-high-tc-cuprates-and-other-systems/
Dzhumanov S., Baimatov P.J., Ganiev O.K., Khudayberdiev Z.S., Turimov B.V. Possible mechanisms of carrier localization, metal–insulator transitions and stripe formation in inhomogeneous hole-doped cuprates. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2012, Vol.73(3), pp. 484 – 494. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2011.11.029
Lee P.A., Nagaosa N., Wen X.-G. Doping a Mott insulator: Physics of high-temperature superconductivity. Review of Modern Physics, 2006, Vol.78 (1), pp. 17 – 85. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.78.17
Bardeen J., Cooper L.N., Schrieffer J.R. Theory of superconductivity. Physical Review, 1957, Vol.108 (5), pp.1175. https://doi.org/10.1103/PhysRev.108.1175
Lavrov A.N., Gandmakher V.F. Low-temperature resistivity of underdoped cuprates, Physics-Uspekhi, 1998, Vol.41(2), pp. 223-226. https://ufn.ru/ufn98/ufn98_2/ufn982ai.pdf
Goldman A.M., Markovic N. Superconductor‐Insulator Transitions in the Two‐Dimensional Limit. Physics Today, 1998, Vol.51(11), pp. 39 - 44. https://doi.org/10.1063/1.882069
Vedeneev S.I. High-temperature superconductors in high and ultrahigh magnetic fields. Physics-Uspekhi, 2012, Vol.55(6), pp. 625 – 632. https://doi.org/10.3367/UFNe.0182.201206h.0669
Ino A., Kim C., Nakamura M., Yoshida T., Mizokawa T., Shen Z.-X., Fujimori A., Kakeshita T., Eisaki H., Uchida S. Electronic structure of La2-xSrxCuO4 in the vicinity of the superconductor-insulator transition. Physical Review B, 2000, Vol.62, pp. 4137. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.4137
Ono S., Ando Yoichi, Murayama T., Balakirev F.F., Betts J.B., Boebinger G.S. Metal-to-Insulator Crossover in the Low-Temperature Normal State of Bi2Sr2−xLaxCuO6+δ. Physical Review Letters, 2000, Vol. 85(3), pp. 638 – 641. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.638
Anshukova A.I., Golovashkin L.I., Ivanova A.P., Rusakov. J. The effect of superstructural ordering on the properties of high-temperature oxide superconductor systems. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2003, Vol.96(6), pp. 1045. https://doi.org/10.1134/1.1591216
Abrikosov A.A. Resonant tunneling in high-Tc superconductors. Physics-Uspekhi, 1998, Vol.41(6), pp. 605 - 616. https://doi.org/10.1070/PU1998v041n06ABEH000411
Kastner M.A., Birgeneau R.J., Shirane G., Endoh Y. Magnetic, transport, and optical properties of monolayer copper oxides. Review of Modern Physics, 1998, Vol.70(3), pp. 897 – 928. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.70.897
Basov D.N., Timusk T. Electrodynamics of high-Tc superconductors. Review of Modern Physics, 2005, Vol.77(2), pp. 721 – 779. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.77.721
Dzhumanov, S., Khidirov, I., Kurbanov, U. T., Khudayberdiev, Z. S., Rashidov, J. S. Distinctive Features of Metal-Insulator Transitions, Multiscale Phase Separation, and Related Effects in Hole-Doped Cuprates. Ukrainian Journal of Physics, 2019, Vol. 64(4), pp. 322. https://doi.org/10.15407/ujpe64.4.322
Dzhumanov S., Sabirov S.S., Karimbaev E.X., Rashidov J.Sh., Djumanov D.S., Kurbanov U.T., Sheraliev M.U. Formation of strong-coupling (bi)polarons and related in-gap states in lightly-doped cuprate superconductors. Modern Physics Letters B, 2021, Vol.35, pp. 2150190. https://dx.doi.org/10.1142/s0217984921501906
Bi X.X., Eklund P.C. Polaron contribution to the infrared optical response of La2−xSrxCuO4+δ and La2−xSrx . Physical Review Letter, 1993, Vol.70(17), pp. 2625 – 2628. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.70.2625
Fink J., Nucker N., Alexander M., Romberg H., Knupeer M., Merkel M., Adelmann P., Claessen R., Mante G., Buslaps T., Harm S., Manzke R., Skibowski M. High-energy spectroscopy studies of high-Tc superconductors. Physica C: Superconductivity, 1991, Vol.185–189 (1), pp. 45 – 50. https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)91948-4
Ono S., Ando Y., Murayama T., Balakirev F.F., Betts J.B., Boebinger G.S. Low-temperature normal state of Bi2Sr2−xLaxCuO6+δ: comparison with La2−xSrxCuO4. Physica C: Superconductivity, 2001, Vol. 357–360 (1), pp. 138 – 141. https://doi.org/10.1016/S0921-4534(01)00187-3
Ando Y., Ono S., Sun X.F., Takeya J., Balakirev F.F., Betts J.B., and Boebinger G.S. Quantum Phase Transitions in the Cuprate Superconductor Bi2Sr2−xLaxCuO6+δ. Physical Review Letters, 2004, Vol. 92, pp. 247004. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.247004
Dzhumanov S. Microscopic theory of pseudogap phenomena and unconventional Bose-liquid superconductivity and superfluidity in high-Tc cuprates and other systems. arXiv:1912:12407, 2020, pp. 74. https://doi.org/10.48550/arXiv.1912.12407
Pietronero L., Strässler S and Grimaldi C., Nonadiabatic superconductivity. I. Vertex corrections for the electron-phonon interactions. Physical Review B, 1995, 52, 10516. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.10516
Timusk T., Statt B. The pseudogap in high-temperature superconductors: an experimental survey. Rep. Prog. Phys., 1999, Vol.62, pp. 61. doi:0.1088/0034-4885/62/1/002
Matsuzaki T., Ido M., Momono N., Dipasupil R.M., Nagata T., Sakai A., Oda M. Superconducting gap and pseudogap behavior in high-Tc cuprates. J. Phys. Chem. Solids, 2001, Vol. 62, Is. 1-2, pp. 29-33. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(00)00096-2
Tallon J.L., Loram J.W., Cooper J.R., Panagopoulos C., Bernhard C. Superfluid density in cuprate high-Tc superconductors: A new paradigm. Physical Review B, 2003, Vol. 68, pp. 180501. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.180501
Leroux M., Mishra V., Ruff J.P.C., Claus H., Smylie M. P., Opagiste C., Rodiere P., Kayani A., Gu G. D., Tranquada J.M. Kwok W-K., Islam Z., Welp U. Disorder raises the critical temperature of a cuprate superconductor. Proceedings of the National Academy of Sciences- PNAS, 2019, Vol.116, pp. 10691. https://doi.org/10.1073/pnas.1817134116
