N a d p r z e w o d n i c t w o - przegla d faktów i koncepcji

Transkrypt

1 Katowice, 12 listopada 2008 r. N a d p r z e w o d n i c t w o - przegla d faktów i koncepcji T. DOMAŃSKI Uniwersytet M. Curie-Skłodowskiej w Lublinie

2 Plan referatu:

3 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego /

4 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki

5 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki a) klasyczne,

6 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki a) klasyczne, b) wysokotemperaturowe,

7 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki a) klasyczne, b) wysokotemperaturowe, c) przegla d odkryć w XXI wieku,

8 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki a) klasyczne, b) wysokotemperaturowe, c) przegla d odkryć w XXI wieku, d) nadprzewodnictwo w oksypkniktydach.

9 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki a) klasyczne, b) wysokotemperaturowe, c) przegla d odkryć w XXI wieku, d) nadprzewodnictwo w oksypkniktydach. Fluktuacje nadprzewodza ce powyżej T c / najnowsze doniesienia /

10 Plan referatu: Wste p / istota stanu nadprzewodza cego / Nadprzewodniki a) klasyczne, b) wysokotemperaturowe, c) przegla d odkryć w XXI wieku, d) nadprzewodnictwo w oksypkniktydach. Fluktuacje nadprzewodza ce powyżej T c / najnowsze doniesienia / Podsumowanie

11 1. Wste p

12 Istota nadprzewodnictwa

13 Istota nadprzewodnictwa całkowity zanik oporu /stałopra dowego/ opor 0 T c temperatura

14 Istota nadprzewodnictwa całkowity zanik oporu /stałopra dowego/ opor idealny diamagnetyzm /wypychanie pola magnetycznego/ 0 T c temperatura T > T c T < T c

15 Inne ważne właściwości fizyczne

16 Inne ważne właściwości fizyczne W temperaturze T c dochodzi do przejścia fazowego c V (T) 0 0 ~ e /T T c temperatura (II-ego rodzaju wg klasyfikacji Landaua)

17 Inne ważne właściwości fizyczne W temperaturze T c dochodzi do przejścia fazowego c V (T) ~ e /T (II-ego rodzaju wg klasyfikacji Landaua) 0 0 T c temperatura Poniżej T c pojawia sie parametr porza dku (0) 0 (T) (który zwykle jest współmierny do przerwy energetycznej) temperatura T c

18 Spontaniczne łamanie symetrii

19 Spontaniczne łamanie symetrii Parametr porza dku χ = χ e iθ gdzie χ ĉ k ĉ k

20 Spontaniczne łamanie symetrii Parametr porza dku χ = χ e iθ gdzie χ ĉ k ĉ k prowadzi do łamania symetrii cechowania.

21 Spontaniczne łamanie symetrii Parametr porza dku χ = χ e iθ gdzie χ ĉ k ĉ k prowadzi do łamania symetrii cechowania. Tzw. mechanizm Andersona-Higgsa odpowiedzialny za zjawisko Meissnera był później inspiracja do bardziej fundamentalnych uogólnień, m.in.

22 Spontaniczne łamanie symetrii Parametr porza dku χ = χ e iθ gdzie χ ĉ k ĉ k prowadzi do łamania symetrii cechowania. Tzw. mechanizm Andersona-Higgsa odpowiedzialny za zjawisko Meissnera był później inspiracja do bardziej fundamentalnych uogólnień, m.in r. Y. Nambu (Nagroda Nobla, 2008 r.)

23 Spontaniczne łamanie symetrii Parametr porza dku χ = χ e iθ gdzie χ ĉ k ĉ k prowadzi do łamania symetrii cechowania. Tzw. mechanizm Andersona-Higgsa odpowiedzialny za zjawisko Meissnera był później inspiracja do bardziej fundamentalnych uogólnień, m.in r. Y. Nambu (Nagroda Nobla, 2008 r.) 1967 r. A. Salam, S. Weinberg (Nagroda Nobla, 1979 r.)

24 2. Nadprzewodniki a) klasyczne

25 Pierwsze odkrycie Najwcześniej (przypadkowo) odkrytym nadprzewodnikiem była rte ć z temperatura krytyczna T c = 4,2 K.

26 Pierwsze odkrycie Najwcześniej (przypadkowo) odkrytym nadprzewodnikiem była rte ć z temperatura krytyczna T c = 4,2 K.

27 Pierwsze odkrycie Najwcześniej (przypadkowo) odkrytym nadprzewodnikiem była rte ć z temperatura krytyczna T c = 4,2 K r., Lejda (Holandia).

