Эффект Яна–Теллера в квазидвумерных допированных купратных антиферромагнетиках и недостаточно допированных ВТСП (Обзор)

Abstract

Проанализированы теоретические аспекты исследования роли ян-теллеровских взаимодействий в квазидвумерных купратных антиферромагнетиках и ВТСП. Проведен анализ результатов, которые позволяют установить связь между квазидвумерным характером свойств недостаточно допированных (НД) купратных ВТСП в нормальном и сверхпроводящем состояниях и ян-теллеровской (ЯТ) природой двухвалентных ионов меди. Показано, что сочетание этих двух особенностей приводит к существованию псевдощелевого состояния. В НД купратных ВТСП с ян-теллеровскими искажениями решетки квазидвумерность приводит к появлению двумерных локальных и квазилокальных состояний носителей заряда. Это проявляется в существенной зависимости от температуры числа компонент локализованных и делокализованных состояний носителей заряда и в неоднократной динамической редукции размерности купратных НД ВТСП при понижении температуры. Такой ВТСП с концентраций допирования меньше оптимальной в большей части фазовой диаграммы как в нормальном, так и в сверхпроводящем состояниях находится в квазидвумерном состоянии. Это означает, что сверхпроводящее состояние НД купратных ВТСП отличается от БКШ состояния и по своим свойствам ближе к состоянию двумерного сверхпроводника Березинского–Костерлица–Таулесса без дальнего порядка (ODLRO). Показано, что различие прежде всего состоит в механизме сверхпроводимости. Несмотря на то, что сильное ЯТ электрон-фононное взаимодействие в НД купратных ВТСП играет ключевую роль и приводит к образованию двухузельных ЯТ поляронов, но притяжение между дырками и такими поляронами и образование сверхтекучего двухузельного ЯТ полярона с антиферромагнитным кором обусловлено компенсацией кулоновского отталкивания поляронным сдвигом энергии. Обсуждается предположение, что в передопированных купратных ВТСП сверхпроводящее состояние является следствием установления ODLRO в трехмерной модели БКШ с несохраняющимся полным числом носителей заряда и отличными от нуля квантовыми флуктуациями числа носителей заряда.

Проаналізовано теоретичні аспекти дослідження ролі ян-теллєрівських взаємодій у квазідвовимірних купратних антиферомагнетиках та ВТНП. Проведено аналіз результатів, які дозволяють установити зв’язок між квазідвовимірним характером властивостей недостатньо допованих (НД) купратних ВТНП у нормальному та надпровідному станах і ян-теллєрівською (ЯТ) природою двовалентних іонів міді. Показано, що поєднання цих двох особливостей приводить до існування псевдощілинного стану. У НД купратних ВТНП з ян-теллєрівськими викривленнями гратки квазідвовимірність приводить до появи двовимірних локальних і квазілокальних станів носіїв заряду. Це виявляється в істотній залежності від температури числа компонент локалізованих та делокалізованих станів носіїв заряду і в неодноразовій динамічній редукції розмірності купратних НД ВТНП при зниженні температури. Такий ВТНП з концентрац ією допування менше оптимальної в більшій частині фазової діаграми як у нормальному, так і у надпровідному станах находиться в квазідвовимірному стані. Це означає, що надпровідний стан НД купратних ВТНП відрізняється від БКШ стану і по своїм властивостям ближче до стану двовимірного надпровідника Березинського–Костерліца–Таулесса без дальнього порядку (ODLRO). Показано, що відмінність насамперед полягає у механізмі надпров ідності. Незважаючи на те, що сильна ЯТ електрон-фононна взаємодія в НД купратних ВТНП відіграє ключову роль і приводить до створення двовузельних ЯТ поляронів, але притягання між дірками та такими поляронами і утворення надтекучого двовузельного ЯТ полярона з антиферомагнітним кором обумовлено компенсацією кулонівського відштовхування поляронним зсувом енергії. Обговорюється припущення, що в передопованих купратних ВТНП надпров ідний стан є наслідком встановлення ODLRO у трьохвимірній моделі БКШ з повним числом носіїв заряду, що не зберігається, та з відмінними від нуля квантовими флуктуаціями числа носіїв заряду.

The review concerns the theoretical aspects of studying the role of Jahn-Teller interactions in quasi-two-dimensional cuprate antiferromagnets and HTSs. The analysis of the results which allow the establishment of relation between the quasi-two-dimensional character of the properties of underdoped cuprate HTSs in the normal and superconducting states and the Jahn-Teller (JT) nature of bivalent copper ions is made. It is shown that the combination of these two peculiarities brings into existence a pseudogap state. In underdoped cuprate HTSs with Jahn-Teller lattice distortions the quasi-two-dimensionality gives rise to two-dimensional local and quasilocal states of charge carriers. It manifests itself in a substantial temperature dependence of the number of components of localized and delocalized states of charge carriers and in a repeated dynamical reduction of the dimension of underdoped cuprate HTSs with decreasing temperature. Such HTSs with a doping concentration less than the optimal one in the most part of the phase diagram in both the normal and superconducting states exist in a quasi-two-dimensional state. This implies that the superconducting state of underdoped cuprate HTSs differs from the BCS state and by its properties is closer to that of the quasi-two-dimensional Beresinskii– Kosterlitz–Thouless superconductor without off-diagonal long-range order (ODLRO). It is shown that the difference consists above all in the mechanism of superconductivity. Although the strong Jahn-Teller electron-phonon interaction plays the key role and results in the formation of two-site JT polarons, the attraction between holes and such polarons and the formation of superfluid two-site JT polarons with antiferromagnetic cores are caused by the compensation of Coulomb repulsion by the polaron energy shift. A supposition is discussed that in overdoped cuprate HTSs the superconducting state results from the establishment of ODLRO in the three-dimensional BCS model with a nonpersistent total number of charge carriers and nonzero quantum fluctuations of the number of charge carriers.