По материалам обзора В.Ф. Гантмахера и В.Т. Долгополова УФН 180, 3 (2010) Квантовые фазовые переходы сверхпроводник – изолятор XVIII УрЗимШк Новоуральск. - презентация

1 По материалам обзора В.Ф. Гантмахера и В.Т. Долгополова УФН 180, 3 (2010) Квантовые фазовые переходы сверхпроводник – изолятор XVIII УрЗимШк Новоуральск февр В.Ф. Гантмахер

2 B. Beschoven, S. Sadewasser, G. Guntherodt, and C. Quitmann Phys. Rev. Lett. 77, 1837 (1996) Переход металл-изолятор в высокотемпературном сверхпроводнике при изменении концентрации допирующей примеси Примеры переходов – ВТСП

3 Ультратонкие пленки Bi – переход вызывается изменениями толщины D.B. Haviland, Y. Liu, and A.M.Goldman Phys. Rev. Lett. 62, 2180 (1989) Экспериментальные кривые на стороне изолятора анализируются при помощи одного из этих трех выражений Примеры переходов – аморфный Bi

4 Три варианта фазовой диаграммы с перекрытием расщепленнаясовмещенная A.I. Larkin, Ann. Phys. (Leipzig) 8, 794 (1999)

5 Пример расщепленной фазовой диаграммы: сверхпроводник – нормальный металл – изолятор D.J. Bishop, E.G. Spencer, and R.C. Dynes, Solid St. Electron. 28, 735 (1985) SMI Пример расщепленного перехода – Nb-Si

6 Аморфные пленки InO x D. Shahar and Z. Ovadyahu, Phys. Rev. B 46, (1992) Переход заведомо не расщеплен Примеры переходов – In-O

7 В.Ф. Гантмахер, М.В. Голубков, В.Т. Долгополов, A.A. Шашкин, Г.Э. Цыдынжапов, Письма в ЖЭТФ 71, 231 (2000) Аморфные пленки InO x Примеры наклонных сепаратрис Примеры переходов – In-O

8 Пленки TiN, толщина 5 nm T.I. Baturina, A.Yu. Mironov, V.M. Vinokur, M.R. Baklanov, and C. Strunk Phys. Rev. Lett. 99, (2007) T.I. Baturina, D.R. Islamov, J. Bentner, C. Strunk, M.R. Baklanov, and A. Satta, JETP Lett. 79, 337 (2004) Примеры переходов – Ti-N

9 E. Bielejec and Wenhao Wu, Phys. Rev. Lett. 88, (2002) Ультратонкие пленки Be – влияние магнитного поля на сверхпроводящее состояние на изолятор RNRN RcRc 1.Температура T start начала перехода не уменьшается с ростом поля. 2.Квантовое критическое сопротивление R c может отличаться от нормального R N T start Примеры переходов – Be

10 Локализованные пары – что это такое 1. Гранулированные металлы 3. Отрицательное магнетосопротивление 2. Эффект четности в маленьких гранулах 5. Фрактальные волновые функции 4. Бозонный сценарий перехода 6. Химическая предрасположенность к локализации пар 7. Энергия связи – псевдощель 8. Размер локализованных пар Параметры Модели Экспериментальные проявления Предпосылки

11 и демонстрирует отрицательное магнетосопротивление при разрушении сверхпроводящей щели магнитным полем ведет себя как изолятор (когда подавлены джозефсоновские токи) Эксперимент V.F. Gantmakher et al., JETP 77, 513 (1993) Теория I.S.Beloborodov and K.B.Efetov, PRL 82, 3332 (1999) Гранулированный сверхпроводник (и 2D, и 3D) 3D 1. Гранулированные металлы

12 K.A.Matveev and A.I.Larkin, PRL 78, 3749 (1997) … превращается в эффект четности в маленьких гранулах sc Сверхпроводимость в больших гранулах sc Ограничение на размер гранулы снизу Энергия Дебая 2. Эффект четности в маленьких гранулах