28 Nadprzewodniki klasyczne Nadprzewodnictwo odkrywano naste pnie w różnych pierwiastkach oraz stopach. Oto wybrane przykłady: 80 ciekly N 2 60 T c (K) ciekly H 2 Nb 3 Ge Nb 3 Sn Nb Pb NbN V Si Nb Al Ge 3 Hg rok

29 2. Nadprzewodniki b) wysokotemperaturowe

30 Nowa epoka odkryć A. Müller, G. Bednorz / IBM Rüschlikon, Szwajcaria / w 1986 roku odkryli, że materiał ceramiczny La 2 x Sr x CuO 4 : który bez domieszkowania (x=0) jest izolatorem w zakresie 0,05 < x < 0,25 staje sie nadprzewodza cy i osia ga maksymalna temperature krytyczna T c =36 K.

34 Odkrycie Müllera i Bednorza zapocza tkowało burzliwy okres poszukiwania nadprzewodników wysokotemperaturowych. 180 * HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+δ HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+δ 120 Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 T c (K) ciekly N 2 Bi 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 YBa 2 Cu 3 O 7 δ 60 La 2 δ Sr δ CuO 4 40 ciekly H Nb 2 Nb 3 Sn 3 Ge 20 Hg Pb Nb NbN V Si Nb Al Ge rok

35 1. Wyjściowe zwia zki (ang. parent compounds) sa kwazi dwuwymiarowymi izolatorami typu Motta

36 1. Wyjściowe zwia zki (ang. parent compounds) sa kwazi dwuwymiarowymi izolatorami typu Motta Pytanie 1: Jaki wpływ ma kwazi dwuwymiarowość i jaka role odgrywa antyferromagnetyzm?

37 2. Stan nadprzewodza cy powstaje poprzez domieszkowanie izolatora:

38 2. Stan nadprzewodza cy powstaje poprzez domieszkowanie izolatora: elektronami lub dziurami O. Fisher et al, Rev. Mod. Phys. 79, 353 (2007).

39 2. Stan nadprzewodza cy powstaje poprzez domieszkowanie izolatora: elektronami lub dziurami O. Fisher et al, Rev. Mod. Phys. 79, 353 (2007). Pytanie 2: Dlaczego diagram jest asymetryczny?

40 3. Domieszkowanie fazy izolatorowej:

41 3. Domieszkowanie fazy izolatorowej: a) przebiega w sposób wysoce niejednorodny / E. Dagotto, Science 309, 257 (2005). /

42 3. Domieszkowanie fazy izolatorowej: a) przebiega w sposób wysoce niejednorodny / E. Dagotto, Science 309, 257 (2005). / b) ładunek i spin gromadza sie oddzielnie wzdłuż jednowymiarowych struktur wste gowych (ang. stripes) / J. Tranquada et al, Nature 429, 534 (2004). /

43 3. Domieszkowanie fazy izolatorowej: a) przebiega w sposób wysoce niejednorodny / E. Dagotto, Science 309, 257 (2005). / b) ładunek i spin gromadza sie oddzielnie wzdłuż jednowymiarowych struktur wste gowych (ang. stripes) / J. Tranquada et al, Nature 429, 534 (2004). / c) realne struktury wste gowe sa dynamiczne, tzn. fluktuuja w krótkiej skali czasu.

44 3. Domieszkowanie fazy izolatorowej: a) przebiega w sposób wysoce niejednorodny / E. Dagotto, Science 309, 257 (2005). / b) ładunek i spin gromadza sie oddzielnie wzdłuż jednowymiarowych struktur wste gowych (ang. stripes) / J. Tranquada et al, Nature 429, 534 (2004). / c) realne struktury wste gowe sa dynamiczne, tzn. fluktuuja w krótkiej skali czasu. Pytanie 3: Czy struktury wste gowe rzeczywiście maja zwia zek z nadprzewodnictwem?

45 4. Struktura elektronowa

46 4. Struktura elektronowa W oparciu o pomiary nowej spektroskopii STM wykazano niejednorodność przerwy energetycznej w lokalnej ge stości stanów. / K. McElroy et al, Phys. Rev. Lett. 94, (2005) /

47 4. Struktura elektronowa W oparciu o pomiary nowej spektroskopii STM wykazano niejednorodność przerwy energetycznej w lokalnej ge stości stanów. / K. McElroy et al, Phys. Rev. Lett. 94, (2005) / Pytanie 4: Czy przerwy energetyczne obszarów normalnych i nadprzewodza cych maja wspólne pochodzenie?

48 5. Pseudoszczelina

49 5. Pseudoszczelina W doświadczalnych pomiarach:

50 5. Pseudoszczelina W doświadczalnych pomiarach: a) właściwości magnetycznych (czas relaksacji NMR, przesunie cie Knighta, rozpraszanie neutronów,...)

