|
|
Контакты | Главная | Стартовая | Избранное | Поиск |
2007-07-22 13:16:36, обсуждение: 0
В 1853 году G.Wiedemann и R.Franz обнаружили, что удельная теплопроводность металла k пропорциональна его удельной электрической проводимости σ и абсолютной температуре TT [1] (закон Видемана-Франца). Спустя 75 лет A.Sommerfeld рассчитал [2] константу L в соотношении k = LsT, используя модель свободного электронного газа, подчиняющегося статистике Ферми-Дирака. Теоретическая величина L в пределе T → 0 составила L0 = (p2/3)(kB/e)2, где kB – постоянная Больцмана, e – заряд электрона, и совпала с экспериментальной. Это способствовало всеобщему признанию квантовой теории твердых тел и ее быстрому дальнейшему развитию. В 1956 году Л.Д.Ландау показал, что даже при наличии сильного межэлектронного кулоновского взаимодействия, когда "газовое приближение" неприменимо, электроны в металле при низкой температуре можно по-прежнему описывать как слабо взаимодействующие фермионы (квазичастицы) с эффективной массой m* и достаточно четко определенной поверхностью Ферми, отделяющей занятые электронами состояния от незанятых (теория ферми-жидкости). Поскольку в законе Видемана-Франца масса электрона не фигурирует, он остается справедливым и в ферми-жидкости (при T → 0). В последние несколько лет появились, однако, сообщения о наблюдении некоторых отклонений от предсказаний теории ферми-жидкости. Такие отклонения были, в частности, обнаружены [4] в металлах с частично заполненными d- и f-оболочками вблизи квантовой критической точки (ККТ), разделяющей две различные электронные фазы при T = 0.
Рис. 1. Фазовая диаграмма CeCoIn5 в координатах H-T. Магнитное поле направлено вдоль оси c (перпендикулярно базисной плоскости тетрагональной решетки, см. вставку). SC – сверхпроводящая фаза. FL – область ферми-жидкости, в которой ρ = ρ0 + AT2. Зависимость A(H) изображена на вставке. Чтобы выяснить, сохраняются ли квазичастицы Ландау и поверхность Ферми в ККТ, украинские, канадские и американские ученые выполнили детальные экспериментальные исследования [5] транспорта тепла и заряда в CeCoIn5 – металле с "тяжелыми фермионами", у которого ККТ при Hc = (5.0 ± 0.1) Тл отделяет сверхпроводящую фазу от нормальной (ферми-жидкостной) (см. рис.1). При H > Hc удельное электросопротивление r = 1/s зависит от температуры по закону
r = r0 + AT2, где коэффициент A расходится при H → Hc как A ~ (H-Hc)-4/3. На рис.2 изображены экстраполированные к
T = 0 полевые зависимости r и удельного термического сопротивления w, определяемого как w = L0T/k и связанного с r соотношением w = (L0/L)r. Если ток направлен перпендикулярно оси c, то с хорошей точностью w = r при всех H вплоть до Hc, то есть закон Видемана-Франца выполняется. При параллельном же оси c направлении тока w » r только при H > 8 Тл, а по мере приближения к ККТ различие между w и r становится все больше и больше, что говорит о нарушении закона Видемана Франца, причем нарушении анизотропном – только вдоль оси c.
Рис. 2. ρ(T→0) и w(T→0) (пустые и закрашенные символы соответственно) как функции H при параллельном и перпендикулярном оси c направлении тока Рис.3. Температурные зависимости ρ вдоль оси c и вдоль оси a при H = 5.3 Тл ≈ Hc. (на вставке – температурная зависимость w вдоль оси c при H = 5.3 Тл) Полученные в [5] результаты свидетельствуют о том, что при H → Hc поверхность Ферми сохраняется в плоскости a-b, но разрушается в направлении оси c. Нечто подобное имеет место и в недодопированных ВТСП, где при уменьшении концентрации дырок контур Ферми в плоскости a-b разрывается на "дуги", которые при T → 0 сжимаются в точки, расположенные на направлениях нулей сверхпроводящей щели (j = ±p/4; ±3p/4) [6]. Как в ВТСП, так и в CeCoIn5 "анизотропное разрушение поверхности Ферми" может быть связано со спиновыми флуктуациями. В CeCoIn5 характеристическая энергия спиновых флуктуаций при H = Hc соответствует температуре TSF » 4 К. Выше этой температуры зависимость ra(T) вдоль оси a является линейной, тогда как ra(T) ~ T 3/2 при T < 1 K (см. рис.3).
G.Wiedemann, R.Franz, Ann. Phys. 89, 497 (1853). A.Sommerfeld, Naturwissenschaften 15, 825 (1927). Л.Д.Ландау, ЖЭТФ, 30, 1058 (1956). P.Coleman, A.J.Schofield, Nature 433, 226 (2005). M.A.Tanatar et al., Science 316, 1320 (2007). A.Kanigel et al., Nature Physics 2, 447 (2006).
Л.Опенов
• БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
|