волны зарядовой плотности

ВОЛНЫ ЗАРЯДОВОЙ ПЛОТНОСТИ в металлах - периодич. перераспределение в пространстве электронного, ионного и суммарного зарядов, обусловленное малыми периодич. смещениями ионов около их положений равновесия в кристаллич. решётке [1]. Состояние с В.з.п. обнаруживается по рассеянию рентг. лучей, быстрых электронов и нейтронов; для него характерно присутствие дифракц. пиков исходной решётки и более слабых пиков "сателлитов" около этих осн. дифракц. пиков [1] (см. Рентгеновский структурный анализ, Электронография). Состояние с В.з.п. возникает при охлаждении металла ниже нек-рой критич. темп-ры. Фазовый переход в состояние с В.з.п. проявляется в изменении температурной зависимости сопротивления, постоянной Холла, магн. восприимчивости и в модификации электронного спектра металлов.

Период В.з.п. может быть соизмеримым с периодом исходной решётки, и тогда говорят о соизмеримых В. з. п., в отличие от несоизмеримых В. з. п. Как правило, при несоизмеримости период решётки зависит от темп-ры и возможны структурные переходы к соизмеримым В. з. п.

Переходы в состояние с В. з. п. обнаружены в металлах с сильной анизотропией электронного спектра. Эта анизотропия может иметь двумерный характер, когда электроны двигаются свободно вдоль плоскости (их волновые функции Ванъе на разных узлах перекрываются), но между плоскостями их движение затруднено (слабое перекрытие электронных волновых ф-ций Ванье). К таким соединениям относятся, напр., слоистые соединения дихалькогенидов переходных металлов типа TaS₂, NbSe₂ [1] (см. Квазидвумерные соединения). Анизотропия одномерного типа реализуется в соединениях со структурой цепочек [2], напр. в органических проводниках [3] (см. Квазиодномерные соединения).

Предполагается, что происхождение переходов в состояние с В.з.п. во всех этих системах связано с особенностями геометрии ферми-поверхности электронов. Теория показывает, что если достаточно большие участки поверхности Ферми совмещаются при параллельном переносе на вектор , то поляризуемость системы электронов в периодич. электрич. поле решётки с волновым вектором (- радиус-вектор узла решётки) велика и решётка становится неустойчивой относительно появления периодич. искажений с волновым вектором . Эти искажения формируются ниже критич. темп-ры и приводят к появлению энергетич. щели в электронном спектре на совмещающихся участках поверхности Ферми, т. е. к полной или частичной потере металлич. свойств. Степень совмещаемости, как и степень потери металлич. свойств (диэлектризации), увеличивается по мере увеличения анизотропии электронного спектра. В квазидвумерных соединениях (слоистых) появление энергетич. щели на всей поверхности Ферми невозможно, и они сохраняют при переходе в состояние с В. з. п. металлич. свойства или в случае больших смещений атомов становятся полуметаллами. В квазиодномерных соединениях площадь совмещающихся отд. участков поверхности Ферми больше и энергетич. щель может появиться на всей поверхности Ферми. При этом в состоянии с В.з.п. квазиодномерные соединения становятся диэлектриками (Пайерлса переход ,[4, 5]).

Образующееся диэлектрич. состояние является необычным: эл--магн. поле может возбуждать низкочастотные фононы, для к-рых характер движения частиц, составляющих решётку, иной, чем в акустич. ветви колебаний кристаллической решётки. Эти колебания наз. фрелиховской коллективной модой. В состоянии с несоизмеримыми В. з. п. в идеальном кристалле спектр этой моды начинается с 0 (осн. состояние вырождено по фазе В. з. п.). Фрелиховская мода соответствует периодич. колебаниям фазы В. з. п. с малой амплитудой; в этих движениях участвуют как электроны, так и ионы решётки, причём электроны обеспечивают оптич. активность моды, а ионы - низкую частоту [6]. Примеси фиксируют фазу В. з. п., приводя к конечной, но большой поляризуемости электронной системы. Аналогично действуют эффекты соизмеримости, при этом спектр фрелиховской моды начинается с конечной частоты. Кроме фрелиховской моды, для состояния с В. з. п. характерны солитонные возбуждения, к-рые представляют собой резкие изменения фазы

В. з. п. (см. Солитон). Солитонные возбуждения способны переносить заряд или спин электронов (спиновой плотности волны)и представляют новый тип квазичастиц. Наиб. полно изучены солитоны в квазиодномерной системе с удвоением периода [7, 8].

Лит.: 1) Wilsоn J. A., Yоffe A. D., The transition metal dichal cogenides, "Adv. Phys." 1969, у. 18, p. 193; 2) Shchegqlev I. F., Electric and magnetic properties of linear conducting chains, "Phys. status solidi(a)", 1972, v. 12, p. 9; 3) Friede1 J., Jerome D., Organic superconductors, "Contemp. Phys.", 1982, v. 23, p. 583; 4) Булаевский Л. H., Структурный (пайерлсовский) переход в квазиодномерных кристаллах, "УФН", 1975, т. 115, с. 263; 5) Булаевский Л. H., Структурные переходы с образованием волны зарядовой плотности в слоистых соединениях, "УФН", 1976, т. 120, с. 259; 6) Lee P. A., Riсe T. M., Anderson P. W., Conductivity from charge or spin density waves, "Solid State Communs", 1974, v. 14, p. 703; 7) S u W. P., Sсhгieffег J. R., Heeger A. J., Solition exicitations in polyacetylene, "Phys. Rev.", 1980, v. B 22, p. 2099; 8) Бразовский С. А., Автолокализоланные возбуждения в состоянии Пайеряса-Фрелиха, "ЖЭТФ", 1980, т. 78, с. 677. Л. H. Булаевский.

   <<      Предметный указатель      >>