Свойства электронного звука. Загадки сверхпроводящей фазы.

Свойства электронного звука.
Загадки сверхпроводящей фазы.
В.Д.Филь, Е.В.Безуглый, Н.Г.Бурма, Ю.А.Авраменко
ФТИНТ НАН Украины
•
Электронным звуком (ЭЗ) мы называем связанные с упругой
деформацией колебания функции распределения электронов,
распространяющиеся с фермиевской скоростью. Возбуждается ЭЗ
продольным пьезопреобразователем, анализ сигналов ведётся во
время-пролётном эксперименте, позволяющем отделить быстрые
сигналы от медленных звуковых.
U0
Г
U
образец
Пр.
Регистрирующий элемент – пьезодатчик
(U), либо гальванический контакт (Φ)
Система уравнений
В модели свободных электронов электронный звук – это квазиволна, в
более сложных моделях возможны нулевой звук и акустоплазмон.
dy
du
dF
i wy + v
+ ny = - i w L
+ ev
dx
dx
dx
2
d
u
1 dW
- q 2u =
dx 2
r s 2 dx
W = Ly
y = 0
В любой модели упругая компонента электронного звука
Кинетич. ур-е
Ур-е упругости
Матер. ур-е
Ур-е электронейтр.
u
 2U 0,   s / vF
Возникает вопрос – какую величину зарегистрирует пьезодатчик на приёмном
интерфейсе? «Наивный» ответ - ту же самую - неправилен.
Амплитуда смещения приёмного
интерфейса
Пришедшая на приёмный интерфейс волна ( k  vF )оказывает на
него давление, которое следует учитывать при записи
механических граничных условий. Это давление легко оценить из
ур-я упругости
W
 s2
k 2  q2
u
k
q

s
В результате смещение интерфейса в vF s раз превышает смещение
в волне. Этот результат справедлив для любого случая взаимодействия
с границей раздела волны, связанной с упругими деформациями и
имеющей сверхзвуковую скорость.
Потенциал в волне электронного звука
Неоднородная деформация металла сопровождается возникновением
электрического потенциала Φ.Его появление обусловлено требованием
электронейтральности, т.е. отсутствием каких либо нескомпенсированных
зарядов. Потенциалы звука и электронного звука сравнимы по величине. Это
следует из формулы, определяющей значение потенциала:
arg(,u),deg
eF q 2 - k 2
=
U
L
ik

20
1
0
u
-20
2
4
T,K
6
Выявилось качественно различное поведение упругой и
потенциальной составляющих ЭЗ–фазы соответствующих
компонент
с
ростом
температуры
меняются
в
противоположных направлениях. В однозонной модели
такое принципиально невозможно, т.к. обе величины с
точностью до масштабного множителя описываются одним
и тем же выражением. Эффект является следствием
«безпотенциального» режима распространения нулевого
звука на фоне потенциала, создаваемого баллистическим
транспортом в модели с несколькими(3) зонами. В целом в
нормальном состоянии ЭЗ достаточно хорошо описывается
теорией
Загадка сверхпроводника
В сверхпроводнике поведение потенциала электронного звука, равно как
связанного со звуком потенциала, представляет полнейшую загадку.
+6dB
-20
-40
1.0
0dB
30
20
10
0
0.96
1.00
T/TC
. Изменение амплитуды
потенциала звука ниже ТС при
разных уровнях возбуждающего
сигнала. Вставка – поведение
|Φq (Т)|-1 для кривой 0dB.
1.1
T,K
Изменение амплитуд потенциала и
упругого смещения в волне
электронного звука ниже ТС. Вставка –
вблизи ТС
(|ES|, |uES|, (dB))
0
+12dB
|q(TC)/q(T)|
||q, (dB)
20
1.04
1.08
0
0
-20
UES
-20
1.04
ES
1.08
uES
ES
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
T,K