Кугель К. И.
Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН
Среди многозонных материалов с тенденцией к электронному фазовому расслоению существует важное семейство систем с нестингом поверхности Ферми. Нестинг − очень популярная концепция в физике конденсированного состояния. Существование двух фрагментов поверхности Ферми, которые могут быть совмещены при переносе на некоторый вектор обратной решётки (Q0), влечёт за собой неустойчивость ферми-жидкостного состояния, которая приводит к возникновению дополнительного параметра порядка. Понятие нестинга широко используется для анализа волн зарядовой плотности (ВЗП), волн спиновой плотности (ВСП), механизмов высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), антиферромагнетизма (АФМ) хрома и его сплавов и т.д. Важно отметить, что нестинг может быть неидеальным, то есть, участки поверхности Ферми могут быть совмещены при переносе на вектор Q0 только приблизительно.
Недавно было показано, что неидеальный нестинг может приводить к электронному фазовому расслоению в хроме и его сплавах, в железосодержащих сверхпроводниках и в двухслойном графене. Рассмотрение основывалось на достаточно простой модели, учитывающей нестинг электронных и дырочных листов поверхности Ферми. Отметим также, что спиновые и зарядовые неоднородности, связанные с неидеальным нестингом, активно изучаются и в низкоразмерных соединениях. Физическая причина возникновения неоднородного состояния в системах с нестингом состоит в следующем. Неустойчивость электронного спектра, связанная с нестингом, порождает новый параметр порядка. Соответственно, свободная энергия системы уменьшается. Чем совершеннее нестинг, тем больше выигрыш в свободной энергии. Тогда может быть выгодно, чтобы система распалась на две фазы с лучшим и худшим (или даже отсутствующим) нестингом, которые будут отличаться плотностью электронов. Интересные эффекты возникают также в системах с неидеальным нестингом под воздействием приложенного магнитного поля и давления. Некоторые подробности можно найти в обзорах [1, 2].
[1] А.Л. Рахманов, К.И. Кугель, М.Ю. Каган, А.В. Рожков, А.О. Сбойчаков, «Неоднородные электронные состояния в системах с неидеальным нестингом», Письма в ЖЭТФ 106, 768–779 (2017).
[2] M.Yu. Kagan, K.I. Kugel, A.L. Rakhmanov, «Electronic phase separation: recent progress in the old problem», Physics Reports 916, 1−106 (2021).