¿Cómo evoluciona la superficie del fermi de un aislante a un metal a través del diagrama de fase de cuprato (temperatura contra dopaje)?

Las diferentes técnicas experimentales proporcionan información diferente sobre este asunto, y esta respuesta presentará una perspectiva de fotoemisión y transporte. Para el primero, debe notarse que el término ‘superficie fermi’ se usa coloquialmente para denotar dispersiones electrónicas que parecen cruzar la energía Fermi, en lugar de cualquier otra definición técnica.

perspectiva de fotoemisión:

En dopajes bajos en la fase de aislamiento no tiene una superficie de Fermi (por definición), y tampoco tiene una banda que cruce la energía de Fermi. Los primeros estados en el nivel de Fermi aparecen a lo largo de la diagonal de la zona de Brillouin [1], y finalmente estos estados se agudizan y comienzan a parecerse a ‘arcos de Fermi’: segmentos desunidos de la superficie de Fermi que siguen aproximadamente el contorno de una gran superficie de Fermi similar a un agujero. Con dopaje suficientemente alto (> ~ 19%) se recupera una gran superficie de Fermi con forma de agujero [2].

Ver también: la respuesta de Inna Vishik a ¿Cómo se forman los arcos de Fermi en los superconductores?

Perspectiva de transporte:

En dopaje bajo, los cupratos tienen un transporte en el plano similar a un semiconductor, con un aumento de resistividad a bajas temperaturas. En un régimen de dopaje intermedio (~ 10% a 19%), se observan oscilaciones cuánticas [3], lo que implica una tendencia fermi-líquida que previamente se suponía que no estaba allí. Además, estas oscilaciones cuánticas son consistentes con pequeños bolsillos similares a electrones, no grandes como agujeros, lo que sugiere una reconstrucción de la superficie de Fermi que probablemente se atribuya al orden de carga. En los dopajes de alto orificio, se observan oscilaciones cuánticas que son consistentes con un gran bolsillo similar a un orificio y datos de fotoemisión en el mismo régimen de dopaje [4].

Notas al pie

[1] https://journals.aps.org/prb/pdf…

[2] Excitaciones de superficie de Fermi y cuasipartículas de exagerado $ {\ mathrm {Tl}} _ {2} {\ mathrm {Ba}} _ {2} {\ mathrm {CuO}} _ {6+ \ suremath {\ delta} PS

[3] Oscilaciones cuánticas en cupratos dopados con agujeros

[4] Superficie de Fermi y homogeneidad electrónica del superconductor de cuprato exagerado $ {\ text {Tl}} _ {2} {\ text {Ba}} _ {2} {\ text {CuO}} _ {6+ \ suremath { \ delta}} $ como lo revelan las oscilaciones cuánticas

El concepto de una superficie de Fermi solo está bien definido dentro del modelo de electrones casi libres: Wikipedia de sólidos cristalinos. Los materiales superconductores de cuprato (ver: Superconductividad de alta temperatura – Wikipedia) tienen fuertes correlaciones electrón-electrón. No son buenos líquidos de Fermi (Ver: teoría de los líquidos de Fermi – Wikipedia), y el concepto de una superficie de Fermi de un solo electrón no es muy útil para esta clase de materiales. Esa es una gran parte de la razón por la cual son difíciles de entender.