К вопросу о плазмонном механизме высокотемпературной сверхпроводимости в слоистых кристаллах и двумерных системах

Abstract

Проведен детальный сравнительный анализ выполненных в разных приближениях численных расчетов экранированного кулоновского и запаздывающего электрон-плазмонного взаимодействий в квазидвумерных слоистых кристаллах и двумерных (2D) системах с квазиакустическим или корневым спектром плазмонов. Показано, что даже в рамках простейшего приближения хаотических фаз эффективное притяжение, обусловленное обменом виртуальными плазмонами, может обеспечить переход в сверхпроводящее состояние с относительно высокой критической температурой Tc. Протяженные седловые особенности, характерные для 2D зонного спектра слоистых кристаллов купратных металлооксидных соединений, а также многочастичные кулоновские корреляции, описываемые кулоновскими вершинами (трехполюсниками), способствуют существенному повышению максимальных значений Tc, которые согласуются с экспериментальными данными для высокотемпературных сверхпроводников. Показано, что плазмонный механизм приводит к куперовскому спариванию как в d-волновом, так и в s-волновом куперовских каналах, однако обменно-корреляционные эффекты подавляют сверхпроводимость в s-волновом канале. Проведенные расчеты указывают также на возможность получения за счет плазмонного механизма сверхпроводимости достаточно высоких Tc в 2D системах (типа графена).

Проведено детальний порівняльний аналіз виконаних у різних наближеннях чисельних розрахунків екранованої кулонівської і запізненої електрон-плазмонної взаємодій у квазідвовимірних шаруватих кристалах і двовимірних (2D) системах із квазіакустичним або кореневим спектром плазмонів. Показано, що навіть у рамках найпростішого наближення хаотичних фаз ефективне притягання, що обумовлено обміном віртуальними плазмонами, може забезпечити перехід у надпровідний стан з відносно високою критичною температурою Tc. Протяжні сідлові особливості, що характерні для 2D зонного спектру шаруватих кристалів купратних металооксидних сполук, а також багаточастинкові кулонівські кореляції, що описуються кулонівськими вершинами (трьохполюсниками), сприяють істотному підвищенню максимальних значень Tc, які узгоджуються з експериментальними даними для високотемпературних надпров ідників. Показано, що плазмонний механізм призводить до куперівського спарювання як в d-хвильовому, так і в s-хвильовому куперівських каналах, однак обмінно-кореляційні ефекти пригнічують надпровідність в s-хвильовому каналі. Проведені розрахунки вказують також на можливість отримання за рахунок плазмонного механізму надпровідності досить високих Tc в 2D системах (типу графена).

Reported is the detailed comparative analysis of the screened Coulomb and retarded electron-plasmon interactions, calculated numerically in various approximations for quasi-two-dimensional layered crystals and two-dimensional (2D) systems with quasi-acoustic or square-root plasmon spectra. It is shown that even in the simplest case of random phase approximation the effective attraction due to the exchange of virtual plasmons may lead to the rather high critical temperature Tc. Further significant increase in Tc, with maximum values in agreement with experimental data for high-temperature superconductors, is ensured by the extended saddle points, which are typical of the 2D band spectra of the layered crystals of cuprate metal-oxides, and many-body Coulomb correlations in these systems, described by three-point Coulomb vertices. It is shown that the plasmon mechanism leads to the Cooper pairing both in d-wave and s-wave channels, though the exchange-correlation effects suppress superconductivity in the s-wave channel. The calculations also suggest that the plasmon mechanism of superconductivity may produce sufficiently high Tc in 2D systems (like graphen).