负u中心模型的超导转变温度及同位素效应

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1、维普资讯http://www.cqvip.com烟台大学学报(自然科学与工程版)995年第3期Journa]ofYantaiUniversity(NaturalScienceandEngineering)负u中心模型的超导转变温度2卜2及同位素效应O＼余亚斌1蔼百广摘要针对高温氧化物超导体，根据有关理论及实验研究结果，给出一个简单的负U中心模型．研究了超导转变温度及同位素效应，并得到与实验相符的结论。关键词高温兰苎莲变塑星．旦垡童鍪生墨!：尘0引言丁乙自从Andersont首次引入负U中心这一概念之后，相继有许多工作借用其研究各种体系的超导电性，其结果表明，从具有负

2、U中心的模型出发，对理解这些体系的各种实验现象是行之有效的，因此曾一度引起广泛兴趣。在高温氧化物超导体出现之后，又有许多理论工作者试图把负U中心超导机制引进高温超导材料的研究中，以解释那些不能被传统的BCS理论(或单纯电声机制)完满解释的实验现象。这种尝试在一定程度上获得了成功。对于负U中心形成原因，在以往所研究的体系中有过不少的讨论，大体可分为三种主要情形：一是因晶格与电子系统的强耦合；二是纯电子机制，即一个电子系统与另外电子系统间的耦合；三是电子局域激子的耦合。在高氧化物超导体的负U中心形成机理的研究中，人们也设想了各种可能性。基本涉及到以上各种情形。在此我想简

3、述一下Hirsch等人的工作。他们考虑的是纯电子机制，从一个扩展的Hubbard哈密顿量出发，利用MonteCarlo方法对系统进行模拟计算。其结果表明，当在Cu格位上及相邻cIl一0格位上空穴之间有较强的排斥存在时，则有效相互吸引作用将发生在0位的空穴之间。与此有关的，Bianeoni等人【s根据Cu的La射线吸收谱，断言在YBaCuO和LaSrCuO材料中巡游的氧诱导带空穴(Ligandhole)的存在。同时指出局域的cu空穴与巡游的0空穴之间有很强的关联，以及在0：。轨道与Cu轨道间还有较强的轨道杂化。有关负U中心在高氧化物超导体中的形成还有很多工作，比如，文

4、献Eg]给出空穴与局域晶格畸变耦合形成双极化子的论述。再如Callaway等人⋯指出Cu一0链两则的0原子极化可以导致cu格位的电子(或空穴)配对，等等。此外值得注意的是，从目前有关高温超导机制的理论研究来看，除少数理论模型(如共振价键模型)之外，大多数理论模型都涉及到局域配对问题，比如激子机制，自旋涨落机制等。收稿日期：1994一OB一31维普资讯http://www.cqvip.com烟台大学学报(自然科学与工理版)1995年而这些大都可以1月入负U中心的理论范畴。因此对负U中心在高温超导体中的研究是很有意义的。从一个简单的负U中心模型出发．借用Gorkov方法

5、，给出超导能隙方程及超导转变温度的公式。从而讨论了负U中心对T及同位素效应的影响，并得到有意义的结果。l模型与公式根据Hirsch等人及Biacon[等人的研究结果。考虑如下哈密顿量，H—日础+打u++(1)这里，一为载流子(电子或空穴)的0哈密顿量；u为有效载流子间负u中心相互作用；为局域电子(或空穴)的哈密顿量；H为两者之间的杂化相互作用。对高温氧化物超导体而言，载流子指氧诱导带空穴，局域“电子”指铜带空穴由于超导态发生在载流子系统中，因此为简单起见在此暂且忽略与H，(1)便成为：H=H一+Hu(2)以札(x)，(x)表示载流子的场算符，则哈密顿量可表示为：H一

6、[(一枷)]d-一∑l詈))()札)dx(3)』一∑l)馆)(x)机)dx对于以上哈密顿量所描述的体系，可能有两种情形发生，一种情形是U不十分强，还不能达到能使两载流子在超导前形成粒子对，而是直到发生超导时载流子才结成Cooper对并同时发生凝结。这就类似于BCS超导体。另一种情形是当U足够大时，以致使两载流子在超导前率先结成粒子对(玻色子)，之后发生这种对的玻色——爱因斯坦凝结。后一种情形根本不同于BCS超导体，将会有与BCS超导体完全不同的一系列特性出现。鉴于到目前为止，从高温超导体的实验来看，有许多现象仍保留着BCS超导体的特点，比如，在处只发现电子比热跃变，

7、而并未发现具有玻色——爱因斯坦凝结特征的峰。再如可以观测到有限的同位素效应，另外在任何温区上都没有发现有双粒子激发。因此考虑前一种情况。现引入松原格林函数：G0，)一一<[机0)(z)])(4)其中，0)=札(f)一en~gb。()e一，_．对(z)一(f)一e()e一<⋯⋯)表示对巨正则系综平均，表示(r)，为化学势，按照哈密顿量(3)可得到G。(z，)的运动方程，(一羞+V-土)G(z，)d0一一)+