Роль флуктуаций зарядовой плотности и многочастичных кулоновских корреляций в механизме высокотемпературной сверхпроводимости купратных металлооксидных соединений

Abstract

Рассмотрен зарядово-флуктуационный (плазмонный) механизм d-волнового куперовского спаривания в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП), который обусловлен взаимодействием носителей тока с коллективными низкочастотными возбуждениями электронной плотности. Показано, что в слоистых кристаллах купратных металлооксидных соединений, благодаря существованию в их одноэлектронном спектре анизотропных протяжeнных седловых особенностей ("плоских зон") с аномально высокой плотностью состояний, в коллективном электронном спектре могут возникать затухающие длинноволновые флуктуации зарядовой плотности, которые приводят к подавлению статического экранированного кулоновского отталкивания в области малых передаваемых импульсов. В результате этого в d-волновом куперовском канале возникает эффективное межэлектронное притяжение, которое существенно усиливается многочастичными кулоновскими корреляциями типа эффектов локального поля, которые описываются кулоновской вершиной Гc. Такое притяжение приводит к куперовскому спариванию с dx²₋y² -симметрией сверхпроводящего параметра порядка и способно обеспечить достаточно высокие максимальные значения критической температуры Tc ~ 100 К при оптимальном уровне допирования купратных металлооксидных соединений. Учет анизотропии электрон-фононного взаимодействия позволяет описать слабый изотопический эффект по кислороду в ВТСП соединениях.

The charge-fluctuation (plasmon) mechanism of d- wave Cooper pairing in high -Tc superconductors (HTSCs) is considered. This mechanism arises from the interaction of current carriers with collective low-frequency electron-density excitations. It is shown that for layered crystals of cuprate metal-oxide compounds the existence of a one-electron spectrum of anisotropic extended saddles (flat bands) with an anomalously high density of states can give rise to damped long-wavelength charge-density fluctuations that lead to suppression of the static screened Coulomb repulsion in the region of small momentum transfers. As a result, an effective attraction between electrons arises in the d- wave Cooper channel; this attraction is substantially enhanced by many-particle Coulomb correlations of the local-field-effects type, described by a Coulomb vertex Γc . It leads to Cooper pairing with dx²₋y² symmetry of the superconducting order parameter and can make for rather high maximum values of the critical temperature, Tc ∼100 K , at the optimum doping level for cuprate metal-oxide compounds. Taking the anisotropy of the electron–phonon interaction into account makes it possible to describe the weak oxygen isotope effect in HTSC compounds.