51 5. Pseudoszczelina W doświadczalnych pomiarach: a) właściwości magnetycznych (czas relaksacji NMR, przesunie cie Knighta, rozpraszanie neutronów,...) b) transportu ładunkowego (przewodnictwo stałoi zmienno-pra dowe,...

52 5. Pseudoszczelina W doświadczalnych pomiarach: a) właściwości magnetycznych (czas relaksacji NMR, przesunie cie Knighta, rozpraszanie neutronów,...) b) transportu ładunkowego (przewodnictwo stałoi zmienno-pra dowe,... c) widma jednocza stkowego (ciepło właściwe, ARPES, STM,...)

53 5. Pseudoszczelina W doświadczalnych pomiarach: a) właściwości magnetycznych (czas relaksacji NMR, przesunie cie Knighta, rozpraszanie neutronów,...) b) transportu ładunkowego (przewodnictwo stałoi zmienno-pra dowe,... c) widma jednocza stkowego (ciepło właściwe, ARPES, STM,...) jednoznacznie stwierdzono obecność przerwy energetyczna powyżej T c.

54 5. Pseudoszczelina W doświadczalnych pomiarach: a) właściwości magnetycznych (czas relaksacji NMR, przesunie cie Knighta, rozpraszanie neutronów,...) b) transportu ładunkowego (przewodnictwo stałoi zmienno-pra dowe,... c) widma jednocza stkowego (ciepło właściwe, ARPES, STM,...) jednoznacznie stwierdzono Pytanie 5: obecność przerwy energetyczna powyżej T c. Z jakim zjawiskiem zwia zana jest pseudoszczelina?

55 Koncepcje teoretyczne

56 Koncepcje teoretyczne

57 Koncepcje teoretyczne Aktualne interpretacje pseudoszczeliny: (a) jest to prekursor prawdziwej szczeliny stanu nadprzewodza cego (z powodu silnych fluktuacji), (b) reprezentuje inny niż nadprzewodnictwo rodzaj uporza dkowania, który zanika w QCP.

58 Koncepcje teoretyczne Aktualne interpretacje pseudoszczeliny: (a) jest to prekursor prawdziwej szczeliny stanu nadprzewodza cego (z powodu silnych fluktuacji), (b) reprezentuje inny niż nadprzewodnictwo rodzaj uporza dkowania, który zanika w QCP. Fakty doświadczalne nie sa obecnie w stanie rozstrzygna ć, która (i czy w ogóle) z tych interpretacji jest poprawna.

59 2. Nadprzewodniki c) przegla d odkryć w XXI wieku

60 Wykorzystanie nadprzewodników wysokotemperaturowych jest ograniczone niska wartościa ich pra dów krytycznych.

61 Wykorzystanie nadprzewodników wysokotemperaturowych jest ograniczone niska wartościa ich pra dów krytycznych. Pod tym wzgle dem dużo bardziej obiecuja cym jest:

62 Wykorzystanie nadprzewodników wysokotemperaturowych jest ograniczone niska wartościa ich pra dów krytycznych. Pod tym wzgle dem dużo bardziej obiecuja cym jest: przeoczony nadprzewodnik

63 Wykorzystanie nadprzewodników wysokotemperaturowych jest ograniczone niska wartościa ich pra dów krytycznych. Pod tym wzgle dem dużo bardziej obiecuja cym jest: przeoczony nadprzewodnik MgB 2 T c =39 K

64 Wykorzystanie nadprzewodników wysokotemperaturowych jest ograniczone niska wartościa ich pra dów krytycznych. Pod tym wzgle dem dużo bardziej obiecuja cym jest: przeoczony nadprzewodnik MgB 2 T c =39 K / J. Nagamatsu et al, Nature 410, 63 (2001) /

65 Wykorzystanie nadprzewodników wysokotemperaturowych jest ograniczone niska wartościa ich pra dów krytycznych. Pod tym wzgle dem dużo bardziej obiecuja cym jest: przeoczony nadprzewodnik MgB 2 T c =39 K / J. Nagamatsu et al, Nature 410, 63 (2001) / Wiadomo obecnie, że za nadprzewodnictwo MgB 2 odpowiada mechanizm fononowy i uczestnicza w nim elektrony dwóch pasm.

