Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2016
Ключевые слова: электронная структура, антиферромагнетизм, сильные электронные корреляции, спиновые поляроны, электрон-фононное взаимодействие, поляроны
Аннотация: В 2016 году было продолжено развитие вариантов кластерной теории возмущений для описания систем с сильными электронными корреляциями на основе обобщенного метода сильной связи (GTB). В рамках поляронной версии метода (pGTB), позволяющей учитывать многофононные поляронные эффекты в системах с сильными электронными корреляциями, былиПоказать полностьюисследованы температурная и концентрационная зависимости электронной структуры Хаббардовских поляронов. Зонная структура поляронов в рамках подхода P-GTB формируется в результате гибридизации зон хаббардовских фермионов и локальных многофононных возбуждений Франка-Кондона. C ростом температуры растет заполнение возбужденных поляронных состояний, перестройка зонной структуры реализуется на фоне расщепления хаббардовских зон на множество поляронных подзон. С температурой изменяется не только структура хаббардовских зон в целом, но и каждой поляронной подзоны в отдельности. При этом происходит перераспределение спектрального веса по поляронным подзонам. В результате основными температурными эффектами являются: (i) уширение пика спектральной функции на потолке валентной зоны более чем в два раза на температурном интервале от 10 до 760К, (ii) уменьшение максимальной интенсивности пика, (iii) сдвиг пика спектральной функции, обусловленный кооперативным эффектом гибридизации поляронных квазичастиц и уменьшением спиновых корреляционных функций, (iiii) увеличение ширины хаббардовских зон и сужение диэлектрической щели. Полученные результаты качественно согласуются с ARPES данными (уширение, сдвиг, подавление интенсивности) и экспериментами по измерению коэффициента отражения (уменьшение диэлектрической щели). Продемонстрированы также следующие тенденции в реконструкции зонной структуры нижней хаббардовской зоны с допированием. Во-первых, перестраивается дисперсия хаббардовских фермионов в виде отщепления потолка валентной зоны. Перестройка потолка валентной зоны, как и потолка ее низкоэнергетической части, при дальнейшем допировании обусловлена тем, что увеличивается энергия локального минимума в точке (pi,pi). Во-вторых, увеличивается число расщеплений за счет гибридизации новых зон с широкой зоной 0-0 перехода, расщепления образуются выше по энергии относительно вырожденных фермионных резонансов 0-0, 1-1, 2-2 и т.д. Исследование одновременного влияния эффектов температуры и допирования показывает, что с ростом температуры в системе с допированными носителями формируется плоская зона вблизи точки (pi,pi) и происходит перенос спектрального веса к потолку расщепленной валентной зоны.??Рассмотрено влияние электрон-фононного взаимодействия с несколькими модами фононов на спектральную функцию и ее температурную зависимость, для чего сделана точная диагонализация внутрикластерного гамильтониана модели, в которой точно учтено ЭФВ с двумя модами оптических фононов. Точно вычислена спектральная функция при разных температурах, которая формируется двумя наборами резонансов Франка-Кондона. В результате для потолка валентной зоны в недопированных купратах типа La2CuO4 при относительно небольшом безразмерном параметре ЭФВ порядка 0.1 получаем ширину пика спектральной плотности порядка 1 эВ, что характерно для экспериментов ARPES. Температурная зависимость ширины линии в модели с двумя фононными модами также сильнее, чем в модели с одной модой.???Для исследования особенностей фононных возбуждений в системах с сильными электронными корреляциями и сильным электрон-фононным взаимодействием в рамках поляронной версии обобщенного метода сильной связи рассмотрена фононная функция Грина. Показано, что в представлении Хаббардовских поляронов функция Грина фононов описывается уравнением типа Дайсона. Существенным отличием от известных результатов для некоррелированных систем является наличие множителей, пропорциональных средним числам заполнения поляронных состояний, и стоящих при определении как нулевой функции Грина, так и поляризационного оператора. Таким образом, поляроны в системах с сильными электронными корреляциями наследуют свойства Хаббардовских фермионов, связанные с перераспределением спектрального веса между соответствующими возбуждениями. Показано, что фононная функция Грина для кластера представляет собой суперпозицию вкладов, соответствующих фононным возбуждениям в поляронной системе. Интенсивность и вероятность каждого такого возбуждения зависит как от энергии и чисел заполнения начального и конечного поляронных уровней, так и от вероятности перехода между данными уровнями. Это приводит к перенормировке частот фононных возбуждений и ее зависимости от допирования и температуры.??В рамках той же идеологии кластерной теории возмущений для систем с сильными электронными корреляциями было рассмотрено влияние перестройки электронной структуры допированных купратов в сильном магнитном поле на электронную структуру и топологические переходы Лифшица. Проведено исследование электронной структуры t-J и t-J* моделей со скошенным антиферромагнитным упорядочением спиновых моментов при наличии внешнего магнитного поля. Обнаружено немонотонное изменение законов дисперсии электронов с разными проекциями спина, плотности состояний и поверхности Ферми с ростом магнитного поля. Показано, что с ростом поля имеет место скачок намагниченности, сопровождающийся резким изменением электронной структуры, а величина критического магнитного поля сильно зависит от параметров модели. Сравнение результатов расчета с учетом дальнего антиферромагнитного порядка и без него при нулевом внешнем магнитном поле позволяет сделать вывод о том, что первопричиной изменения знака постоянной Холла при переходе от оптимального допирования к передопированному состоянию является разрушение антиферромагнетизма.