Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc

Исследованы зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc(C) и ее производной (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) от содержания примеси молибдена в сплавах Re1−хMoх. Обнаружены нелинейное увеличение Tc и минимум на зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C), которые указывают на изменение топологии поверхности Ферми (ПФ) р...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Физика и техника высоких давлений
Datum:2004
Hauptverfasser: Игнатьева, Т.А., Великодный, А.Н.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2004
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168108
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc / Т.А. Игнатьева, А.Н. Великодный // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 117-124. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168108
record_format dspace
spelling Игнатьева, Т.А.
Великодный, А.Н.
2020-04-21T19:03:30Z
2020-04-21T19:03:30Z
2004
Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc / Т.А. Игнатьева, А.Н. Великодный // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 117-124. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
0868-5924
PACS: 81.40.–z
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168108
Исследованы зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc(C) и ее производной (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) от содержания примеси молибдена в сплавах Re1−хMoх. Обнаружены нелинейное увеличение Tc и минимум на зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C), которые указывают на изменение топологии поверхности Ферми (ПФ) рения. Проведено количественное сравнение экспериментальных результатов с теорией и определены значения параметров, характеризующих электронный топологический переход (ЭТП). Показано, что сильный рост Tc в значительной степени обусловлен топологической добавкой δTc.
The dependences of superconducting transition temperature Tc(С) and its derivative (1/Tc)(∂Tc/∂P)(С) on molybdenum impurity content are investigated. Nonlinear increase of Tc and minimum in the dependence of (1/Tc)(∂Tc/∂P)(С) are revealed, which indicate a change in topology of rhenium Fermy surface. A quantitative comparison between the experimental data and the theoretically calculated results is made and the numerical values of the parameters describing the electron topological transition are determined. It is shown that a substantial rise in the superconducting transition temperature Tc of rhenium under the action of molybdenum impurities is largely determined by the topological addition δTc.
ru
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
Физика и техника высоких давлений
Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
Електронно-топологічні переходи в сплавах ренію і їхній вплив на Tc
Electron topological transitions in rhenium alloys and their influence on Tc
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
spellingShingle Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
Игнатьева, Т.А.
Великодный, А.Н.
title_short Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
title_full Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
title_fullStr Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
title_full_unstemmed Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc
title_sort электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на tc
author Игнатьева, Т.А.
Великодный, А.Н.
author_facet Игнатьева, Т.А.
Великодный, А.Н.
publishDate 2004
language Russian
container_title Физика и техника высоких давлений
publisher Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format Article
title_alt Електронно-топологічні переходи в сплавах ренію і їхній вплив на Tc
Electron topological transitions in rhenium alloys and their influence on Tc
description Исследованы зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc(C) и ее производной (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) от содержания примеси молибдена в сплавах Re1−хMoх. Обнаружены нелинейное увеличение Tc и минимум на зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C), которые указывают на изменение топологии поверхности Ферми (ПФ) рения. Проведено количественное сравнение экспериментальных результатов с теорией и определены значения параметров, характеризующих электронный топологический переход (ЭТП). Показано, что сильный рост Tc в значительной степени обусловлен топологической добавкой δTc. The dependences of superconducting transition temperature Tc(С) and its derivative (1/Tc)(∂Tc/∂P)(С) on molybdenum impurity content are investigated. Nonlinear increase of Tc and minimum in the dependence of (1/Tc)(∂Tc/∂P)(С) are revealed, which indicate a change in topology of rhenium Fermy surface. A quantitative comparison between the experimental data and the theoretically calculated results is made and the numerical values of the parameters describing the electron topological transition are determined. It is shown that a substantial rise in the superconducting transition temperature Tc of rhenium under the action of molybdenum impurities is largely determined by the topological addition δTc.
