Коллективные и корреляционные эффекты в двухкомпонентной плазме твердого тела тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ



ЮСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ИНКЕНЕШО-СЧЕИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах , рукописи

ФЕТИСОВ Евгений Петрович

КОЛЛЕКТИВНЫЕ И КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ. ЭФФЕКТЫ В ДВУХ'ЮШОНЕНТНОЙ ПЛАЕМЕ ТВЕРДОГО ТЕМ.

01.04.02- теоретическая физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук.

Москва- 1992г

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физическом институте. Официальные оппоненты - доктор физико-математическкх наук, '

гл.ц.с. Максимов Л.А. . , • . - доктор физико-математических наук,.

в.н.с. Максимов Е.Г. - доктор физико-математических йаук, " • Садовский М.В.

Ведущая организация -Институт общей физики РАН. Защита состоится' " Зо " MMrQtßj* 1992г. в {? часов на заседании специализированного Совета Д-053.03.01 в.Московском, инкенерно-физнческом институте-по адресу: II5409, Москва," Каширское шоссе, д.31, .тел, 324-84-S8. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан " О "i- " Ci£^c»^ct 1992г.

Просим, принять участие в работе Совета или прислать отзыв в одном вкземшшре, заверенный печатью организации.

■ Ученый секретарь Специализированного Совета , В.П.Яковлев

ДАРСТВЕННАЯ 3 _

БЛИОТеКА

___ОБш хлРАКТБвюат - рлвота. '

Л Актуальность теш. Проблема, кегэлектронныс корреляций занимгог ' й .кирго пз' центральных мест в современной физике твердого тела. При этом следует' виде/тать обмешо-йорраляцяонше эффекты, в феномено-, логической трактовке прёдставлшоте собоЗГформи-аадкостнне коррре-ляцик, п когерентные коррзляшш, связагашв^с фазовнки переходами • к лежите в основе таких явлений, как сверхпроводимость, сегнето-электрячество, магнетизм н т.д.

В металлах и полупроводгтгках киеег место, как правило, слоязшя электронная структура, и возникает проблема описания корреляционных явлений в такого рода электрош&х системах со слок-ной ферли-поверхностью, при наличии кристаллической решетки, зон-• ной структура, свойств симметрии и т.п. Ввиду сложности проблемы'в качестве одного из практических шагов представляется целесообразным, моделирование этих систем.

Важной н содержательной .характеристикой является спектр коллективных возбуждений, позволяющий судить о возбужденных состояниях система, её параметрах, условаях появления неустойчивостей и связанных с тши фазовых переходов и т.п. Кроме того, знание спектра нередко открывает возможности для практзческих приложений. Существенно, что в слозетых электронных системах нередко возникает более благоприятные условия для проявления оффектов корреляции, примером чего могут слугзггь недавно обнарргеявкз на експеркленто нуль-звуковые колебания в металлах.

Проблема фазовых переходов в метгллах к полуправодниках, происходящих, как правило, в условиях сильного взаимодействия, ставят вопрос о последовательном описании электрозто-дарочнш: систем с учетом как когерентного, так и обмекно-корредяционкого взаимодействия.

Указанные выше общие вопросы трсбувт конкретного применения при последовали материалов со сложной зонной структурой, таких, как переходные металлы, соединения на основе редкоземельных к урановых соедшший н др. Последние обладают унжальикш свойствами, нря втоа прзрода как яорглального, так я сверхпроводящего состоя-Ш1Я стах ооеданений до сих пор не ясна .я является предметов изучения.

Тем -салом, теоретическое исследссаяяо корратациотшх а коллективных явлений в злектрошпас системах представляется актуальный л имеет как фундаментачьноо, так и прикладное гкачегае.

■*••-- ■;■■ • . -у' -4 : ■ ' .' л.

Цель диссертации ~ последовательное построение теории когерентных, и некогерентных корреляция и коллективных явлений , в влектронных системах твердого тела со сложной зонной 'структурой в относительно простой, но содержательной кодели.

. Научная новзана. В дассертащи последовательно обобщен-, . формализм ¡заряженной ферда-зддкости на.многокошонентные. электронные системы" металлов и полупроводников со слокной зонной, струк- . . турой и н& этой основе рассмотрев электромагнитные свойства- даух-г-коглюнентаюй системы, коллективные возбуждении, в ней и рать' когерентных и некогеренглых корреляций. 'В работе впервые получены . • следующие результаты. _ '

Найдены электромагнитные Характеристики изотропной двух-компонентной ррми-авдкостп-тензор проводимости,- продольная я. . : покзречная диэлектрлческая проницаемость. ПроанализиЕЮван спектр продольник колебаний в такой системе. Предсказано, существование низкочастотного куль-звука, обнаруженного недавно на эксперименте. -Получен спектр акустического плазмова в жидкости и указано на существенное расширение области его.существования. Указано на возможность существования низкочастотного поверхностного -нуль-звука и поверхностного акустического ¡алазмона к получен соответствующие! спектр. Получен спектр колебаний объемных и поверхностных плазмо-фононов и указано на их связь с нуль-звуком.