66 Nadprzewodnik i ferromagnetyk

67 Nadprzewodnik i ferromagnetyk Ferromagnetyk UGe 2 po przyłożeniu ciśnienia 1 GPa przechodzi w stan nadprzewodza cy! UGe 2 / S.S. Saxena et al, Nature 406, 587 (2000) /

68 Nadprzewodnik i ferromagnetyk Ferromagnetyk UGe 2 po przyłożeniu ciśnienia 1 GPa przechodzi w stan nadprzewodza cy! UGe 2 / S.S. Saxena et al, Nature 406, 587 (2000) / Zwykle magnetyzm wpływa destruktywnie na nadprzewodnictwo.

69 Nadprzewodniki rutenowe Silnie skorelowany tlenek rutenu to nadprzewodnik z parami trypletowymi, tak jak nadciekły 3 He. Ca 2 x Sr x RuO 4 / S. Nakatsuji et al, Phys. Rev. Lett. 93, (2004) / Badaniem nadprzewodnictwa w zwia zkach rutenowych zajmuja sie s w Polsce m.in. K.I. Wysokiński (Lublin) oraz J. Spałek i wsp. (Kraków).

70 Mokre nadprzewodniki Tlenek kobaltu Na x CoO 2 z interkalowana woda jest nadprzewodnikiem trypletowo singletowym. 60 T (K) Paramagnetic metal Charge ordered insulator H 2 O Intercalated Superconductor Curie-Weiss metal Magnetic Order Na x CoO 2 + y H 2 O 0 0 1/4 1/3 1/2 2/3 3/4 1 Na Content x / J. Cava et al, Phys. Rev. Lett. 92, (2004) / Badaniem tego nadprzewodnika zajmuja sie w Polsce: B. Andrzejewski (Poznań), T. Klimczuk (Gdańsk), M. Maśka i M. Mierzejewski (Katowice).

71 Najtwardszy nadprzewodnik

72 Najtwardszy nadprzewodnik Diament domieszkowany borem (synteza pod ciśnieniem 100 tys. atmosfer) staje sie nadprzewodnikiem w T c =4 K.

73 Najtwardszy nadprzewodnik Diament domieszkowany borem (synteza pod ciśnieniem 100 tys. atmosfer) staje sie nadprzewodnikiem w T c =4 K. / E.A. Ekimov et al, Nature 428, 542 (2004) /

74 Nadprzewodnik z grafitu

75 Nadprzewodnik z grafitu Wapń wstawiony mie dzy płaszczyzny grafitu prowadzi do nadprzewodnictwa w T c =11, 5 K.

76 Nadprzewodnik z grafitu Wapń wstawiony mie dzy płaszczyzny grafitu prowadzi do nadprzewodnictwa w T c =11, 5 K. / N. Emery et al, Phys. Rev. Lett. 95, (2005) /

77 ... a także

78 ... a także silnie radioaktywny PuCoGa 5 ( T c = 18,5 K ) Materiał ten jest używany w broni nuklearnej! / J.L. Sarrao et al, Nature 420, 297 (2002) /

79 ... a także silnie radioaktywny PuCoGa 5 ( T c = 18,5 K ) Materiał ten jest używany w broni nuklearnej! / J.L. Sarrao et al, Nature 420, 297 (2002) / Li pod ciśnieniem ( T c = 20 K ) Zachowanie bardzo nietypowe dla metalu! / K. Shimizu et al, Nature 419, 597 (2002) /

80 ... a także silnie radioaktywny PuCoGa 5 ( T c = 18,5 K ) Materiał ten jest używany w broni nuklearnej! / J.L. Sarrao et al, Nature 420, 297 (2002) / Li pod ciśnieniem ( T c = 20 K ) Zachowanie bardzo nietypowe dla metalu! / K. Shimizu et al, Nature 419, 597 (2002) /... itd.

81 2. Nadprzewodniki d) nadprzewodnictwo w oksypniktydach

82 Wste pne informacje:

83 Wste pne informacje: Oksypniktydami nazywane sa w chemii zwia zki zawieraja ce tlen oraz pierwiastki V-tej grupy np. azot, fosfor czy arsen.

84 Wste pne informacje: Oksypniktydami nazywane sa w chemii zwia zki zawieraja ce tlen oraz pierwiastki V-tej grupy np. azot, fosfor czy arsen. Wzrost zainteresowania oksypniktydami pojawił sie po odkryciu nadprzewodnictwa w LaOFeP (2006 r.) oraz LaOFeAs (2008 r.).