issn 0868-5924
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168108
citation_txt Электронно-топологические переходы в сплавах рения и их влияние на Tc / Т.А. Игнатьева, А.Н. Великодный // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 117-124. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT ignatʹevata élektronnotopologičeskieperehodyvsplavahreniâiihvliânienatc
AT velikodnyian élektronnotopologičeskieperehodyvsplavahreniâiihvliânienatc
AT ignatʹevata elektronnotopologíčníperehodivsplavahreníûííhníivplivnatc
AT velikodnyian elektronnotopologíčníperehodivsplavahreníûííhníivplivnatc
AT ignatʹevata electrontopologicaltransitionsinrheniumalloysandtheirinfluenceontc
AT velikodnyian electrontopologicaltransitionsinrheniumalloysandtheirinfluenceontc
first_indexed 2025-11-26T05:17:35Z
last_indexed 2025-11-26T05:17:35Z
_version_ 1850613147741716480
fulltext Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 117 PACS: 81.40.–z Т.А. Игнатьева, А.Н. Великодный ЭЛЕКТРОННО-ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ В СПЛАВАХ РЕНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА TC Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» ул. Академическая, 1, г. Харьков, 61108, Украина E-mail: tikhonovsky@ kipt.kharkov.ua Исследованы зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc(C) и ее производной (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) от содержания примеси молибдена в сплавах Re1−хMoх. Обнаружены нелинейное увеличение Tc и минимум на зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C), которые указывают на изменение топологии поверхности Ферми (ПФ) рения. Проведено количественное сравнение экспериментальных результа- тов с теорией и определены значения параметров, характеризующих электронный топологический переход (ЭТП). Показано, что сильный рост Tc в значительной степени обусловлен топологической добавкой δTc. Введение В электронном спектре ряда металлов вблизи уровня Ферми имеются критические точки εс. Когда энергия Ферми металла под действием внешних факторов достигает критического значения, происходит ЭТП [1]. Темпера- тура сверхпроводящего перехода при ЭТП имеет особенность в виде топо- логической добавки δTc, знак которой определяется типом топологического перехода, а величина − масштабом корневой добавки к плотности электрон- ных состояний δν [2−5]. Максимальные значения δTc наблюдаются в пере- ходных металлах и их сплавах, что обусловлено наличием узких d-зон с вы- сокой плотностью состояний [5]. Рений – переходный металл со сложной структурой электронного спектра [6]. При исследовании сверхпроводящих характеристик рения и его сплавов Re−Os под давлением обнаружено аномальное поведение Tc(C) и ∂Tc/∂P(C), связанное с изменением топологии ПФ при прохождении уровнем Ферми критической энергии 0 Fc ε>ε [7,4]. Изменение Tc(C) в сплавах Re−Os мало (~ 0.1 K). Гораздо сильнее Tc изменяется при добавлении к рению примесей меньшей валентности W и Mo [8,9], т.е. при 0 Fε<ε . Именно в этой области Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 118 энергий, по предположению Макмиллана и Чу [8], в электронном спектре рения вблизи 0 Fε должна существовать критическая энергия εc. Однако это предположение нуждается в экспериментальном подтверждении. Такие ис- следования проведены в настоящей работе. Результаты экспериментальных исследований и сравнение с теорией Изучали сверхпроводящие характеристики сплавов Re1−хMoх. Образцы для измерений вырезали из монокристаллов, полученных методом элек- тронно-лучевой зонной плавки. Концентрацию примеси определяли по спектрам характеристического рентгеновского излучения, а однородность ее распределения в образце − по ширине сверхпроводящего перехода, которая составляла 0.05−0.1 K. Как было показано ранее [2−5,10], надежным методом выявления измене- ний топологии ПФ металлов и сплавов служит исследование аномалий сверхпроводящих характеристик. При этом основным критерием изменения топологии