Вычислен гензордолектряческой проницаемости двухкомпокент-ной ферш-жидкости в магнитном поле, получено дисперсионное уравнение в общем виде и проанализированы прямые волна.

В гриноЕской технике в приближения случайных фаз исследована возможность включения в фсрля-хвдкостную таориа эффектов локального поля, связанных с процессами-перебросов', в условиях'многозонно'й системы. Получена макроскопическая диэлектрическая проницаемость 1: спектр продольных колебаний.

Рассмотрен ряд методов возбуждения объевших- к поверхностных волн, в том числе нуль-звуковых.- *

Теория ферми-лэдссости с когерентным взаимодействием обобщена при нулевой и конечной температуре на двухкошонентную .заряженную кидкостьсэкситонныма корреляцияж.

В атом подходе развита теория колебаний равновесной и неравновесной жидкости с електрон-дырочным спариванием синглетного и . ■ триплетного типа. Выявлено существенное влияние легирования на характер спиновых и бессшновых возбуждений и на устойчивость

системы. Установлена непбсредствешая связь ряда фазовых пэре- . ходов с раскччкой колебаний. Обнаружена гибридизация нуль-звука с колебаниями фазы параметра йорндка. Подробно проанализировали колебаниями неустойчивости в фазэ "экситотаого ферромагнетика".

Рассмотрено влияние когерентных к некогеректных корреляций на подвижность электрон-дырочных капель.

В рамках модели двухкомлониггаой заряженной жидкости рассмотрены нормальные свойства соединений с флуктуирующей валентностью и с тяжелыми фершонада.- Вычислены термодинамические и кинетические характеристик!', полнена зависимость от температуря и магнитного поля. Проведено сравнение с экспериментом и найдено согласие.

Предложена модель утяжеления квазичастиц, основанная на микроанализе взаимодействия; и-спектра возбуждений при наличии нестинга в системе, и вычислена .эффективная; масса.

. В рамках гипотезы о гибридном (меязонном) спаривании развита теория сверхпроводящего состояния тякслофершонных систем. Вычислены константы взаимодействия. Выявлен прешдудествешшй вклад синглетного межзс^кного У - спаривания при наличии также

с( - спаривания во внутризониом канале. Получены термодинамические и электродинамические характеристики и найдено согласие с экспериментом. Проанализирована роль мелзогашх переходов и диэлектрического спаривания.

Научная и практическая значимость работы.

Теория даухкомлоненткой заряженной жидкости составляет основу для исследования электромагнитных, термодинамических и кинетических свойств многокомпонентных электронных систем в металлах полупроводниках как в нормальном состоянии, так и при наличии фазовых переходов, позволяет проанализировать спектр возбуждений, оценить параметры корреляционного взаимодействия, "указать предаст экспериментального исследования и дать соответствующую интерпретацию. Основные положения теории подтверждены тлеющимся экспериментальным материалом. Подученные результаты использовались при интерпретации экспериментов по возбуждению низкочастотного нуль-звука, по излучают? заряда при скользящем движении вдоль поверхности металла, подвижности электрон-дырочных капель, а также нормальных л сверхпроводящих свойств тяжелофермиошшх соединений. Некоторые результата, например, касающиеся возбуждения поверхностных нуль-звуковых волн могут быть использованы при постановке экспериментов, Развитые теоретические положения, и результаты представляют интерес и в

... . „. . :. ^ _ • .. ■ у..." . .

применении к другим объектам. Так теорий колэЗашй в легироэавнда экситонном диэлектркка„монет быть перенесена на сверхироводнюги'прй конечная температурах ели неполном спаривании, в том числе гтра • -существовании нескольких -велей к т.д.

Основные положения, .вкноскше на- звттг.

I. Теоретическое спасание объелшнх.и поверхностных кодлок-^ тшзннх возбуждений в даухкомпоненткой -заретэнной фер-ш-кидкостк метачлоз я полупроводников.

2„ Теория заряженной двухкомпояёнтной фе-гидкосгя с 8йсзтоЕншн ■ коррсшгаияж*н анализ спектра каядективигх возбуждений в равновесных к перавнозеенше под5ущюв6дниках. к полуметаллах* 3. Двухколшонентиая модель и результата расчета теркодиналш ческих характеристик систем с тяге алыми фешионаш к флутстуирутей валентность»..

4. Модель утяжеления кваг-гчастац а системах с тяжелыми фермионаыи я расчет эффективной массы. ,

5, Модель табриетого меязокного спаривания к расчет основных характеристик тяжелофергаюшшх сверхпроводников при учете мегзонногс. вклада в.тон а акситснных корреляций.

