Современные аспекты высокотемпературной сверхпроводимости

д.ф.-м.н., профессор В. Н. Зверев

Аннотация

Данный курс лекций посвящен изложению основных теоретических и экспериментальных результатов исследований в сравнительно новой и активно развивающейся области физики твердого тела – высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Курс лекций, построенный на базе публикаций последних лет, включает обзор ряда современных теоретических моделей и изложение основных характеристиках высокотемпературных сверхпроводников: их кристаллической структуры, фазовых диаграмм, транспортных и магнитных свойств. Задача курса - познакомить студентов с основными понятиями и идеями в этой области, с постановкой задач и подходами к их решениям. Предполагается, что прослушав этот курс, студенты смогут читать и понимать текущую научную периодику в этой области, а также успешно включиться в работу коллектива, проводящего исследования ВТСП.

Программа курса

1. Введение. История открытия; основные представители ВТСП и их характеристики. Влияние структуры и состава кристаллов иттрий бариевых купратов и кристаллов ВТСП на основе Bi на Тс.
2. Структуры сильно анизотропных слоистых сверхпроводников. MgB2; пниктиды железа; органические сверхпроводники. Семейство купратных сверхпроводников. Характерная особенность ВТСП-систем – слоистая структура.
3. Аномалии свойств ВТСП в нормальном состоянии. Температурные зависимости сопротивления в нормальном состоянии; Анизотропия сопротивления; Когерентный и некогерентный поперечный транспорт. Метод Монтгомери для измерений компонент тензора сопротивления слоистых систем.
4. Термодинамические свойства ВТСП. ВТСП в магнитном поле: Н -Т фазовая диаграмма. Области существования вихревой жидкости, вихревой решетки. Роль пиннинга вихрей.
5. Анизотропная модель Гинзбурга – Ландау; выражения для основных характерных длин анизотропного сверхпроводника, полученные из анизотропной модели Гинзбурга - Ландау. Магнитные свойства.
6. Фазовые диаграммы ВТСП. Варьирование концентрации носителей в ВТСП; Влияние концентрации кислорода на Тс иттрий-бариевого купрата, экспериментальные методы варьирования Тс.
7. Типичные фазовые диаграммы для купратов, органических сверхпроводников и пниктидов железа; удивительные аналогии фазовых диаграмм различных ВТСП и органических сверхпроводников.
8. Псевдощелевые особенности; Реконструкция ферми-поверхности, ее связь со сверхпроводящими свойствами. Осцилляции Шубникова –де Гааза и ARPES – сравнение методов исследования электронной структуры, их преимущества и недостатки.
9. Магнетизм и сверхпроводимость. Обсуждение возможности сосуществования сверхпроводимости и магнетизма. Экспериментальные результаты.
10. Факторы, влияющие на Тс. Анализ основных соотношений теории БКШ для предсказания наиболее вероятных путей реального повышения Тс.
11. Типы сверхпроводящего спаривания.
12. Прямое наблюдение анизотропии параметра порядка. Эксперименты на структурах с разориентированными монокристаллами (трикристаллами) иттрий-бариевого купрата. Обсуждение экспериментальных данных.
13. Обзор современных теорий. Модель RVB, спиновых мешков, биполяронная модель, модели с различной симметрией параметра порядка.
14. Последние открытия ВТСП – систем с критическими температурами вблизи комнатных при высоких давлениях: сероводород, гидрид лантана.
15. Практическое применение ВТСП-материалов. Создание токонесущих кабелей, сверхпроводящих соленоидов, мощных трансформаторов, высокочувствительных СКВИДов, работающих при температуре жидкого азота.

1. «Проблема высокотемпературной сверхпроводимости» Под ред. В.Л.Гинзбурга и Д.А.Киржница, «Наука», М. 1977.
2. Н.М.Плакида, «Высокотемпературные сверхпроводники», «Международная программа образования», М. 1996.
3. В.В.Шмидт, "Введение в физику сверхпроводников", М., МЦНМО, 2000.

1. N. P. Armitage, P. Fournier, R. L. Greene, “Progress and perspectives on electron-doped cuprates”, REVIEWS OF MODERN PHYSICS, VOLUME 82(3), 2421-2487 (2010).
2. Hidekazu Mukuda, Sunao Shimizu, Akira Iyo, and Yoshio Kitaoka, “High-Tc Superconductivity and Antiferromagnetism in Multilayered Copper Oxides
3. A New Paradigm of Superconducting Mechanism” arXiv:1201.2726v1 [cond-mat.supr-con] 13 Jan 2012