85 Wste pne informacje: Oksypniktydami nazywane sa w chemii zwia zki zawieraja ce tlen oraz pierwiastki V-tej grupy np. azot, fosfor czy arsen. Wzrost zainteresowania oksypniktydami pojawił sie po odkryciu nadprzewodnictwa w LaOFeP (2006 r.) oraz LaOFeAs (2008 r.). Stan nadprzewodza cy pojawia sie w wyniku podstawiania fluoru na miejsce tlenu

86 Wste pne informacje: Oksypniktydami nazywane sa w chemii zwia zki zawieraja ce tlen oraz pierwiastki V-tej grupy np. azot, fosfor czy arsen. Wzrost zainteresowania oksypniktydami pojawił sie po odkryciu nadprzewodnictwa w LaOFeP (2006 r.) oraz LaOFeAs (2008 r.). Stan nadprzewodza cy pojawia sie w wyniku podstawiania fluoru na miejsce tlenu najważniejsze znaczenie odgrywa jednak żelazo.

87 Wste pne informacje: Oksypniktydami nazywane sa w chemii zwia zki zawieraja ce tlen oraz pierwiastki V-tej grupy np. azot, fosfor czy arsen. Wzrost zainteresowania oksypniktydami pojawił sie po odkryciu nadprzewodnictwa w LaOFeP (2006 r.) oraz LaOFeAs (2008 r.). Stan nadprzewodza cy pojawia sie w wyniku podstawiania fluoru na miejsce tlenu najważniejsze znaczenie odgrywa jednak żelazo. Inne stosowane określenie: NADPRZEWODNIKI ZWIA ZKÓW ŻELAZA

88 LaO 1 x F x FeAs Materiał staje sie nadprzewodza cy dla domieszkowania fluorem w zakresie 0, 05 < x < 0, 12.

89 LaO 1 x F x FeAs Materiał staje sie nadprzewodza cy dla domieszkowania fluorem w zakresie 0, 05 < x < 0, 12. T c 26K

90 LaO 1 x F x FeAs Materiał staje sie nadprzewodza cy dla domieszkowania fluorem w zakresie 0, 05 < x < 0, 12. T c 26K Y. Kamihara et al, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008).

91 LaO 1 x F x FeAs Materiał staje sie nadprzewodza cy dla domieszkowania fluorem w zakresie 0, 05 < x < 0, 12. T c 26K Y. Kamihara et al, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008). / Tokyo University of Technology, Japonia /

92 LaO 1 x F x FeAs Materiał staje sie nadprzewodza cy dla domieszkowania fluorem w zakresie 0, 05 < x < 0, 12. T c 26K Y. Kamihara et al, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008). / Tokyo University of Technology, Japonia / Doniesienie z dnia: 9 stycznia 2008 r.

93 SmFeAsO 1 x F x Wykazano jednocześnie, że ten nowy nadprzewodnik charakteryzuje sie wysokim polem krytycznym.

94 SmFeAsO 1 x F x Wykazano jednocześnie, że ten nowy nadprzewodnik charakteryzuje sie wysokim polem krytycznym. T c 43K

95 SmFeAsO 1 x F x Wykazano jednocześnie, że ten nowy nadprzewodnik charakteryzuje sie wysokim polem krytycznym. T c 43K X.H. Chen et al, Nature 453, 761 (2008).

96 SmFeAsO 1 x F x Wykazano jednocześnie, że ten nowy nadprzewodnik charakteryzuje sie wysokim polem krytycznym. T c 43K X.H. Chen et al, Nature 453, 761 (2008). / University of Science and Technology, Hefei, Chiny /

97 SmFeAsO 1 x F x Wykazano jednocześnie, że ten nowy nadprzewodnik charakteryzuje sie wysokim polem krytycznym. T c 43K X.H. Chen et al, Nature 453, 761 (2008). / University of Science and Technology, Hefei, Chiny / Doniesienie z dnia: 25 marca 2008 r.

98 PrO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 52K

99 PrO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 52K

100 PrO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 52K Z.-A. Ren et al, Materials Research Innov. 12, 105 (2008).

101 PrO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 52K Z.-A. Ren et al, Materials Research Innov. 12, 105 (2008). / Instytut Fizyki w Pekinie, Chiny /

102 PrO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 52K Z.-A. Ren et al, Materials Research Innov. 12, 105 (2008). / Instytut Fizyki w Pekinie, Chiny / Doniesienie z dnia: 29 marca 2008 r.

103 SmO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 55K!

104 SmO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 55K!

105 SmO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 55K! Z.-A. Ren et al, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008).

106 SmO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 55K! Z.-A. Ren et al, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008). / Instytut Fizyki w Pekinie, Chiny /

107 SmO 1 x F x FeAs Maksymalna temperatura krytyczna T c 55K! Z.-A. Ren et al, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008). / Instytut Fizyki w Pekinie, Chiny / Doniesienie z dnia: 13 kwietnia 2008 r.