Аетообадия работн,'Материал.» каясжеялы:! в диссертация, опубликован в печати б 43 работах. Он неоднократно излагался на различию: кеЕлуиароджх и всесовэша. конференциях:..'ки У Международной конференции по валентнш фпухтуадиям (Бангалор, Яяд;'-^ ,1936); на Советско-японском семинаре по физике я хжляи редкоземельных соединений (Сендай .'Япония, 1937); на Советско-запзднох'ерманских семинарах "Исследование соединений на основе редкоземельных элементов" { Бад-Хонкефф, ФРГ, 1936; Тбилиси, 1987); на Всессвз-НЕ2 совещаниях по физике клзких температур (Таялкя, 1984, Тбилиси 1986\ на Всесоюзных конференциях по физхке г редко-земелькых Еолупровадников (Новосибирск,1987; Саратоз, 1290); на Всессззной тксшб-сешшаре по-актуальным вопроса« физики и ханш соединений ка оснозе радкоземел&нкх элементов (Красноярск, 128Э), на Всесоюзной ажшей шкоде-сишюзиуме фггакоз-теореткков "Коуровка" (Свердловск, 1374; 1978; 1980; 1982; 19Э0; Пе^я-,1384; Низший Тагил, 1985; Челябинск» 1988);. на научных конференциях в МИФИ, а такге ка ваучшос семинарах в Ш&, ШН и в друг;;--: организациях.

Структура и об?ам угбот. Диссертация состоит из введеши, трех глав, заключения г четырех прш>г.сний и списка литератур;! из 270 источников. СЗшй объем составляет 236 страниц и включает 24 рисунка и I таблицу. Основные оригпнашпге результата" отмечены з соответствумдкх параграфах:.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ В диссергащи исследуются коллективные и корреляционные явления в металлах, полупроводниках и полуметаллах. Учитывая определяющую роль коллективизированных электронов и слскнузо, как правило, электронную структуру» представляется целесообразным использование модельного подхода, рассматривая элсктрошуп систему как шогакойпоне-иную хиазму, а з общем сяляо-фсххи-яидкость, Вначале анализируется кекогероипше корреляции в феноменологотос-ко2 колола ферг-м-лггдкоста Ландау-Силнно (Ландау J[.Д. 1056, Силин В.П. IS57). Воспроизведены результаты однекемпонентной нидкостк. Показана трудности ветвления корреляционпих гфуектои.

Значительно более содоглательнш и в то аке время относи-ташп apocu;:.; является: случай двухкомконеятной жидкости, дзггог'г адекватнее ошеолио двухзошой ситуация, являющийся цриг5лгсюжие>: в прекебрп"сс!пш влиянием других soir или, наконец, оддовдшхй анизотропную ситуацию. Двузосошонелтная система облапает судест-иеннкм претупоотяои при азучмшп корроляц::о!шкх эффектов, что связано с возможностью взажлой компенсации плотности тока и заряда компонент л уисвняеняя роли прямого кулоновского взаимодействия, Методом кварнхласипескпх кинетических уравнений внчпелен тензор диэлектр?¡ческой проницаемости двухкомпояентной жидкости с учетом двух першх членов разложения ферта-кидтсостного Зупядоюода, Дч«т случая трансляционной инвариантности получено выражение дяя _ тивной массы носителей fflfzz ПЬ Аг/],

Ц — фермиевекз'я схоростз электронов. Проанализирован спектр продольных колебаний, в которых проявляются наиболее значптсль-якс "нулевые" коэффициента Ландау А'/ . Выявлена существенная роль корреляций для низкочастотных возбутздений. Получен спектр акустического плазмопа (Пашге, ШрифЗер, I&6I) в йидкости и обнаружено существенное расширение области его существования за счет ебмешго-карреляшгонкьк ¡эффектов. Показано, что ферми-жидкостные корреляции играют в&'ягув роль для низкочастотных поверхностных волн, распространяющихся на границе даух однокомдонентннх жцдкос-тей или вадуума и двухкошононтной фершмдхдкости. Получек такяе

спсктр поверхностных плазмофонов на границе полярного полупроводника с диэлектриком и металлом.

Установлено, что существенной особенностью многокомпонентной заряженной ферми-жидкости является'возможность распространения низкочастотного колебания нуль-звукового типа. Получено диспсрскон-ное уравнение в виде (Дуташ С.З., Фетисов Е.П., 1972) ,

где { -

функция Линдхарда, Этим уравнением определяется и акустический плазмон. При Щ^-у -^у уравнение упрощается

дебасвсккй радиус экранирования. Нуль-звукозне решение ол^ки не имеет бесстоякновительного затухшим, к отличие от акустического плазмона, для которого получено затухание, пропорциональное частоте. Нуль-звук в металле бил недавно обнаружен, наконец на эксперименте (Бур/ла Н.Г.Дейнека Е.Ю., Ф:шь В.Д,,1389). В работе получена также ветвь поверхностного нуль-звука и рассыот-■ река возможная гибридизация нуль-звука и готзмофокона.

Известно, что вовне возможности открывает анализ поведения системы во внешнем магнитном ноле. При этом в двухкемпонезжгой жидкости существенную роль играют нулевке к первые коэффициенты Ландау, а не вторые, как в однокоапоиептной системе. Получена система кинетических уравнений в поле и вычислен тензор проводимости и диэлектрической проницаемости двухкомпонентной ферыи-кидаостя с учетом двух лервнх коэффициентов АУ, АУ . Получено и проанализировано дисперсионное уравнение прямых волн, распрос-. трашюащхся вдоль и поперек внешнего магнитного поля. Рассмотрены различные типы волн- маиштогадродшгамичеекке, геликоны, циклотронные, выявлено влияние фсрмк-жидкостных корреляций на спектр, поляризацию'волн и их затухание. Анализ этих эффектов, а такяе дисперсионных членов обыкновенных и необыкновенных волн указывает на принципиальную возможность оценки нулевых и первых коэффициентов Ландау.