ПФ при изучении сверхпроводящих свойств является асиммет- ричный экстремум в зависимости производной температуры сверхпроводя- щего перехода по давлению от содержания примеси либо от давления 1− cT (∂Tc/∂P)(C,P) [10]. Поэтому нами проведены исследования температуры сверхпроводящего перехода сплавов Re1−хMoх под давлением, в частности, в зависимости от электронной концентрации n = 7 − x + y (рис. 1). Немонотон- ное изменение Tc(n), а главное – наличие экстремумов в зависимостях (1/Tc)(∂Tc/∂P)(n), свидетельствуют о присутствии в электронном спектре ре- ния критических точек как выше уровня Ферми εс2 [4], так и ниже – εс1 [11]. Когда под действием примесей Mo и Os уровень Ферми достигает критиче- ских значений энергии соответственно εс1 или εс2, происходит изменение топологии ПФ рения. Особенности зависимостей (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) и Tc(C) (рис. 1) рассмотрим с точки зрения развитых ранее представлений об ЭТП в металлах и сплавах [2−5]. Сравнение экспериментальных результатов с теорией и количествен- ную обработку проводили методом наименьших квадратов c использовани- ем следующих выражений [11]: )( 2 )(ln 1 0 β= IBC T T c c , (1) где         ∆ ∂ ∂ += ∗ ∗ C C T T TCT c c cc 0 0 11)( , ∗= cTVB 21 , ( ) ( )0 0 0 2 F cF TV εν +εδν = ∗ ∗ , cF ε−ε=β 0 , ∗ cT − температура сверхпроводящего перехода чистого рения при нулевом давлении, Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 119 4.0 3.0 2.0 6.986.96 T c, K T c, K a –0.30 –0.25 –0.20 (1 / T c)( ∂ T c/ ∂ P) , 1 02 k ba r–1 0.05 0.00 –0.05 –0.10 7.027.01 n, el/atom 3.0 2.5 2.0 1.5 Рис. 1. Экспериментальные зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc (–○–) и ее производной (1/Tc)(∂Tc/∂P) (−■−) от электронной концентрации n для систем: а − Re1–xMox (настоящая работа), б − Re1-yOsy (данные из [7,8]) ∫ ∞ β− ∗∗∗ ∗ λ         Γ +        +∆ ∂ β∂ ++∆ ∂ β∂         =λβ y y y T yC CT yC CT y sk TFI cccF c d th 42 1 2 12),( 222 , где ρ=Γ ∗ 64 BTc , 300 2,4 R R =ρ − остаточное сопротивление, ∗=λ cc TT 2 , ( ) CT B cF c ∂ ε−ε∂ = 0 *4 2 1 , C T T B c c ∂ ∂ = 0 *3 1 , B5 = Cc, s − скорость звука, kF − фермиев- ский импульс,         y sk TF F c * − ядро эффективного электрон-фононного взаимо- действия в модели Фрелиха−Дебая [4]; )( 2 )1ln()(ln 1 3 β+∆+=∗ IBCBC T T c c . (2) Выражение для производной температуры сверхпроводящего перехода )(1 0 C P T T P c c →∂ ∂ , полученное дифференцированием формулы (2), имеет вид ),( 2 1 1 1 741 3 28 λβ′+ ∆+ ∆+ = ∂ ∂ βIBBB CB CBB P T T c c . (3) б Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 120 Здесь параметры B1, B3, B4, B5, B6 те же, что и в формуле (2), PC T T B c c ∂∂ ∂ = ∗ 02 2 1 , P CB ∂ ∂ =7 , P T T B c c ∂ ∂ = ∗ 0 8 1 − изменение плавной составляющей 0 cT под действи- ем давления. Подгонку проводили, используя одновременно эксперимен- тальные данные Tc(C) и (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C), так как они описываются одними и теми же параметрами. Это увеличило число обрабатываемых данных и обеспечило лучшую надежность полученных значений параметров. В результате сравнения теории с экспериментом по формулам (2), (3) бы- ли получены параметры ЭТП для систем Re−Mo ( 0 Fε≤ε ) и Re−Os ( 0 Fε≥ε ), приведенные в таблице. Таблица Параметры ЭТП Параметры Размерность Re−Mo Re−Os B1 K1/2 (19.6 ± 0.6)·10−3 (10.2 ± 1.1)·10−3 B2 (at.%·kbar)−1 (−1.2 ± 0.3)·10−4 (4.9 ± 1.7)·10−5 B3 1/at.% (22.5 ± 0.3)·10−2 −(8.68 ± 2.0)·10−2 B4 1/at.% 18.9 ± 0.4 −25 ± 3 B5 at.% 2.35 ± 0.03 0.125 B6 K−1 6 − B7 at.