108 Fizyka oksypniktydów Do opisu nadprzewodnictwa należy uwzgle dnić 3 pasma.

109 Fizyka oksypniktydów Do opisu nadprzewodnictwa należy uwzgle dnić 3 pasma.

110 Fizyka oksypniktydów Do opisu nadprzewodnictwa należy uwzgle dnić 3 pasma. H. Ding et al, Europhys. Lett. 83, (2008).

111 Diagram fazowy Porza dek AF sa siaduje z nadprzewodnictwem!

112 Diagram fazowy Porza dek AF sa siaduje z nadprzewodnictwem! J. Zhao et al, cond-mat/ (prerpint).

113 Diagram fazowy Porza dek AF sa siaduje z nadprzewodnictwem! H. Luetknens et al, cond-mat/ (preprint).

114 Pseudoszczelina

115 Pseudoszczelina Pomiary szybkości relaksacji NMR 0.20 T * H ~ 9.89 T (1/T1 T ) (sk) T c T c LaFeAs(O 1-x F x ) x=0.07 x=0.11 x= T (K) Y. Nakai et al, cond-mat/ (preprint).

116 Pseudoszczelina Pomiary tunelowania STM Intensity (arb. units) T = Symmetrized DOS (arb. units) 30 K 70 K 100 K 130 K E F Binding Energy (mev) E F Binding Energy (mev) T. Sato et al, J. Phys. Soc. Jpn. 77, (2008).

117 Pseudoszczelina LaFeAsO 1 x F x wykazuje obecność pseudoszczeliny! LaFeAs(O 1-x F x ) AFM Pseudogap state SC Y. Nakai et al, cond-mat/ (preprint).

118 3. Fluktuacje powyz ej Tc

119 Stan nadprzewodza cy

120 Stan nadprzewodza cy Pomiary doświadczalne wyraźnie, że wskazuja faza nadprzewodza ca jest zwykłym stanem BCS chociaż z energetyczna. anizotropowa szczelina

121 Stan nadprzewodza cy Pomiary doświadczalne wyraźnie, że wskazuja faza nadprzewodza ca jest zwykłym stanem BCS chociaż z energetyczna. anizotropowa szczelina J.E. Hoffman et al, Science 297, 1148 (2002).

122 Stan nadprzewodza cy Pomiary doświadczalne wyraźnie, że wskazuja faza nadprzewodza ca jest zwykłym stanem BCS chociaż z energetyczna. anizotropowa szczelina J.E. Hoffman et al, Science 297, 1148 (2002). Przerwa energetyczna ma symetrie typu fali d k = (cos k x cos k y ) z we złami (nodes) w kierunkach k x = ±k y.

123 Ewolucja przerwy powyz ej Tc

124 Ewolucja przerwy powyżej T c Powyżej T c przerwa energetyczna jest nadal obecna, lecz jej ka towa zależność ulega zmienie. Zamiast we złów pojawiaja sie tzw. Fermi arcs, gdzie pg (k) zanika.

125 Ewolucja przerwy powyżej T c Powyżej T c przerwa energetyczna jest nadal obecna, lecz jej ka towa zależność ulega zmienie. Zamiast we złów pojawiaja sie tzw. Fermi arcs, gdzie pg (k) zanika. A. Kanigel et al, Phys. Rev. Lett. 99, (2007).

126 Ewolucja przerwy powyżej T c Powyżej T c przerwa energetyczna jest nadal obecna, lecz jej ka towa zależność ulega zmienie. Zamiast we złów pojawiaja sie tzw. Fermi arcs, gdzie pg (k) zanika. W zwia zku z tym w literaturze pojawiły sie różne komentarze, np. Death of a Fermi surface K. McElroy, Nature Physics 2, 441 (2006).

127 (a) Energy T c < T Intensity E F k F Wave vector ε k Intensity (b) v k 2 u k 2 E F Energy T <T c k F Wave vector -E k 2 E k W przypadku zwykłego nadprzewodnika (bez fluktuacji) przerwa energetyczna wokół E F prowadzi poniżej T c do powstania dwów gałe zi wzbudzeń typu Bogolubova.

128 Dane doświadczalne poniżej T c Energy (mev) Coherence factor 50 E F (a) A B C -ε k ε k (c) E k 140 K -E k Momentum u k 2 v k 2 u k 2 + v k ε k (mev) Intensity (arb. units) A B C E F -50 E F (b) A B C Binding Energy (mev) H. Matsui, T. Sato, and T. Takahashi, Phys. Rev. Lett. 90, (2003).

129 Zjawiska fluktuacyjne

130 Zjawiska fluktuacyjne Jednym z istotnych problemów jest wie c określenie zakresu, w którym wyste puja fluktuacje parowania.