Одной из особенностей ферми-кидкостной теории является возможность возбуждения спиновых волн в парамагнитных металлах. Рассмотрено возбуждение. импеданс и поглощаемая энергия: при распространении таких волн в металлической пластинке с двумя типами носителей.

Более адекватное списание электронной системы в ферми-гадкостк требует учета специфики твердого тела. И если роль стаз-

метрки (Горьков Л .П., Дзялоншнский И.Е. 1963), ют зонной структура (Джонс, Мак Клюр 1965), в ферми-жидкостной теория рассматривалась ранее, то проблема последовательного учета эффектов локаль-.ного поля, связанных процессами переброса, остается открытой. В диссертации эта задача в гриновской технике решена моделыго в рамках приближения случайных фаз. За счет введения второго функционального ядра, связанного с переброса!,и, удается обойти проблему обращения бесконечной матрицы, возникающую в этой задаче, и подучить макроскопическую диэлектрическую проницаемость шогозонжш системы с учетом поправки на локальное поле, которую можно записать в виде единого функционального ядра, обобщающего ферми-жидкостной функционал. В двухзогаюй модели корректно вычислит поляризационные операторы, уточнены известные спектры плазмелпшх и нуль-звукоззых мод и проанализировано влияние кеязонных переходов и корреляционных эффектов на спектр объемш^ поверхностных ' возбуждений. Указано на возможность существования в логлровашшх или неравновесных полупроводниках объемной и поверхностной щелевой моды.

Для обнаружения к изучения волн поляризации и нуль-звуковых колебаний важное значение имеет анализ способов тзозбукцетш я регистрации. Рассмотрены некоторые из методов-оптический, возбуждение переыешым полем, движущимся зарядок в объеме и на поверхности, пореизлучение поверхностных волн на шероховатой поверхности, параметрическое возбуждение нуль-звука и акустического плаз-мона. Переменное поле, наряду с акустикой, использовалось в экспериментах по возбуждению нулевого звука з металлах.

Наряду с обменно-корреляционнкш эффектагли,' фигурирукгщми в теории нормальной ферми-кидкости, существенную роль в твердом теле играют когеренттае корреляции!. В ряде работ (Келдня Л.В., Копаев Ю.В.,1964; Козлов А.Н., Максимов Л. А. 1965; Де Клуазо 1965) было показано,'что полуметаллы и узкозонныз полупроводники с совпадающими по форме поверхностям Ферми электронов и дырок оказыв-эются неустойчивыми относительно образования электрон-дырочных пар синглетного и триплетного типов и могут переходить в диэлектрическое состояние. В реальных условиях в равновесных .и неравновесных электронных системах взаимодействие часто не является слабым, и возникаем проблема последовательного учета наряду с 'когерентными шогочастичных фермя-зщдкостных корреляций.

Теория ферми-кндкости с когерентным взаимодействием обобщена в гриновской технике на двухкомпонентную зартаенную жидкость

с экситопными корреляциями. В основу положена схема, использовавшаяся для описания сверхпроводимости в ядре (Ларюш А.И,, Магдал А.Б. 1963). Объектами теории являются электрон-дырочные капли, зоннне ферромагнетики, равновесные и неравновесные электронные системы в полупроводншеах :и полуметаллах. Получс-шх у. решены уравнения для гриновских функций, илплвтуд взаимодействия с внешни.! полем, массового оператора и щелей при кулевой температуре. Произведено обобщение теории на конечные температуры. Найдена магнитная еос-пршмчквость системы.

. Основное внимание уделено анализу спектра возбуждений в такой электрон-дырочкой жидкости поскольку вознккатеие неустойчивости непосредствекко связаны с фазсвш.-_2 переходами, В двухщелевом зк-сктонком диэлектрике при слабое легкрезании получены высокочастотные иода ю<~9-й} а таксе длинноволновые колебагесх низкой частоты и>, Л , при это?' бзссшшовне колебания имеют обычный звуковой ввд, а спиновые носят пороговый характер и существует вблизи базового перехода в несоизмеримую фазу иди стэне-ровский ферромагнетик. Критерий устойчивости зависит от фераа-шст-костных эффектов. Рассмотрены пороховые частота со о) . Пасены нуль-звуковые мода.

Легирование существенно влияет на спектр низкочастотных: возбуждений. Найдено, что в спектре бесспшовых .возбуздений одао-щзлевого диэлектрика на смену звуку с ростом концентрации леги-рутоей примеси приходят связанные колебания нуль-звука и обычного' вву?а, обусловлишого колебаниями фазы параметра порядка, пере" ходящие в пределе в чисто пуль-явукозые возбуждения. В спиновых колебаниях яуль-ззуковые возбуздегагх иагкошюго типа со с ростом легирования приобретают звуковой характер. Неустойчивость этой г,;ода при О приводит к переходу в двухголовое фарро-

кагютгое состсяше. Получен обобщенный критерий ферромагнитного перехода для легированной ферчи-кидаостяой системы с экептошшгл спариванием. В системах с Л,/— О найдете аналогичные моды, но шазовкй переход возмоген лишь з стояерозский ферромагнетик прй слабом условии на параметр Ландау . Этот вывод согласует-

ся с той фактом, что для многих металлов переход в ферромагнитное состояние происходит при сравнительно слабом взаимодействии.