%/kbar −(8.5 ± 2.0)·10−3 (16.5 ± 2.0)·10−3 B8 1/kbar −(1.58 ± 0.8)·10−3 −(2.1 ± 0.5)·10−3 Используя значения параметров B4 и B5 из таблицы, определили расстоя- ния от 0 Fε до критических точек εс1 и εс2: 1 0 cF ε−ε = 0.017 eV для Re1−xMox и 0 2 Fc ε−ε = 0.0011 eV для Re−Os. Эти данные являются важным дополнением для уточнения тонкой структуры электронного спектра. Результаты сравнения экспериментальных данных с теорией для зависи- мостей Tc(C) и (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) представлены графически в соответствии с приведенными значениями параметров на рис. 2. Как видим, наблюдается хорошее согласие теоретических кривых с экспериментальными данными зависимостей Tc(C) и (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C) в сплавах Re1−xMox. Это свидетельствует о единой природе наблюдаемых особенностей – изменении топологии ПФ. Обсуждение результатов Как отмечалось ранее, основным критерием изменения топологии ПФ при исследовании сверхпроводящих свойств является асимметричный экс- тремум в производной температуры сверхпроводящего перехода по давле- нию. Поэтому, исходя из асимметрии минимума на зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(n), приведенной на рис. 2, с учетом положительных знаков Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 121 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 7.006.986.96 T c 0 δT cT c , K n, el/atom C , at.% 5 4 3 2 1 0 –0.10 –0.15 –0.20 –0.25 –0.30 7.006.986.96 (1 /T c)(∂ T c/∂ P ) , 1 02 k ba r–1 n, el/atom C, at.% а б Рис. 2. Результаты сравнения теории (—) с экспериментом (−■−) для зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc (а) и ее производной (1/Tc)(∂Tc/∂P) (б) от содержания примеси (электронной концентрации n) для системы Re−Mo; штри- ховая кривая − плавная составляющая параметров B1 и B4 можно предположить, что добавление молибдена приво- дит к образованию малой дырочной полости ПФ рения. Это согласуется с имеющимися данными об электронном спектре рения [6]. При добавлении электроположительной примеси осмия тоже происходит изменение тополо- гии ПФ – образование новой электронной полости [7,8]. Об этом свидетель- ствуют асимметричный максимум на зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(n) (см. рис. 1), а также положительный знак параметра B1 и отрицательный − B4. Значительный интерес представляет вопрос о влиянии изменений тополо- гии ПФ рения на температуру сверхпроводящего перехода. Выделить из Tc плавную 0 cT и топологическую δTc составляющие можно при количествен- ном сравнении теории с экспериментальными результатами. На рис. 3 пред- ставлены экспериментальные данные для температуры сверхпроводящего перехода, а также теоретические зависимости Tc(n), плавной )(0 nTc и топо- логической δTc(n) ее составляющих для систем Re−Мо и Re−Os. Топологические добавки к температуре сверхпроводящего перехода δTc по обе стороны 0 Fε положительны. Следовательно, положительными долж- ны быть и топологические составляющие плотности электронных состояний δν. Это согласуется с положительным знаком параметра ( ) ( ) ∗ ∗ εν +εδν = c F cF TTВ 22 0* 0 0 1 в обоих случаях. Отметим существенное различие по абсолютной величине топологиче- ских добавок δTc для обеих систем. Большая величина δTc, полученная для сплавов Re−Mo, соответствует пересечению уровнем Ферми вершины d-зоны Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 122 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 7.00 δTc 7.047.026.986.96 δTc T c 0 T c 0 T c, K n, el/atom (T c 0) ph a T c, K Рис. 3. Зависимости температуры сверхпроводящего перехода Tc(n), плавной )(0 nTc и топологической δTc(n) ее составляющих для систем Re−Мо (а) и Re−Os [8] (б). Данные для ( )phсТ 0 взяты из [9]: — − теория, −■− − эксперимент с высокой парциальной плотностью состояний, что согласуется с данными работы [12]. Логичными являются также результаты, полученные для изме- нения плавной составляющей )(0 nTc , если учесть, что уровень Ферми в ре- нии находится на крутом плече энергетической зависимости плотности со- стояний, где с ростом энергии плотность состояний убывает dν0/dε < 0 [6]. На этом же рисунке представлены данные работы [9], показывающие изме- нение плавной составляющей температуры сверхпроводящего перехода ( )phсТ 0 в системе Re−Мо за счет изменений фононного спектра. Отсюда видно, что плавная составляющая )(0 nTc в равной степени определяется изменениями в фононном и электронном спектрах. Однако, как видно из рис. 3, общее измене- ние температуры сверхпроводящего перехода в системе Re−Мо в большей сте- пени определяется топологической добавкой δTc, т.