131 Zjawiska fluktuacyjne Jednym z istotnych problemów jest wie c określenie zakresu, w którym wyste puja fluktuacje parowania. Oto kilka skrajnych podejść:

132 Wa ski zakres fluktuacji RVB resonating valence bonds P.W. Anderson, Phys. Rev. Lett. 96, (2006).

133 Krytyczne fluktuacje kwantowe QCP scenariusz pra dów orbitalnych C.M. Varma, Phys. Rev. B 73, (2006).

134 Fluktuacje na całym diagramie QED 3 teoria dynamicznie fluktuuja cych par w pobliżu punktów we złowych.

135 Fluktuacje na całym diagramie QED 3 teoria dynamicznie fluktuuja cych par w pobliżu punktów we złowych Z. Tesanovic, Phys. Rev. B 65, (2002).

136 Fluktuacje na całym diagramie QED 3 teoria dynamicznie fluktuuja cych par w pobliżu punktów we złowych. T T* (a) CSB (b) CSB dsc dsc AF/ SDW (CSB) QED T c dsc x Z. Tesanovic, Nature Phys. 4, 408 (2008).

137 Podejście fenomenologiczne

138 Efektywny Lagrangian

139 Efektywny Lagrangian Po zastosowaniu transformacji Hubbarda-Stratonovitcha do układu silnie skorelowanych elektronów otrzymuje sie Lagrangian, w którym fermionowe i bozonowe stopnie swobody wzajemnie na siebie oddziałuja.

140 Efektywny Lagrangian Po zastosowaniu transformacji Hubbarda-Stratonovitcha do układu silnie skorelowanych elektronów otrzymuje sie Lagrangian, w którym fermionowe i bozonowe stopnie swobody wzajemnie na siebie oddziałuja. Schemat pogla dowy: w zacieniowanych obszarach wyste pować moga pary fermionów (bozony o twardym rdzeniu) powyżej T c.

141 Efektywny Lagrangian Po zastosowaniu transformacji Hubbarda-Stratonovitcha do układu silnie skorelowanych elektronów otrzymuje sie Lagrangian, w którym fermionowe i bozonowe stopnie swobody wzajemnie na siebie oddziałuja. Schemat pogla dowy: w zacieniowanych obszarach wyste pować moga pary fermionów (bozony o twardym rdzeniu) powyżej T c. V.B. Geshkenbein, L.B. Ioffe and A.I. Larkin, Phys. Rev. B 55, 3173 (1997).

142 Fenomenologiczny model BF H = kσ (ε k µ) c kσ c kσ + q (E q 2µ) b q b q + 1 N k,q ] v k,q [b q c k, c q k, + h.c.

143 Fenomenologiczny model BF H = kσ (ε k µ) c kσ c kσ + q (E q 2µ) b q b q + 1 N k,q ] v k,q [b q c k, c q k, + h.c. R. Micnas, J. Ranninger, S. Robaszkiewicz, Rev. Mod. Phys. 62, 113 (1990).

144 Fenomenologiczny model BF H = kσ (ε k µ) c kσ c kσ + q (E q 2µ) b q b q + 1 N k,q ] v k,q [b q c k, c q k, + h.c. R. Micnas, J. Ranninger, S. Robaszkiewicz, Rev. Mod. Phys. 62, 113 (1990). R. Friedberg, T.D. Lee, Phys. Rev. B 40, 423 (1989).

145 Fenomenologiczny model BF H = kσ (ε k µ) c kσ c kσ + q (E q 2µ) b q b q + 1 N k,q ] v k,q [b q c k, c q k, + h.c. R. Micnas, J. Ranninger, S. Robaszkiewicz, Rev. Mod. Phys. 62, 113 (1990). R. Friedberg, T.D. Lee, Phys. Rev. B 40, 423 (1989). Hamiltonian ten można również uzyskać z modelu Hubbarda numerycznie wyznaczaja c wzbudzenia niskoenergetyczne w dim=2.

146 Fenomenologiczny model BF H = kσ (ε k µ) c kσ c kσ + q (E q 2µ) b q b q + 1 N k,q ] v k,q [b q c k, c q k, + h.c. R. Micnas, J. Ranninger, S. Robaszkiewicz, Rev. Mod. Phys. 62, 113 (1990). R. Friedberg, T.D. Lee, Phys. Rev. B 40, 423 (1989). Hamiltonian ten można również uzyskać z modelu Hubbarda numerycznie wyznaczaja c wzbudzenia niskoenergetyczne w dim=2. E. Altman and A. Auerbach, Phys. Rev. B 65, (2002).

147 Widmo z uwzgle dnieniem fluktuacji T < T c T=0 A F (k,ω) ω T. Domański and J. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 91, (2003).