Рассмотрены коллективные возбукдения в неравновесных системах, образующихся, например, при лазерно:-; возбуждении полупроводников. В этих системах роль легирования играэт электроны

над цедьта, число которых определяется разность» квазиуроэней электронов я дырок. Пот низких уровнях накачки спаривание пропс-ходит в случае притяжения, при зысоких-дпя отталкивания. IbiineK спектр колебаний и критерии перехода в нормальное бес-щелевое состояние а двухст,елевую кагпитиуаз фазу с учетом ферш-кидкостных эффектов.

В зкеитоняогл диэлектрике при конечных температурах получена мзгзиттал восприимчивость и рассмотрен спектр колебаний. Основной эффект конечной температуры состоит а затухании возбуждений п наличии леско:.шенсированных носителей в отсутствии легирования. Рассмотрены предали вырожденных и иевнроддеплых избыточных носителей.

Рассмотрены коллективные возбуждения в легированном экситон-hcjvi ферромагнетике. Показано, что легирование приводит к появлению беспороговых низкочастотных спиновых колебаний. В пренебрежении фер:.ж-5етдкостныгж1 эффектами получены два ветви нуль-звукового типа, в которых параметры Ландау заменены соответствующими когерентными амплитудами. Неустойчивость это!': иода соответствует переходу з однощелевое состояние. Рассмотрены пределы слабого а сильного ферромагнетизма. Найден спс-ктр колебаний с учетом фер.\51~лШДКостнЕХ параметров. Сформулирован критерий неустойчивости, определяющий переход в однощелевое состояние дли стонеровскнй ферромагнетик и обобщавдй известный результат (Волхов Б.А., Копаев Ю.В., Русинов А.И. 1975), Рассмотрены особенности свободной энергии вблизи фазового перехода. Ддк бесспкновнх колебаний получены решения звукового типа, магнптоупругпе волны и нуль-звук на разных спиновых подсистемах. Выявлена гибридизация спиновых и бесгопговых колебаний.

Ечязкая аналогия окситокнсго диэлектрика со сверхпроводником 'позволила получить спектр колебаний з последнем. При атом легирова -нне а случае сверхпроводника обусловлено игшгцгем нормальных элект-роноз за счет конечности температуры или неполного спаривания. Найдено решение в низкочастотной области, представляющее гибридизацию нуль-зззужа со звукозьшя вотебаняяия фазы. Подобные колебания обнаружены, на эксперименте.

Своеобразий класс веществ представляют соединения редкоземельных элементов и актинидов с нестабильной / - оболочкой, проявляющие свойства систем с флуктуирующей валентностью а с тяжелыми фзрмионамп. 3 диссертации для описания этих слояных соединений

применена модель двухкошонентной жидкости, учитывающая обменно-корреляционнне и когерентные эффекты. Вычислега основные термодинамические величини, проанализировано поведение тепдоесмкости и ряда кинетических коэффициентов как функций температуры и магнитного шля. Подробно рассмотрен примесный вклад в сопротивление и магнитосопротивление. Получено согласие с основными экспериментальными результатами (Дкаккар, Кибин, Сиерро 1988 и др.).

Вопрос о природе тяжелых фермионов остается открытым. В то ке время многочисленные эксперименты указывают на наличие в этих соединениях сильных антиферромагнитных флуктуации (напрашивается аналогия с обсуждавшейся в свое время проблемой //<? , Дюгаев A.M. 1976). Предложена модель утяжеления квазичастиц, основанная на учете этих флуктуаций при дополнительном предположении о неетинге. Проведен микроскопический анализ межэяектронного взаимодействия в системах с тяжелшд! фермионагж. В результате рассмотрения структуры «»метризованной вершинной функции и выделения кулоповского взаимодействия решено уравнение Бетс-Солпитера, найдена двухчастичная вершинная функция и получены соотношения для диэлектрической проницаемости, магнитной и зарядовой восприимчивости.

Учитывая, что не все системы с f - электронами проявляют твкелофермиошне. свойства,введено дополнительное предположение о неетинге. В этих условиях вычислен поляризационный оператор, получено дисперсионное уравнение коллективных колебаний и найдено ех'О решение в виде ротона с мнимой частотой -"дюМузона". Вычислен вклад диффузона в собственно-энергетическую часть и получен эффект возрастания эффективной массы, пропорциональный "затравочной " массе, при этом отношение

Б соединениях с рекордно-тяжелыми носителями Jtl^^/o'mj вполне вероятно участие дополнительных механизмов, например, связанных с нарушением адиабатичкости взаимодействия (Каган Ю.М..Прокофьев Н.В. 1986).

