Влияние немагнитной примеси на температуру сверхпроводящего перехода в слоистых структурах с нефононным механизмом сверхпроводимости

Abstract

Исследовано влияние немагнитных примесей на температуру сверхпроводящего перехода T c в сверхпроводниках с нефононным механизмом сверхпроводимости. При этом учитываются две особенности, присущие высокотемпературным сверхпроводникам (ВТСП): перекрытие энергетических зон и переменная плотность носителей заряда. Рассмотрены случаи s- и dx² - y²-симметрии параметра порядка. Доказано нарушение теоремы Андерсона в случае s-симметрии параметров порядка как за счет межзонного рассеяния электронов на примесях, так и за счет внутризонного благодаря электрон-дырочной асимметрии в системе с нефононным механизмом сверхпроводимости. Получены аналитические выражения для величины Tc в области малых и больших концентраций примеси, а также найдены численные решения самосогласованной системы уравнений. Проанализировано влияния различных механизмов (изменение химического потенциала, внутризонных и межзонных времен релаксации на примеси) на Tc при указанных выше типах симметрии. Показана возможность объяснения ряда особенностей, присущих ВТСП, и, в частности, возможность полного подавления сверхпроводимости немагнитной примесью, получения высоких значений Tc при допировании диэлектрика. Показано также, что с ростом межзонного рассеяния на примесном потенциале происходит изменение зависимости Tc от концентрации примеси. Получено качественное согласие предложенной теории с экспериментальными данными по зависимости Tc от концентрации примесей Zn, Al и Ga в иттриевых и лантановых керамиках.

The effect of nonmagnetic impurities on the superconducting transition temperature T c in superconductors with a non-phonon-mediated (nonphononic) mechanism of superconductivity is investigated. Two features inherent to high- T c superconductors are taken into account: the overlap of the energy bands, and the variable density of charge carriers. The cases of s and dx₂₋y₂ symmetry of the order parameter are considered. It is demonstrated that the Anderson theorem is violated in the case of s symmetry of the order parameters, both on account of interband scattering of electrons on impurities and on account of intraband scattering due to the electron–hole asymmetry in systems with a nonphononic mechanism of superconductivity. Analytical expressions are obtained for the value of T c in the regions of small and large impurity concentrations, and numerical solutions of a self-consistent system of equations are found. The influences on T c due to various mechanisms (the change in the chemical potential and in the intraband and interband relaxation times at an impurity) are analyzed for the types of symmetry indicated above. It is shown that a number of the features inherent to high- T c superconductors can be explained, including, in particular, the possibility of complete suppression of superconductivity by a nonmagnetic impurity and the possibility of attaining high values of T c upon doping of an insulator. It is also shown that as the interband scattering on the impurity potential increases, there is a change in the dependence of T c on the impurity concentration. Qualitative agreement is obtained between the proposed theory and the experimental data on the dependence of T c on the concentration of Zn, Al, and Ga impurities in yttrium and lanthanum ceramics.