[论文解读] Evidence for resonant behavior of the E2g phonon in MgB2

Aírton Abrahão Martin, Aírton Abrahão Martin+7 more|arXiv (Cornell University)|May 9, 2001

Superconductivity in MgB2 and Alloys被引用 1

一句话总结

本研究报道了多晶MgB2在10–300 K温度范围内的温度依赖性拉曼散射数据，显示在Tc ≈ 40 K以下，E2g声子模式未出现自能修正或频率硬化。与预测E2g声子在Tc以下将发生12%频率位移的主流电子-声子耦合模型相反，该声子模式在Tc附近保持不变，挑战了当前的理论框架，并提示需重新评估该模式在MgB2超导性中的作用。

ABSTRACT

Temperature dependent Raman scattering studies in polycrystalline MgB2(10<T<300 K)reveal that the E2g phonon does not experience any self energy renormalization effect across the superconducting critical temperature Tc ~ 40 K. In contrast, most of the current theoretical models rely on the role of the E2g phonon in the electron-phonon coupling mechanism of superconductivity in MgB2. According to these models, a hardening of 12% is expected below Tc at the Gamma point of the Brillouim zone. In the presence of our results, those models must be reviewed. The analysis of the temperature dependence of the E2g phonon frequency yields to a isobaric Gruneisen parameter of -1.2< gama(E2g)< 0.2, smaller than the value of 3.9 obtained from isothermal Raman experiments under pressure. It is suggested that this apparent disagreement can be explained in terms of pressure induced changes of the topology of the Fermi surface. Finally we notice that the phonon linewidth presents the expected two-phonon anharmonic decay as a function of T and no anomalous temperature dependence of the linewidth is observed near Tc.

研究动机与目标

• 研究MgB2中E2g声子模式在超导转变温度Tc附近的温度依赖性。
• 检验现有电子-声子耦合模型的有效性，这些模型预测E2g声子在Tc以下将发生12%的频率硬化。
• 调和MgB2中E2g模式的等压与等温格鲁奈森参数之间的差异。
• 检查Tc附近声子线宽是否存在异常行为，以揭示强电子-声子耦合或多体效应。

提出的方法

• 在10 K ≤ T ≤ 300 K范围内，对多晶MgB2样品进行了温度依赖性拉曼散射测量。
• 分析了E2g声子模式的能量位移和线宽随温度的变化，以评估自能和非谐效应。
• 从声子频率的温度依赖性出发，计算了E2g模式的等压格鲁奈森参数。
• 将测得的等压格鲁奈森参数与先前在压力下测得的等温值（3.9）进行比较，以识别不一致之处。
• 评估声子线宽是否表现出双声子衰变过程的证据以及在Tc附近的异常行为。
• 提出等压与等温格鲁奈森参数的差异可能源于压力引起的费米面拓扑结构变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 MgB2中的E2g声子模式是否如电子-声子耦合模型所预测的那样，在Tc以下出现自能修正或频率硬化？
• RQ2 为何E2g声子的等压格鲁奈森参数显著小于在压力下测得的等温值？
• RQ3 在Tc附近，E2g声子线宽是否存在异常的温度依赖性，提示强耦合或多体效应？
• RQ4 等压与等温格鲁奈森参数之间的差异是否可由压力下费米面拓扑结构的变化来解释？
• RQ5 所观察到的声子行为在多大程度上挑战了当前关于MgB2超导性的理论模型？

主要发现

• MgB2中的E2g声子模式在超导转变温度Tc ≈ 40 K附近未表现出自能修正或频率位移。
• 在Tc以下未观测到12%的频率硬化，与主流电子-声子耦合模型的预测相矛盾。
• E2g声子的等压格鲁奈森参数测量值为-1.2至0.2，显著小于在压力下测得的等温值3.9。
• 声子线宽表现出正常的双声子非谐衰减行为，且在Tc附近无异常表现。
• 等压与等温格鲁奈森参数之间的差异归因于压力引起的费米面拓扑结构变化。
• 结果要求对当前理论模型进行修订，这些模型将E2g声子在MgB2超导性中的媒介作用置于核心地位。