Одник из проявлений когерентных корреляций в системах с тяжелыми фермнонами является сверхпроводимость многих из них. В диссертации сформулирована и подробно проанализирована модель межзонного (гибридного) спаривания в тякело-фермконных сверхпроводниках. Найдена верниккея фушцая щ. полная диэлектрическая пронкцаё- . мость с-учетом" как короткодействующего кондовского взаимодействия, • так. и электронного экранирования и злектрон-фоноштого взаимодействия. Получены константы, связи и-.установлена преобладающая роль

синглотного мекзонного спаривания в состоянии при дополни-

тельном вкладе внутризонного ' с!~ спаривания.

Вычислен функционал свободной энергии при произвольной температуре к основные термодинамические и электродинамические характеристики-скачок теплоемкости, корреляционная длина / -4-л?/i лондоковская глубина проникновения , верхнее критическое

поле — 3Î параметр Гинзбурга-Ландау X .

Рассмотрены пределы и Т~> Тс . Полученные в модели

теркоданал'.пгческие параметры находятся в еоглаехш с экспериментом.

Вопрос с допдоновской глубиной не вполне ясен и теоретически, и экспериментально. В работе электромагнитный отклик был вычислен в более общей модели, учитывающей мсязонные перехода. Использован подход, подобный крь-методу в физике полупроводшпеов и представление Латтинкера-Кона. Недпагонаяьный по зонам ток оказывается анизотропны;,!. Лондоковская глубина в случае существенной роли мензошшх переходов определяется, в основном, легкий носителями.

Рассмотрено влияние ка критическуи температуру диэлектрического спаривания. Определен спектр возбуждений» при этом энергетическая щель является комбинацией сверхпроводящей и экситопной щелей. Учет экситонкого канала приводит к_пзрснормнровке затравочного гибридизационного потенциала V-* V. Получены уравнения, связыванию щель и потенциал гибридизации. Взаимное влияние параметров порядка А и \/ оказывается деструхт1шным-сверхпроводи-ыость и экеитонное спаривашхе подавляют друг друга.

В Прияожсшвд вынесены вопроси, дополнявшие основное содержание диссертации. Так,- рассмотрено поведение разреяешюй полу-проводшпеовой плазмы зо внешних полях, проанализировано проявление перегревнок неустойчивости, связанной с наличием отрицательной дифференциальной проводимости, и токозо-конвектизной неустойчивости, инкремент . которой больяе инкремента перегревной неустойчивости и возрастает при наличии последней. Рассмотрено злияние ферми-жидкоепшх и экситонных корреляций на подвижность электрон-да-рочккх капель в полупроводниках. Наконец, приведены результаты вычисления поляризационных операторов в двухкомпонентной плазме металлов и полупроводников.

ОСНОЕШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В диссертации систематически исследованы коллективные и корреляционные явления в электронных и дырочных системах твердого тела. Основное внимание уделено системам со сложной электронной структурой, в которых свойства определяются несколькими группа?,я носителей. Как феноменологически, тан и в мккроподхрде рассмотрены некогерентные и когерентные кох^релящпт, приводящее, в частности, к магккгным перехода!, сверхпроводимости, переходам металл-диэлектрик.

Сформулируем основные результаты диссертации.

1. Теория заряженной ферми-етдкостк последовательно обобщена на многокомпонентные системы. Детально рассмотрены электромагнитные свойства-двухкомпонснтной системы, коллективные возбуждения в ней

и роль некогерентннх корреляций. Получены электромагнитные характеристики системы-тензор проводи/ости, продольная и поперечная диэлектрическая проницаемость. Детально лроаналгзирсван спектр продольных колебаний в такой системе. Установлено, в частности, что в двухкошюнентпон жидкости существует низкочастотный нуль-звук с частотой много меньше плазменной. Наличие этого ::вука было подтверждено недавно в экспериментах на сверхчистых Са, "о.И/^Л

Получен „спектр акустического плазмона в фсрми-зэдкости и выявлено существенное расширение области существования этого колебания благодаря ферми-квдкостнш корреляциям. Указано на возможность существования низкочастотного поверхностного нуль-звука, аналогичного объемному, и полечен его спектр. Найден спектр поверхностного акустического плазмона в жидкости. Рассмотрены колебания типа объемных е поверхностных плаамофононов и их связь с нуль-звуком.

2. Вычислен тензор диэлектрической проницаемости двухком-понентной фермн-кидкости в магнитном поле. Получен общий вид дисперсионного уравнения. Подробно рассмотрены прямые волки, распространяющиеся вдоль и поперек внешнего поля. Выявлено сущзс. венное влияние ферми-кидкос-тных корреляций на спектр и поляризацию волн.

Б полупроводниковой плазме во внешних полях проанализировано ветвление токово-конвективной неустойчивости и неустойчивости перегрев-ного типа, обусловленной наличием отрицательной дифференциальной проводимости. '

3. В гриновской технике в приближении случайных фаз исследована возможность включения в ферми-жидкостнуга теорию эффектов локального поле, связанных с процессами перебросов, а также много-

зонкости. В приближений Случайных фаз полутона макроскопическая диэлектрическая проницаемость, учитывавшая оба фактора и ферми~ жцддостнце корреляции. В дэухаокнсй модели ферми-жидкости о учзтсм еффектон докэльного полк для металлов, полуметаллов и полупроводников.получено и проанализировано дисперсионное уравнение продольных колебзкл»^

Рассмотрен ряд методов возбуждения объемных и поверхностных воля, в тон числе нуль-звуковых, с помощью электромагнитных полей и зарззеикнх частиц. .

