掺杂Kondo绝缘体中低温电阻的压力效应

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本文采用隶玻色子平均场的相干势近似(CPA)方法,研究了掺杂重费米子绝缘体的压力效应。文中自洽地计算了不同掺杂浓度x时(在0≤x≤1全浓度区域内)局域的f电子及传导的c电子态密度在各种不同压力下的变化曲线。详细地讨论了影响剩余电阻率的有关因素,在理论上导出了速度修正后的剩余电阻率公式,并给出了剩余电阻率随压力和掺杂浓度的变化关系的数值曲线,其结果与实验定性一致。本文的主要结果如下: 掺杂效应:未掺杂时(x=0),在重费米子绝缘体(又称KondoInsulators,简称KI)中由于导带c电子和局域f电子之间的杂化,形成一个实能隙。当掺入非磁性杂质后,将在能隙内产生一个逐渐加宽的杂质带,同时实能隙逐渐减小。在x=0.12附近,能隙完全消失,这时在掺杂的KI系统中将发生从重费米子绝缘体到重费米子金属的转变,此即I-M转变。随着掺杂浓度的进一步增大(在x=0.30附近),f电子态密度(f-DOS)过渡为双峰型的赝能隙状态,表现出重费米子合金的特性,这是合金化的结果。 压力效应:在稀掺杂时,若对KI系统再施加压力,实验发现两种相反的压力效应:对空穴型KI,加压以后杂质带变窄,能隙减小,其中f电子杂质带的态密度(f-DOS)增大,而c电子杂质带在费米面上的态密度不变,在其它点都降低。对电子型KI,情况恰好相反:其杂质带变宽,能隙增大,杂质带的f电子态密度减小,而c电子杂质带在费米面上的态密度则不变,在其它点都升高。此外,我们还发现:在x=0.086附近,掺杂的KI系统尚有小能隙,这时若施加压力可以使空穴型KI的能隙提前消失(因为不加压力时,掺杂浓度x需大于0.12,能隙才能消失)这是一种新的I-M转变,它是掺杂与加压的综合效应。 剩余电阻率的压力效应:实验上发现,在电子型KI中,在一定的稀掺杂浓度x时,若再施加压力其剩余电阻率将相应增大,而在空穴型KI中情况则相反,剩余电阻率将随着压力的增大而减小。这就是剩余电阻率的两种相反的压力效应。因为系统的输运性质主要取决于c电子,所以前人在计算剩余电阻率时往往只计入了c电子格林函数的贡献。但是经过认真地计算和分析我们发现:这样计算得出的剩余电阻率实际上是与压力无关的,即没有压力效应,说明上述做法过于粗略。为了得出正确的压力效应,还须考虑f电子格林函数和c-f杂化格林函数的影响。事实上,由于f电子和c-f杂化格林函数的计入对传输过程中的导带电子会产生重要的影响,使得导带电子的速度发生改变。正是由于这种修正后的速度明显地依赖于压力,从而产生了剩余电阻率的压力效应。如果我们忽略了这种修正,得到的速度将与压力无关,这就是以前没有得出正确的压力效应的原因。为了计算稀掺杂情况下导带c电子速度的修正,我们采用玻戈留波夫变换,把平均场近似下的哈密顿量对角化,求得了修正后的c电子与f电子的速度。并从理论上证明了剩余电导率公式仍可仅仅由c电子格林函数和修正后的c电子的速度来表示。按此,进行剩余电阻率的数值计算,其结果与实验结果一致,合理地解释了掺杂KI中剩余电阻率两种相反的压力效应。
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