Pseudogap

Fasdiagram för en dopad kupratsupraledare som visar pseudogapfasen

I den kondenserade materiens fysik beskriver en pseudogap ett tillstånd där Fermi-ytan av ett material har ett partiellt energigap , till exempel ett bandstrukturtillstånd där Fermi-ytan är gapad endast vid vissa punkter. Termen pseudogap myntades av Nevill Mott 1968 för att indikera ett minimum i densiteten av tillstånd på Fermi-nivån , N ( EF ), som _är ett resultat av Coulomb-repulsion mellan elektroner i samma atom, ett bandgap i ett oordnat material eller en kombination av dessa. I det moderna sammanhanget är pseudogap en term från området för högtemperatursupraledning som hänvisar till ett energiområde (normalt nära Fermi-nivån ) som har mycket få tillstånd associerade med sig. Detta är mycket likt ett sant "gap", vilket är ett energiområde som inte innehåller några tillåtna tillstånd. Sådana luckor öppnar sig till exempel när elektroner interagerar med gittret. Pseudogap-fenomenet observeras i ett område av fasdiagrammet som är generiskt för cuprate-supraledare av hög temperatur, som existerar i underdopade prover vid temperaturer över den supraledande övergångstemperaturen.

Endast vissa elektroner "ser" detta gap. Gapet, som borde vara associerat med ett isolerande tillstånd, existerar endast för elektroner som färdas parallellt med koppar-syrebindningarna. Elektroner som rör sig i 45° till denna bindning kan röra sig fritt genom kristallen. Fermi -ytan består därför av Fermi-bågar som bildar fickor centrerade i hörnet av Brillouin-zonen . I pseudogap-fasen försvinner dessa bågar gradvis när temperaturen sänks tills endast fyra punkter på diagonalerna i Brillouin-zonen förblir oupptagna.

Å ena sidan kan detta indikera en helt ny elektronisk fas som förbrukar tillgängliga tillstånd, vilket bara lämnar ett fåtal kvar att para ihop och supraledning. Å andra sidan kan likheten mellan detta partiella gap och det i det supraledande tillståndet indikera att pseudogapen är ett resultat av förformade Cooper-par .

Nyligen har ett pseudogaptillstånd också rapporterats i starkt störda konventionella supraledare såsom TiN , NbN eller granulärt aluminium.

Experimentella bevis

En pseudogap kan ses med flera olika experimentella metoder. En av de första observationerna _{var av}_i NMR-mätningar av YBa2Cu3O6 ₊ x H. Alloul et al . och genom specifika värmemätningar av Loram et al. Pseudogapen är också uppenbar i ARPES (Angle Resolved Photoemission Spectroscopy) och STM ( Scanning tunneling microscope ) data, som kan mäta tätheten av tillstånden hos elektronerna i ett material.

Mekanism

Ursprunget till pseudogap är kontroversiellt och fortfarande föremål för debatt i den kondenserade materia-gemenskapen. Två huvudsakliga tolkningar dyker upp:

1. Scenariot med förformade par I detta scenario bildar elektroner par vid en temperatur T* som kan vara mycket större än den kritiska temperaturen T _c där supraledning uppträder. Värden på _T * i storleksordningen 300 K har uppmätts i underdopade kuprater där Tc är cirka 80 K. Supraledningsförmågan visas inte vid T* eftersom stora fasfluktuationer i parningsfältet inte kan ordnas vid denna temperatur. Pseudogapen produceras sedan av inkoherenta fluktuationer i parningsfältet. Pseudogapen är en normaltillståndsprekursor för det supraledande gapet på grund av lokala, dynamiska parningskorrelationer. Denna synvinkel stöds av en kvantitativ metod för den attraktiva parningsmodellen till specifika värmeexperiment.

2. Scenariot med en icke-superledningsrelaterad pseudogap I denna klass av scenarier har många olika möjliga ursprung lagts fram, såsom bildandet av elektroniska ränder , antiferromagnetisk ordning, eller andra exotiska ordningsparametrar som konkurrerar med supraledning.

externa länkar