■1. Теория ферли-жкдкостя о когерентный взаимодействием обобщена в гркповскоЛ технике на даугкомпонеятяув ааргкеннуз? етдкостъ с экситоншмк корреляциями. Объектами теория яаяявтея элеэт^-он-днрочгше кбо.«; зотшне ферромагнетики,. энситонные диэлектрики с скнгдетнки и триплетни* параметрами порядка. Развита теория г, хгслективннх колебшгдЯ в двухкомпонентной зарязекной фараи-нздкоста с диэлектрически;.! электрон-дырочггам спариванием и ферми-гетдкостннми .корреляциями. Получены диспэрсистше уравнения спиновых и Сосспиновнх колебаний, определяющиеся палпем/и соответствующих амплитуд. Подробно рассмотрен спектр гоэбугщений пра различиях типах спаривания. Выяснено, что спектр обусловлен как колебаниями модуля катя, так и какебанзямз фазы с низкой частотой. Он спстост гэ зпуковнх и пороговнх ветвей. Обнаружена гибридизация нуль-звука' с когерентной модоЦ. Подробно рассмотрен спектр система с ' сосудаствуетзяля яеяямл синтдетиого и триялетного типа. Выявлена . существенная роль легироьшют, з результате которого система мохе? кспутлть магкигниЛ переход или оказаться в едяощелевом состоянии.

Рассмотрены свойства бзеогановых и спиновых колебаний з ггеразновескшс системах, образующихся в полупроводниках при лазерном возбуздении. В результате раскачки колебаний зозмоген сшз такой сиете?,« в "нотильное" бесщелевое или двухщелевое .магнитное состояние. Подробно проанализированы свойства ферромагнитной срази "экеггонкего фг'ргю.'лагнетзаса". Найден спектр колебаний. По- . казано.что неустойчивости спиновых з бессплновыз, а гаяза нудь-звукознх возбуждений приводя? а ряду фазовкх переходов.

Произведено о Зобшше теории ферми-зндкостг с иогереят*^ гааикодействзем на хояечзша теьшергтуры п зкяснено влнянаэ температура на характер спектра. Рассмотрен спектр нуль-ззухсЕнх колебаний з сверхпроводящей состоянии, предстааляюетй габрнжззацка $юр.галгнкз кулх-ззуксвшс возбуждений н гсолесеннй фазы яараиетра

■ -• -16 - ' . . •. . *

порядка. • , -

Проанализировано влияние когерентных и некогеренгяых кор, -реляций на яодвижность электрон-дырочных капель.. .

5. Свойства систем с переменной валентностью и с. тяжелыми .■фермионачи рассмотрены на основе модели двухкомпонентной жидкости в нормальной и сверхпроводящей фазе. На основе двухкомпонентной модели вычислены термодинамические.и ряд кинетических характеристик систем с тяжелыми фермионами. Выявлена принципиальная роль * второй компоненты, а также рассмотрен вклад корреляционных эффектов. Рассмотрена зависимость термодинамически?" и кинетических коэффициентов от температуры и магнитного поля и получено согласие с экспериментальными результатами.

6. Предложена модель утяжеления квазичастиц, основанная на учете характерных доя данного класса веществ антиферромагнитных флуктуаций при наличии несчшга в системе. На основе детального анализа взаимодействия в системе, найдена двухчастичная вершинная функция и с её помощью получены диэлектрическая проницаемость и спиновая и зарядовая восприимчивости. В случае короткодействующего кондовского взаимодействия найдено коллективное возбуждение ротонного типа. Показано, что соответствующий вклад в собственно-энергетическую часть действительно может приводить к существен^ ному увеличению эффективной массы. *

7. Подробно рассмотрена модель сверхпроводимости в системах с тяжелыми фермйонаш и флуктуирующей валентностью на основе гибридного мекзонкого спаривания. На основе микроанализа . взаимодействня-кондоновского, кулоновского, элвктрон-фононного-вы-числены константы когерентного взаимодействия и выявлен преимущественный вклад синглетного межзонного $ - спаривания-наряду с сикглетннм с/- спариванием во внутризонном канале.

На основе вычисления свободной знергии проанализированы термодинамические и электромагнитные свойства сверхпроводника с гибридным спариванием-и найдено согласие с экспериментом. Рассмоа , рена роль кеязонных переходов в тгсерпретагда-злектршагкитных свойств тяжелофермиояннх сверхпроводников и влияние диэлектрического спаривания на температуру перехода.

' ПУБЛИКАЦИИ

В диссертацию вошли результаты 43 печатных работ. Основное содержание диссертации опубликовано в статьях:

I- $ikn У.P., Fetisov£.P. SpalW tn^Hlsioh Effects ui the Otitic o-} Metafs. Piys Status M, Ш0. v (3t.r.l1-&

, .. .... I7.

