|
|
Контакты | Главная | Стартовая | Избранное | Поиск |
2008-01-10 12:03:42, обсуждение: 0
В 1930 году профессор де Гааз, руководитель Лейденской лаборатории, вместе с сотрудником лаборатории ван Альфеном измеряли намагниченность М в кристаллах висмута как функцию поля В при 14.2К и обнаружили осцилляции магнитной восприимчивости М/B. В том же году Л. Ландау дал объяснение таких осцилляций в теории свободных электронов. Осцилляции обусловлены квантованием движения электронов в сильном магнитном поле - возникают уровни Ландау, расстояние между которыми пропорционально полю. А сам эффект де Гааза - ван Альфена (дГвА) является прямым следствием осцилляции свободной энергии электронов при изменении магнитного поля. Интерес к эффекту дГвА возродился в 50-е годы, в значительной степени благодаря теоретическим работам И. Лифшица и А. Косевича и экспериментам Д. Шенберга, когда стало ясно, что эффект дГвА является уникальным инструментом исследования поверхности Ферми. В дальнейшем эффект дГвА наблюдался во всех чистых металлах и во множестве других металлических соединений. Многолетние исследования показали, что при изучении поверхности Ферми метод, основанный на эффекте дГвА, не может сравниться ни с каким другим по своей мощности и простоте. С открытием ВСТП возникли два фундаментальных вопроса. Образуют ли носители заряда в нормальном состоянии ферми-жидкость? Можно ли наблюдать ферми-поверхность? Многочисленные попытки по наблюдению эффекта дГвА в ВТСП в 90-е годы всегда давали неоднозначные результаты. В возникший вакуум по исследованию электронной структуры влез поверхностный метод ARPES (фотоэлектронная эмиссия с угловым разрешением), дающий по сей день курьезные результаты [см. например 1]. 20 лет физикам приходилось делиться на две категории: «верующие» и «неверующие» в существование поверхности Ферми в ВТСП. Но 22 ноября сего года в электронном архиве препринтов cond-mat появилась статья с ясным названием «de Haas - van Alphen oscillations in the underdoped cuprate YBa2Cu3O6.5» [2]. Необходимо отметить, что авторы статьи подготовили ВТСП сообщество, публикуя в течение шести месяцев статьи о наблюдениях квантовых осцилляций в эффекте Холла и сопротивлении в YBa2Cu3O6.5 и YBa2Cu4O8 [2]. Главный козырь - эффект дГвА, оставлен напоследок. Основные результаты работы: Четко видны магнитные осцилляции (рис. а) с одной частотой 540±4Т, что соответствует когерентной закрытой поверхности Ферми. В случае одного «кармана», а их может быть несколько, это небольшая часть ≈2% от площади зоны Бриллюена. Магнитные осцилляции отлично описываются теорией Лифшица-Косевича, применительно к двумерной Ферми-жидкости. Обработка по этой теории зависимости амплитуды осцилляций от поля дает прямую (рис. b), что соответствует циклотронной массе m*=1.76±0.07me (заметим, что многочисленные данные оптических измерений дают m ≈2mе) и длине свободного пробега ≈16 nm. Авторы отмечают, что при учете холловских измерений на этом же образце, видимая поверхность Ферми - электронная. Классический ВТСП YBa2Cu3O6.5 в нормальной фазе оказывается просто Ферми-жидкостью. Авторами [2] впервые получена ясная, достоверная и удивительно простая картина поверхности Ферми для YBa2Cu3O6.5. Достойный урок физикам занимающимся «нефермижидкостным» поведением сильно коррелированных веществ. Кому и как удалось, получить такой выдающийся результат? Три группы ученных из Канады и Франции, возглавляемых Л. Тайллефером, В. Боном и К. Простом, шли к цели более пяти лет [3]. Две принципиальные трудности им удалось преодолеть впервые. Первая - исследование методом дГвА сверхпроводников второго рода с большими критическими полями (≈ 50-100 кЭ) и температурами (ТС≈50-80К). Хотя наблюдение эффекта дГвА и возможно в смешанном состоянии сверхпроводников, т.к. орбитальное квантование определяется интегральным магнитным потоком через циклотронную орбиту и не зависит от распределения потока внутри, но амплитуда магнитных осцилляций в смешанном состоянии сильно подавляется по сравнению с нормальным состоянием. Эта задача решалась Л. Тайллефером и К. Простом путем сочетания магнитных импульсных полей до 60Т с длинным импульсом посредством новой очень чувствительной методики регистрации магнитного момента на основе микрокантилевера-магнетометра. Последняя методика прямо заимствована из сканирующей зондовой микроскопии. В магнетометре на кантилевер (упругая тонкая пластинка) вместо иглы помещается образец размером в доли миллиметра. В результате чувствительность микрокантилевера-магнетометра достигает уровня SQUID магнетометра. Вторая трудность – качество образцов, т.к. условия наблюдения эффекта дГвА требуют, чтобы длина свободного пробега превышала размер циклотронной орбиты. Проблема качества образцов решалась в группе Бона рамках длительной программы по росту высококачественных монокристаллов. Выбор системы 123 среди других ВТСП не случаен, т.к. только в этой системе возможно получить однодоменный монокристалл, стехиометрический по своему составу 2YBa2Cu3O6.5≡ Y2Ba4Cu6O13 в «underdoped» области. «Результаты были получены, потому что кристалл оказался чистым», говорит Л. Тайллефер. «ВТСП были открыты 1987 году, а мы только сейчас окончательно имеем твердые знания об их физической природе». A.S. Alexandrov et al., Phys.Rev B 76, 132506 (2007). C.Jaudet et al., arXiv:0711.3559. B.G. Levi, Physics Today 60, 26 (2007).
О.Е. Парфенов
• БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
|