flying_bear (flying_bear) wrote,
flying_bear
flying_bear

Category:

Совпадения в физике III

(предыдущее: http://flying-bear.livejournal.com/193294.html http://flying-bear.livejournal.com/193718.html)

3. Особенности ван Хова, неферми-жидкостное поведение и высокотемпературные сверхпроводники
(это материал гораздо более дискуссионный, да и более сложный, чем в двух предыдущих частях)

Обычная электронная теория твердого тела ("зонная теория") основана на картине невзаимодействующих частиц. Она, при этом, удивительно успешна - конечно, далеко не во всех случаях, но, по-хорошему, удивительно, что она работает хоть где-то. Оценки показывают, что энергия межэлектронного взаимодействия в металлах того же порядка, что энергия движения отдельных электронов (энергия Ферми), и никоим образом взаимодействие малым не является.

Дело в том, что бОльшая часть свойств металлов определяется лишь тем, что творится в узком слое вблизи поверхности Ферми. Для взаимодействующих электронов это понятие по-прежнему строго определено: среднее число электронов в данном состоянии испытывает конечный скачок на этой поверхности (А.Мигдал), хотя и меньший единицы (единица - для невзаимодействующих электронов). Более того, объем внутри поверхности Ферми при включении взаимодействия не меняется (теорема Ландау - Латтинжера). В теории ферми-жидкости Ландау показывается, что качественно почти все свойства ферми-жидкости, т.е. системы электронов с взаимодействием, подобны свойствам ферми-газа, т.е. системы без взаимодействия (те же зависимости от температуры, магнитного поля, и т.д.) и лишь отличаются параметрами. При этом, если параметры находишь из результатов одних экспериментов, а потом используешь в других (т.е. при феноменологическом подходе), разницу можно и не заметить (гхм... нэ так всо было... савсэм нэ так... только для главных членов разложения так... ладно, замнём). Вот потому приближение невзаимодействующих электронов и не совсем безумно, а вовсе даже ничего (много исключений... много деталей... а вы что, думаете, - вам тут всю физику конденсированного состояния расскажут за пару постов? ага... щас... но в главном - верно).

Отклонения от "ферми-жидкостного поведения" редки, интересны и важны - потому что демонстрируют _принципиально многочастичную_ природу электронной системы кристалла, не сводимой в этих случаях к отдельным частицам даже качественно. Фил Андерсон (лауреат Нобелевской премии, по-видимому, величайший из живущих специалистов по теории конденсированного состояния) настаивает на решающей роли неферми-жидкостного поведения в природе высокотемпературной сверхпроводимости, ВТСП, открытой в 1986 году в неких слоистых медь-оксидных соединениях (его книга на эту тему называется _The_ theory of high-T_c superconductivity... - к вопросу о пользе артиклей... попробуйте это по-русски так выразить...). Пожалуй, большинство коммьюнити считает его позицию, мягко говоря, но грубо выражаясь, признаком старческого маразма, - несмотря на высочайшую репутацию, заслуженную Андерсоном благодаря его старым работам (похожие вещи болтали про Эйнштейна после 1925 года... а некоторые п... всё, молчу). Экспериментальная ситуация, на мой взгляд, противоречива. "Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, - науке в настоящее время неизвестно". Но утверждение Андерсона, что в двумерных системах (напоминаю, что высокотемпературные сверхпроводники - слоистые соединения, и в хорошем приближении их электронную систему можно считать квазидвумерной)... что в двумерных, говорю, системах теория Ландау не работает никогда, - теоретически ни на чём не основано. В отличие от одномерных систем, где оно строгое и откуда оно, по аналогии, и заимствовано.

Но есть особый случай (первый это заметил, кажется, И.Дзялошинский почти сразу после открытия ВТСП) - ситуация электронного топологического перехода (ЭТП), о котором см. предыдущий пост серии. В трехмерном случае ЭТП описываются теорией Ландау, и там взаимодействие не радикально важно (это показали мы с Сашей Трефиловым). В двумерии же теория Ферми-жидкости в этой ситуации (и, кажется, _только_ в этой ситуации) не работает - это показано теоретически.

Эмпирически известно (в смысле - некоторые верят, что...) системы с максимальной температурой сверхпроводящего перехода всегда находятся вблизи ЭТП, т.е. это - не случай общего положения. Есть даже термин "ван-хововский сценарий ВТСП". Андерсон в своей The theory... отмахивается от этого сценария одной фразой - что исключительные случаи вообще не заслуживают внимания. Хотя, кстати сказать, это - единственная реальная возможность обосновать его утверждение о нефермижидкостном поведении (сам он продолжает считать, что там и доказывать не надо, всё ясно, причем именно в общем случае; но, кажется, никто не в состоянии понять его аргументы... или почти никто...).

Согласно этому сценарию, исключительный случай - совпадение ван-хововской особенности и энергии Ферми - решающе важен для одного из самых интересных явлений в физике конденсированного состояния. Так ли это или нет... Но вот что нам (Вале Ирхину, Андрею Катанину и мне) удалось показать. Если особенность ван Хова в двумерном случае (не в трехмерном!) подходит достаточно близко к энергии Ферми, происходит "пиннинг" - захват - и дальше при изменении внешних параметров они движутся вместе (чуть-чуть напоминает синхронизацию фаз в нелинейных системах, которая упоминалась в первом посте серии). Это не решает проблему совпадения полностью, но, по крайней мере, делает его не столь удивительным: как при стрельбе разрывными пулями, достаточно попасть более-менее... эльфийская меткость уже не обязательна.
Tags: наука умеет много гитик
Subscribe

  • Spiegel im Spiegel

    У Пратчетта одна злая ведьма (для тех, кто не читал - у него и добрые есть) пытается совершить Недозволенное: встать между двумя зеркалами. Забыл…

  • Вдруг сложилось

    Что сильнее всего раздражает в самых разных текстах. Если коротко - подгонка под ответ. Если коротко и по-английски: wishful thinking. Если не столь…

  • Как говорить, когда говорить невозможно

    https://ivanov-petrov.livejournal.com/2111079.html Поскольку я вот и есть один из этих юзеров, которые, при всем интересе к поднимаемым И-П вопросам…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 17 comments

  • Spiegel im Spiegel

    У Пратчетта одна злая ведьма (для тех, кто не читал - у него и добрые есть) пытается совершить Недозволенное: встать между двумя зеркалами. Забыл…

  • Вдруг сложилось

    Что сильнее всего раздражает в самых разных текстах. Если коротко - подгонка под ответ. Если коротко и по-английски: wishful thinking. Если не столь…

  • Как говорить, когда говорить невозможно

    https://ivanov-petrov.livejournal.com/2111079.html Поскольку я вот и есть один из этих юзеров, которые, при всем интересе к поднимаемым И-П вопросам…