2. 'Лунин С.З., Фетисов Е.П. Нуль-звуковые волны в двухкомпонент-' вой ферш-яащкости. ФТГ.1972,' т.14, с.270-272,. . '

3. Дуния С.З., Фетисов Е.П. Об электромагнитных свойствах двух' компонентной изотропной ферми-жздкости. ШИ, -1972, т.34,

с.1125-1132. .

■ 4. Души С.З. . Фетисов Е.П. Двухкошонентная ферми-нидкость в

магнитной поле.' ЖЭТФ, 1973, г.64, с,273-282.

5. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Низкочастотные*войны поляризации

и ;,улЬ-звуковые колебания в заряженной ферлм-жидкости. ФТТ, , •1974, т.Г6, С.83-88. '

6. & uêovit V.U., FetiSOvS..P.' Suljace ami Volume гт-soutnl

, urcives in tu~o-component Fiimi -lipuUÎ. SoùJ State

c-evm-, 49)1, p ied-iOO. 7' £ и govt*. VM, FetîsoV £.P. Lour Jiepuency Sulfate an J Voiu-гле pêasmoplenonS. ScLj State Comm., i9)F, vif pAgL-iift Ъиёоык VM.t Fètiiûu-£.E On the 0J- '^cteuninh*

■ Lhmh-й Ccc#ici*r,ts аицЫРсxmi-UvuiJ. pLs Sût», So?l№ v.' (CO, t>. К 's* ~ x 91

9. Дубовик В.М», Фетисов Е.П1. Эффекты локального поля в электронной Ферми-жидкости металлов и полупроводников, ФТТ, 1982, т.24, с.173-173. .

10. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Электронная фермк-жвдкость при наличии ыеязонных переходов. ФТТ, I985.T.27.C.23S5-2970.

11. Фетисов Е.П., Х\«.еяинин А.Б. Двухкошонентная ферми-кидкость с электрон-дырочным спариванием. ЖЭТФ, 1978, т.74, с. 1405-

im. ■

12. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Спектры коллективных возбуддений в металлах, полупроводниках и полуметаллах и меязонные перехода. OTT,IS86.T.28.C.369-376.

13. ÊuÇovU V.n, Fe.tisoirТнt& i êcxticl suïface wvnres.

' sciut utctt сстю, î9h-. v. b'o, p ii'i-iji '

'» ■ »

14. Пафомов Б.E.,.Фетисов Е.П, 0 возбуждении поверхностных волн пишущимся зарядом. ЖЭТ®, IS67, т.53, с.965-977.

15. Фетисов Е.П. О трансформации поверхностной волна в пространственную при рассеянии на случайных неровностях поверхности. Кзв. Зузов, Радиофизика, IS69, т.К, с.265-267.

16. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Параметрическое возбуждение зву-коеых колебаний в плазме твердого тела. ФТТ, IS75, т.17,

с.1027-1034.

-16 -

17. ¿.'атасов ЕЛ. Дчаянгаш Л.Б. Кизкачастотша возбуждения в вксктонзоа даэлектрике с легированием, ЖЭТФ, 1977, т.77, с. 1628-1635.

18. Фетвсов Е.ЕЦ, 2машгин А.Б. ¡1уль~звуковые возбуждения в экеитокноы ферромагнетике. "ФГГ, 1979, т.21, с.3713-3720. .

19. Фетисов П., 1мелинин А.Б. Спиновые волны в экситоеном диэлектрике при конечных температурах. ФТТ, 1381{ т.23, с.3315-3319.

20. А^оогг/р^ К1>б1Шк*( %1. О* а АЦаЪм Мт»с/

ехра*?1сг> т Ьич-Ь Ашсе* /ЛЛ Сстп^. 19УГ, *$8

■ е- ьег-ьс*. *

21. Фетисов Е.П., Хомский Д.И: Примесное сопротивление в системах о флуктуирующей валентностьз. Письма в ЖЭТФ, 1986, т.43, с.334-336.

22. Фетисов Ё.П., Хомский Д.И. Соединения с промежуточной валентностью и с тяжелыми фермионами как двухкомпонентная система. КЭТФ, 1987,»т.92, 5.Г05-И7.

23. Долгов 0.В,, Фетисов Е.П., Хомский Д.И. Мекзонлое спаривание в сверхпроводимость систем с тяжелыми фермионами. Письма в ката, 1986, т.44, с.342-344,

24. Фс^о* О. V, Ге^чси-К/ютЫ/ ЯТ

о/ Н**!] Г«1тсещ а> * Лл,-Л^еР Ш, ¿Ш^АНГуЮ-2)О

25. , <2.1., Яггоаек.

МоМ РиШлд ¿я /4¿Ис1 ~]/иРелс<(

Несиу Решчо* РЬ^наВ, £93}.*

26. .Долгов О.Б.,Фетисов Е.П., Хомский ДД. Сверхпроводимость таиеянг ферьиоков в двухзонной иодели. ЕЭ1Ф, 1983, т.54, с.314-327.

йадаемшо в печая. ^/Зикаэ Тираж

Тхяогрг4.иа ИМ!, Кгширсяоа шоссе. 31