Distinctive low- and high-temperature dependences of the magnetic penetration depth in organic and high-Tc cuprate superconductors: Evidence for the gapped and gapless Bose-liquid superconductivity

Анотація

Розглянуто обґрунтованість нового альтернативного (бозе-рідинного) підходу, який має переваги над фермі-рідинним (БКШ-подібним) підходом, до нетрадиційної надпровідності в органічних і високотемпературних купратних надпровідниках. Представлено результати детального дослідження температурної залежності глибини проникнення магнітного поля в цих матеріалах. Стверджено, що органічні матеріали та леговані високотемпературні купрати можна розглядати як бозонні надпровідники, в яких тісно зв’язані (поляронні) куперівські пари поводяться, як складні бозони, подібно до атомів ⁴He, і конденсуються у дві різні бозе-суперрідини нижче температури надпровідного переходу T_c. Показано, що нетрадиційна (бозе-рідинна) надпровідність в органічних сполуках і легованих купратах виникає в результаті парної та одночастинкової конденсації притягнених бозонів, у дві бозе-надрідини нижче двох характерних температур T_c (температура початку надпровідного переходу або парної конденсації притягальних бозонів) та T_c^* (температура початку одночастинкової конденсації притягальних бозонів). Наявні експериментальні дані щодо температурної залежності лондонівської глибини проникнення λ_L(T) в органічних та високотемпературних купратних надпровідниках проаналізовано з точки зору теорії тривимірної (3D) надпровідності бозе-рідини. Порівнюючи дані, що було отримано в рамках цієї теорії для температурних залежностей λ_L(T) з виміряними температурними залежностями λ_L(T) в органічному надпровіднику k-(BEDT–TTF)₂Cu(NCS)₂ та високотемпературних купратних надпровідниках YBa₂Cu₃O_7–δ, YBa₂Cu₃O_9–δ (δ = 2.1 ± 0.05) та YBa₂Cu₃O_6.95, встановлено, що температурні залежності нового параметра надпровідного порядку та глибини проникнення магнітного поля в цих надпровідниках є аномальними й мають яскраво виражений перегин поблизу характерної температури T_c^*, нижчої за T_c. Передбачено існування двох різних (так званих щілинного та безщілинного) режимів тривимірної бозе-рідинної надпровідності в досліджених органічних та високотемпературних купратних надпровідниках у двох температурних діапазонах T_c^* ≤ T ≤ T_c та 0 ≤ T ≤ T_c^*. Доведено справедливість таких закономірностей у нетрадиційних (бозонних) надпровідниках: експоненціальна температурна залежність λ_L(T) при температурах вище T_c є наслідком появи енергетичної щілини в спектрі збудження тривимірної надплинної бозе-рідини, а степенева температурна залежність λ_L(T) при низьких температурах нижче T_c^* аж до T = 0 є прямим наслідком зникнення енергетичної щілини в спектрі збудження тривимірної надплинної бозе-рідини при T ≤ T_c^*. Отримані теоретичні результати для низько- та високотемпературних залежностей λ_L(T)/ λ_L(0) та λ²_L (0)/ λ²_L (T) добре кількісно узгоджуються з експериментальними результатами в органічних і високотемпературних купратних надпровідниках. Виявлено, що надпровідність у цих матеріалах має суттєво тривимірну природу та добре описується теорією двох різних бозе-надплинних рідин.