Estado pseudogap em cupratos supercondutores

Abstract

Nesta tese, o estado pseudogap de sistemas cupratos supercondutores é estudado. Se começa com uma introdução aos fundamentos dos sistemas de elétrons interagentes, seguida por uma breve descrição sobre o entendimento atual da física de cupratos supercondutores de altas temperaturas críticas. A estrutura do composto cuprato La2CuO4, seu diagrama de fases, e o problema do pseudogap são incluídos nesta revisão. Alguns modelos aproximados que entram no marco teórico de estudo da física do pseudogap em cupratos serão discutidos posteriormente. Em seguida, se apresenta o método de solução ao problema do pseudogap utilizado neste estudo. Se mostra por cálculos analíticos e numéricos detalhados como encontrar a solução de campo médio do modelo em uma rede quadrada de sítios Cu. O formalismo da aproximação de campo médio de Hartree-Fock para o hamiltoniano de Hubbard será introduzido incluindo a otimização do número médio de sítios duplamente ocupados para redistribuição de carga na presença de correlações. Os parâmetros do modelo também são apresentados e discutidos, os quais são úteis para obter as implicações fisicamente relevantes do estado fundamental em estudo em termos da densidade eletrônica e da relação entre a repulsão de Coulomb e a largura de banda da estrutura eletrônica. Seguidamente se aplica a aproximação de campo médio de Hartree-Fock ao composto cuprato La2CuO4, no qual a parametrização do modelo é baseada. A supressão da densidade de estados próximos à superfície de Fermi está presente nos cálculos, o que está em concordância qualitativa com os dados experimentais. O termo extra do hamiltoniano de salto ao segundo vizinho mais próximo concorrente ao longo das direções nodais da zona de Brillouin da subrede mostra uma energia máxima de pseudogap de 101.08 meV obtida nos pontos nodais da superfície de Fermi no estado isolante de transferência de carga e antiferromagnético do semipreenchimento de elétrons, em boa concordância com o valor relatado experimentalmente. Dopando o sistema semipreenchido com buracos ou elétrons, observa-se a formação de regiões tipo bolso (pocket regions) perto da superfície de Fermi com baixa densidade de estados nos nodos e antinodos, respectivamente. Notavelmente, o pseudogap fecha nas concentrações críticas de dopagem de buracos e elétrons, xh = 0.20 e xe = 0.17, também em boa concordância com os valores experimentais dos sistemas cupratos La2-xSrxCuO4 e Nd2-xCexCuO4, que têm a mesma estrutura de camada CuO2 no regime de semipreenchimento consistente com a fixação dos parâmetros do modelo. Ao anular a energia de salto ao segundo vizinho mais próximo, nenhum pseudogap surge. Esses resultados sugerem que a limitação da dispersão de elétrons ao longo das direções nodais que conectam sítios de Cu contíguos na mesma subrede, combinada com uma repulsão local de Coulomb significativa, pode desempenhar um papel relevante para a abertura do pseudogap associado ao regime preenchido ou parcialmente preenchido de estados isolantes de transferência de carga em compostos cupratos.