电荷密度波与自旋密度波

第4讲：电荷密度波与自旋密度波ChargeDensityWave(CDW)AndSpinDensityWave(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,Tl0.3MoO3•TTF-TCNQ•NbSe2,TaSe2,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NbNbTe4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=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144K59K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=C•d(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，出现窄带“噪声”频谱分析JCDW与“噪声”的交流频率成正比J=J0+JCDWCDW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nestingCDW和SDWCDW:=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-V曲线上出现台阶？思考题续10，如何从相变比热估算出参加CDW凝聚电子的百分比？11，为什麽加压力能使NbSe3超导？12，自旋密度波(SDW)是如何形成的？