电荷密度波与自旋密度波

1、第4讲：电荷密度波与自旋密度波,Charge Density Wave (CDW) And Spin Density Wave (SDW),关键词,准一维导体 Peierls相变 公度和非公度CDW/SDW 非线性电导 Frohlich滑移导电机制 窄带噪声 搓衣板模型,1975年发现NbSe3的非线性电导特性,一种新的导电机制：电子的集体运动模式,已发现的电荷密度波材料举例,NbSe3, TaSe3, NbS3, TaS3, (TaSe4)2I, (NbSe4)3I, NbTe4, TaTe4, ZrTe5, K0.3MoO3, Tl 0.3MoO3 TTF-TCNQ NbSe2, TaSe

2、2, NbS2, TaS2,准一维,准二维,NbSe3结构,d电子波函数连成一维电子通道,Nb,NbTe4结构,K0.3MoO3的结构,K,蓝青铜,4d元素,准一维导体形成电荷密度波的机制,原子双聚化引起能带结构的改变,一维原子链,双聚化， 周期增加一倍,晶格畸变能增加,电子系统 能量减小,能隙（布里渊区边界）在动量空间的什麽位置？,当波长2a 时，入射波和反射波相位差为2的整数倍，所有的反射波叠加,导致 kB=1/2a 处出现能隙, (a为原子的周期),原子双聚化，电子态密度出现能隙,一维电子系统的“对顶跳”和Peierls相变,Kohn反常Peierls相变的前兆,电子声子相互作用,q=

3、2kF,只有动量为2kF的声子才被电子吸收,能隙随温度变化,理论计算,实验结果,能隙究竟是在何时开始出现？,赝能隙在260K已经开始出现， 反映有CDW涨落,是否一定“公度”？,Peierls 相变后的原子周期 a与原周期 a不一定是整数倍，而取决于费米波矢: a= 1/ (2kF ） 当费米波矢正好在第一布理渊区中间时（即 kF=1/4a）， a = 2a,原子超格子和电荷密度波同时形成,(x)=0+1cos(2 x/+),若a / a 为简单分数，称公度电荷密度波 若a / a 为非简单分数，称非公度电荷密度波,CDW形成示意图,Frohlich滑移导电: CDW “骑在”离子超晶格的行波

4、上传播,电荷密度波的钉扎和閾值电场,钉扎中心杂质原子，点缺陷,NbSe3主要物理特性 两次Peierls相变,144K,59K,非线性电导,电场超过閾值时CDW开始滑移，电阻急剧下降,J=J0+JCDW,电荷密度波的钉扎,部分CDW被钉扎,全部CDW被钉扎,实验显示：钉扎中心太多时，阈值反而降低,比热,从相变比热可算出熵的变化，估计在144K有25的传导电子凝聚为 CDW，在59K又有30的传导电子进一步凝聚,S=(C/T) dT =Cd(lnT),压力下出现超导电性,都是电声子作用,压力对ZrTe3的超导转变和 CDW 相变温度的影响,不同压力下ZrTe3的 R-T曲线,当CDW运动时，出现

5、窄带“噪声”,频谱分析,JCDW与“噪声”的交流频率成正比,J=J0+JCDW,CDW与微波的相互作用,微分电导,在微波场中 I-V曲线上出现台阶,二维电荷密度波系统,NbSe2，TaS2等,nesting,CDW 和 SDW,CDW: =0+1cos(2 x + )=(x)+ (x) (x) = 0 /2 +1cos(2 x + )/2 (x) = 0 /2 +1cos(2 x + )/2 对CDW, = = SDW: = + =(x)+ (x) = 0 是常数,挫衣板模型,思考题,1，CDW的导电性有何特征？ 2，CDW材料的结构有何特征？ 3，什麽是Kohn反常，它产生的机制是什麽？ 4，Peierls 相变（结构相变）与金属绝缘体相变之间有 何关系？ 5，为什麽有的CDW是公度的有的CDW是非公度的? 6，为什麽电压超过閾值后CDW才开始滑移? 7，样品中杂质很多的情况閾值是减小还是加大？ 8，窄带“噪声”有何特征，它产生的机制是什麽？ 9，有微波照射时为什麽 I