13 Отрицательное магнетосопротивление сохраняется в параллельной конфигурации InO x B нормально к пленкеB параллельно пленке Отрицательное магнетосопротивление в сильных полях В.Ф. Гантмахер, М.В. Голубков, В.Т. Долгополов, A.A. Шашкин, Г.Э. Цыдынжапов, Письма в ЖЭТФ 71, 693 (2000) 3. Отрицательное магнетосопротивление TiN Be

14 G. Sambandamurthy, L.W. Engel, A. Johansson, and D. Shahar, Phys. Rev. Lett. 92, (2004) Отрицательное магнетосопротивление в сильных полях InO x (s,B) – диаграмма; каждая вертикальная линия – образец 3. Отрицательное магнетосопротивление

15 Бозонный сценарий В обычных сверхпроводниках В SrTiO 3 и C.S. Koonce, M.L. Cohen, J.F. Schooley, W.L. Hosler and E.R. Pfeifer Phys. Rev. 163, 380 (1967) D.M. Eagles, Phys. Rev. 186, 456 (1969) Сразу же возникла идея о возможности существования равновесных куперовских пар выше температуры сверхпроводящего перехода 4. Бозонный сценарий перехода

16 Переход Березинского - Костерлица - Таулеса A.T.Fiory, A.F. Hebard, and W.I. Glaberson Phys. Rev. B 28, 5075 (1983) Равновесные куперовские пары появляются ниже температуры 2.62 К, а сверхпроводящее состояние устанавливается только ниже 1.78 К. 4. Бозонный сценарий перехода

17 Влияние близлежащего перехода Андерсона M.V. Feigelman, L.B. Ioffe, V.E. Kravtsov, and E.A. Yuzbashyan, Phys. Rev. Lett. 98, (2007) InO x TiNBe Условие, обуславливающее сверхпроводящее взаимодействие между электронами, локализованными на одном узле («в одной грануле») M.V. Feigelman, L.B. Ioffe, V.E. Kravtsov, and E. Cuevas, arXiv: Одноэлектронные волновые функции в этой области обладают фрактальными свойствами Фрактальная сверхпроводимость 5. Фрактальные волновые функции

18 Металлический сплав In 2 O 3 x 2+ r a a 3 объем композиционной единицы In 2 O 3 r = ax 1/3 Структурные особенности случайного потенциала, способствующие локализации пар 6. Химическая предрасположенность к локализации пар 2+

19 B. Sacepe, C. Chapelier, T.I. Baturina, V.M. Vinokur, M.R. Baklanov, and M. Sanquer, arXiv: TiN: плотность состояний вблизи уровня Ферми Чем обусловлен минимум на уровне Ферми: – сверхпроводящим взаимодействием ? – или эффектом Аронова-Альтшулера ? 7. Энергия связи – псевдощель

20 M.D. Steward, Jr, A. Yin, J.M. Xu, and J.M. Valles, Jr, Science 318, 1273 (2007) Ультратонкие пленки Bi с перфорацией Сверхпроводник на масштабе отверстий Изолятор на масштабе образца Осцилляции как функция фрустрации Локализованные пары 8. Размер локализованных пар

21 Микроскопические подходы к проблеме перехода сверхпроводник – изолятор 1. Фермионный механизм подавления сверхпроводимости А.М. Финкельштейн 1984, 1987 М.А. Скворцов, М.В. Фейгельман Модель гранулированного сверхпроводника К.Б. Ефетов Бозе-Эйнштейновская конденсация газа бозонов А. Gold 1983, 1986 М.P.А. Fisher et al Скейлинг для двумерных систем М.P.А. Fisher Сверхпроводящие флуктуации в сильном магнитном поле В.М. Галицкий, А.И. Ларкин Численный расчет поведения электронного газа на решетке N. Trivedi et al. 1998, 2001