148 Widmo z uwzgle dnieniem fluktuacji T c < T < T T=0.004 A F (k,ω) T. Domański and J. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 91, (2003).

149 Widmo z uwzgle dnieniem fluktuacji T c < T < T T=0.007 A F (k,ω) T. Domański and J. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 91, (2003).

150 Widmo z uwzgle dnieniem fluktuacji T > T T=0.02 A F (k,ω) T. Domański and J. Ranninger, Phys. Rev. Lett. 91, (2003).

151 Efektywne widmo

152 Efektywne widmo A F inc (k,ω) T * > T > T c A F coh (k,ω) ω

153 Efektywne widmo A F inc (k,ω) T * > T > T c A F coh (k,ω) ω Jakościowo podobny wynik uzyskano też w symulacjach komputerowych dla ujemnego modelu Hubbarda: a) J.M. Singer et al, Phys. Rev. B 54, 1286 (1996); b) D. Senechal et al, Phys. Rev. Lett. 92, (2004).

154 Date: Tue, 27 Feb :05: From: Hiroaki Matsui To: Tadeusz Domanski Dear Dr. Domanski,... We completely agree with you on that detecting the normal state BQP in the UD cuprates has a huge potential impact on the pseudogap problem. As you know, this kind of measurement is not very easy because the ARPES peak is broad in UD at anti-node and high-temperature. We do not have the data at present, but we are trying to realize such an experiment by selecting the conditions. Thank you very much for contacting us. Sincerely yours, H. Matsui

155 Najświeższe doniesienia!!!

156 Najświeższe doniesienia!!! ARPES : grupa J. Campuzano (Chicago) Wyniki dla: Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 A. Kanigel et al, Phys. Rev. Lett. 101, (2008).

157 Najświeższe doniesienia!!! ARPES : grupa J. Campuzano (Chicago) Wyniki dla: Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 A. Kanigel et al, Phys. Rev. Lett. 101, (2008).

158 Najświeższe doniesienia!!! ARPES : grupa z Villingen (Szwajcaria) Max Energy [ev] Cut 1 Cut 1 Intensity [arb. units] Energy [mev] Cut 2 Cut 2 Min Energy [ev] Energy [ev] k - k F [ /a] Wyniki dla: La Sr CuO 4 M. Shi et al, cond-mat/ (preprint).

159 Najświeższe doniesienia!!! Wniosek: Powyżej T c istnieja kwazicza stki typu Bogoliubova.

160 Najświeższe doniesienia!!! Wniosek: Powyżej T c istnieja kwazicza stki typu Bogoliubova. Pytanie: W jakim zakresie powyżej T c istnieja takie kwazicza stki?

161 4. Podsumowanie

162 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik - jest to stan koherentnych par utworzonych z fermionów (elektronów, dziur, atomów,...) opisanych wspólna (makroskopowa ) funkcja falowa

163 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki:

164 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony / nadprzewodniki klasyczne, MgB 2, diament,... /

165 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony / nadprzewodniki klasyczne, MgB 2, diament,... / magnony / nadprzewodnictwo układów tzw. cie żkich fermionów,... /

166 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony / nadprzewodniki klasyczne, MgB 2, diament,... / magnony / nadprzewodnictwo układów tzw. cie żkich fermionów,... / silne korelacje elektronów na sieci / nadprzewodniki wysokotemperaturowe, rutenowce,... /

167 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony / nadprzewodniki klasyczne, MgB 2, diament,... / magnony / nadprzewodnictwo układów tzw. cie żkich fermionów,... / silne korelacje elektronów na sieci / nadprzewodniki wysokotemperaturowe, rutenowce,... / pole magnetyczne / nadprzewodnictwo atomów /

168 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony magnony silne korelacje pole magnetyczne

169 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony magnony silne korelacje pole magnetyczne 3. Jakościowo podobne efekty moga wyste pować również z udziałem innych obiektów i w innej skali energetycznej: w fizyce ja drowej / oddziaływania typu pairing mie dzy nukleonami / w fizyce cza stek elementarnych / plazma gluonowo-kwarkowa /

170 P O D S U M O W A N I E 1. Nadprzewodnik = stan koherentnych par fermionowych 2. Za tworzenie par moga być odpowiedzialne różne czynniki: fonony magnony silne korelacje pole magnetyczne 3. Jakościowo podobne efekty moga wyste pować również z udziałem innych obiektów i w innej skali energetycznej: w fizyce ja drowej / oddziaływania typu pairing mie dzy nukleonami / w fizyce cza stek elementarnych / plazma gluonowo-kwarkowa /