Научный руководитель: Дубровский Олег Игоревич, к.ф.-м.н.
Соавторы: Задорожный Вячеслав Викторович

Интерес к Hg-содержащим ВТСП стимулируется тем, что рекорд критической температуры принадлежит ртутным соединениям. Однако сложность и ряд особенностей синтезированных высокотемпературных сверхпроводников приводят к тому, что, несмотря на значительные усилия, еще до конца не ясны как характер и механизм спаривания, так и природа высокотемпературной сверхпроводимости. В связи с этим, ключом к пониманию механизма высокотемпературной сверхпроводимости в теоретическом плане может стать детальное и всестороннее исследование электронной структуры новых сверхпроводников, т. к. физико-химические свойства твердых тел в значительной степени определяются их электронным строением.

Работа посвящена детальному изучению электронной структуры тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводников на основе Hg-Ba, а также их спектральных характеристик (рентгеновских эмиссионных спектров).

В качестве объектов исследования были выбраны оксидные высокотемпературные сверхпроводники системы Hg-Ba-Ca-Cu-O состава HgBa₂CuO₄, HgBa₂CaCu₂O₄ и HgBa₂Ca₂Cu₃O₈ .

Проведено комплексное теоретическое исследование электронной структуры тонких моноячеечных пленок на основе ртути. Электронная структура в пленках рассчитана с помощью пленочного метода линеаризованных присоединенных плоских волн. При расчетах использовался базис из 265, 300 и 340 ЛППВ для пленок Hg-1201, Hg-1212 и Hg-1223, соответственно. В разложении базисной функции по сферическим гармоникам учитывались члены с l_max=7. Зонный расчет проводился в 1/8 неприводимой части двумерной зоны Бриллюэна в сетке из 15 равномерно распределенных точек k. По результатам зонного расчета вычислены полные и локальные парциальные плотности электронных состояний для каждой пленки. Для более корректного сопоставления полученных теоретических плотностей состояний с экспериментальными данными, полученными на основе метода рентгеновской эмиссионной спектроскопии, для каждой пленки вычислены рентгеновские эмиссионные CuL- и OK-спектры. Обсуждается зависимость электронной структуры и спектров от количества слоев CuO₂ в элементарной ячейке пленок.

1. В структуре валентной зоны тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводников системы Hg-Ba-Ca-Cu-O преобладают гибридизованные кислородные 2p- и медные 3d-состояния. Состояния, связанные с атомами Ca и Ba, энергетически расположены, главным образом в незаполненной зоне на 3-5 эВ выше E_F, а сами атомы в значительной степени ионизованы.

2. В исследуемых пленках медные d- и кислородные p-состояния взаимодействуют резонансным образом. Сильное d-p-взаимодействие проявляется в виде расщепления пика плотности кислородных p-состояний на две компоненты в области локализации медных d-состояний и изолированно в каждом купратном слое может быть описано моделью d-s,p-резонанса.

3. При увеличении числа медь-кислородных плоскостей n в пленках HgBa₂Ca_n-1Cu_nO_2n+2 максимумы в плотностях электронных состояний атомов Cu и O сглаживаются, что особенно сильно проявляется для атомов кислорода из медь-кислородных слоев пленок, и свидетельствует об усилении делокализации носителей в этих слоях.

4. Во всех трех пленках основной вклад в полную плотность состояний на уровне Ферми вносят атомы Cu и O, причем суммарный вклад атомов кислорода преобладает. С ростом n увеличивается значение полной плотности состояний, локализованных в слоях CuO₂.