Новый взгляд на анизотропию сверхпроводящей щели в Bi₂Sr₂CaCu₂O8+d

В настоящее время считается довольно надежно установленным тот факт, что симметрия сверхпроводящего параметра порядка D в медно-оксидных ВТСП обладаетd-волновой симметрией, то есть D(k)в слояхCuO₂имеет вид типа D(k)= D₀cos(2f), где D₀— амплитуда, f — угол между квазиимпульсомkи осьюx. Хотя эта информация о зависимости D отkи является очень важной, она не очень-то способствует прогрессу в понимании механизма высокотемпературной сверхпроводимости, поскольку практически все предложенные теории допускаютd-волновую симметрию D . Следовательно, огромное значение приобретают любые дополнительные сведения, детализирующие структуру D(k)в импульсном пространстве, поскольку любое отклонение от "чистой"d- волновой симметрии может "высветить" роль конкретного взаимодействия в сверхпроводящем спаривании.

В работе [Y.Andoet al., Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 147004] японских физиков из Central Research Institute of Electric Power Industry (Токио) изучена анизотропия теплопроводности качественных монокристалловBi₂Sr₂CaCu₂O₈+dв слояхCuO₂. Из-за наличия у D(k) нулей на поверхности Ферми, при любой конечной температуреT<<T_cв

ВТСП присутствуют "тепловые" квазичастицы, которые (в отличие от куперовских пар) переносят тепло. Так как квазичастицы имеют импульсы, направленные вдоль нулей D(k) в импульсном пространстве, то можно определить эти направления по максимумам теплопроводности как функции угла между вектором теплопереноса и кристаллографическими осями. Такие эксперименты проводились и раньше, подтвердив предположение о "четырехлепестковой"d-волновой симметрии D(k), то есть о наличии двух взаимно перпендикулярных линий нулей D(k), которые вBi₂Sr₂CaCu₂O_8+dсовпадают с осямиaиb.

Принципиальное отличие работы японцев от предшествующих публикаций состоит в том, что они не просто искали максимумы теплопроводности, а сравнивали высоты этих максимумов. И обнаружили при этом очень интересный эффект. Оказалось, что приT<<T_cвеличина теплопроводности вдоль осиaбольше, чем вдоль осиb. Почему так может быть? Наиболее простое объяснение — не связанная со сверхпроводимостью анизотропия электронной структуры и/или времени релаксации квазичастиц в плоскостиa-b. Но эксперимент показал, что приT>T_cв пределах погрешности r_a= r_b. Значит, дело в том, что число квазичастиц с импульсами вдоль осиaбольше, чем число квазичастиц с импульсами вдоль осиb. Следовательно, вблизи параллельных осямaиbлиний нулей параметр порядка D(k) имеетразличную структуру, а именно: при отклонении в сторону от линии нулей, параллельной осиb, величина D(k)увеличивается быстрее, чем при отклонении от линии нулей, параллельной осиa. Иными словами, "чистая"d-волновая симметрия D(k) искажается (этот вывод подкрепляется измерениями теплопроводности в магнитном поле). Такая "избыточная анизотропия" D(k) не может быть описана путем простого добавления примесиs-волны кd-волне. По-видимому, в зависимости D(k) наряду сcos(2f) присутствуют более высокие угловые гармоники, напримерsin(4f). Все это накладывает дополнительные ограничения на теорию механизма высокотемпературной сверхпроводимости.

ПЕРСТ