е. связано с ЭТП. Как было показано в [9], введение примеси Мо приводит к смягчению фононного спек- тра. Но примесь Мо в сплавах Re−Мо является легкой относительно Re, поэто- му авторы [9] связывают смягчение фононного спектра с изменениями, проис- ходящими в электронной подсистеме. Исходя из наших результатов, можно предположить, что смягчение фононного спектра является следствием ЭТП. Выводы 1. При исследовании сверхпроводящих свойств сплавов Re−Мо под дав- лением обнаружены немонотонный рост Tc и асимметричный минимум на б Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 123 зависимости (1/Tc)(∂Tc/∂P)(C), указывающие на изменение топологии ПФ рения при энергии сε < 0 Fε . 2. Проведено сравнение экспериментальных данных с теорией, определе- ны тип топологического перехода и параметры ЭТП для рения с различными примесями. 3. Разделены вклады монотонной и топологической составляющих Tc сплавов Re. Показано, что изменение температуры сверхпроводящего пере- хода в сплавах Re−Мо обусловлено в основном изменениями электронного спектра. Причем топологический вклад в изменение Tc является опреде- ляющим. 1. И.М. Лифшиц, ЖЭТФ 38, 1569 (1960). 2. В.И. Макаров, В.Г. Барьяхтар, ЖЭТФ 48, 1717 (1965). 3. Н.Б. Брандт, Н.И. Гинзбург, Б.Г. Лазарев, Л.С. Лазарева, В.И. Макаров, Т.А. Игнатьева, ЖЭТФ 49, 85 (1965). 4. B.Г. Барьяхтар, В.В. Ганн, В.И. Макаров, Т.А. Игнатьева, ЖЭТФ 62, 1118 (1972). 5. Т.А. Игнатьева, В.В. Ганн, А.Н. Великодный, ФНТ 20, 1133 (1994). 6. L.F. Mattheiss, Phys. Rev. 151, 464 (1966). 7. C.W. Chu, T.F. Smith, W.E. Gardner, Phys. Rev. Lett. 20, 198 (1968); C.W. Chu, T.F. Smith, W.E. Gardner, Phys. Rev. B1, 214 (1970). 8. C.W. Chu, W.L. McMillan, H.L. Luo, Phys. Rev. B3, 3757 (1971). 9. Н.А. Тулина, ФНТ 5, 499 (1983); А.В. Белушкин, М.Г. Землянов, И. Натканец, Н.А. Тулина, С. Хабрыло, Ю.Л. Шитиков, Препринт Р14-87-644, Объединенный институт ядерных исследований, Дубна (1987). 10. В.И. Макаров, ФНТ 3, 20 (1977); В.И. Макаров, В.З. Клейнер, Т.А. Игнатьева, ФНТ 5, 1022 (1979). 11. Т.А. Игнатьева, А.Н. Великодный, ФНТ 30, 523 (2004). 12. В.В. Немошкаленко, В.Н. Антонов, Вл.Н. Антонов, ДАН СССР 260, 72 (1981). T.A. Ignatyeva, A.N. Velikodny ELECTRON TOPOLOGICAL TRANSITIONS IN RHENIUM ALLOYS AND THEIR INFLUENCE ON TC The dependences of superconducting transition temperature Tc(С) and its derivative (1/Tc)(∂Tc/∂P)(С) on molybdenum impurity content are investigated. Nonlinear increase of Tc and minimum in the dependence of (1/Tc)(∂Tc/∂P)(С) are revealed, which indicate a change in topology of rhenium Fermy surface. A quantitative comparison between the ex- perimental data and the theoretically calculated results is made and the numerical values of the parameters describing the electron topological transition are determined. It is shown that a substantial rise in the superconducting transition temperature Tc of rhenium under the action of molybdenum impurities is largely determined by the topological addition δTc. Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 124 Fig. 1. Experimental dependences of superconducting transition temperature Tc (−○−) and its derivative (1/Tc)(∂Tc/∂P) (−■−) on electron concentration n for systems: а − Re1–xMox (present work), б − Re1-yOsy (data of [7,8]) Fig. 2. The results of comparison between theory (—) and experiment (−■−) for the de- pendence of superconducting transition temperature Tc (а) and its derivative (1/Tc)(∂Tc/∂P) (б) on impurity content (the electron concentration n) for Re−Mo system; dash line − smooth component Fig. 3. Dependences of superconducting transition temperature Tc(n), smooth )(0 nTc and topological δTc(n) components for systems Re−Мо (а) and Re−Os [8] (б). Data for ( )phсТ 0 are from [9]: — − theory, −■− − experiment