Cómo detectar el acoplamiento electrón-fonón por ARPES y STM en superconductividad

La espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES) y la microscopía / espectroscopía de túnel de exploración (STM / S) son dos técnicas espectroscópicas que pueden detectar las consecuencias del acoplamiento electrón-fonón en la estructura electrónica / densidad de estados de un material. Por lo general, estas mediciones se combinan con experimentos de dispersión de neutrones (o, a veces, dispersión de rayos X inelástica) para confirmar que efectivamente hay fonones en las energías donde ARPES / STM observan características (porque los electrones se acoplan a otros bosones, o artefactos de una estructura electrónica complicada). , puede ofrecer características similares.

ARPES

En ARPES, el acoplamiento electrón-fonón generalmente se manifiesta al cambiar la ‘forma’ de E vs k (relación de dispersión). Sin interacciones, la energía de una banda evoluciona suavemente en función del momento, pero el acoplamiento electrón-fonón produce ‘torceduras’ donde la pendiente es discontinua (como se ve a continuación ~ 0.07 eV). Se necesita más investigación para confirmar si un pliegue se origina del acoplamiento electrón-fonón o de otra cosa, pero el pliegue es una pista importante.

Torcedura en la dispersión electrónica del superconductor de alta temperatura de cuprato. Imagen de I. Vishik.

STM

Hay dos formas que conozco para detectar el acoplamiento electrón-fonón a través de STM. El primer método más moderno es transformar a Fourier la imagen STM en cada energía y analizar la dispersión de los ‘picos’ usando un modelo de la estructura de banda para extraer una dispersión de banda similar a los datos ARPES (pero no la misma … dos partículas versus una experimento de partículas …). Entonces, uno puede ver la misma característica ‘retorcida’. Esta técnica general se llama interferencia de cuasipartículas (QPI).

El método más tradicional, que solo requiere la tunelización, no la utilidad de microscopía de STM, es buscar ‘meneos’ en la densidad de estados a energías superiores a la energía de brecha superconductora, generalmente comparando el comportamiento por encima y por debajo de Tc. Fue con este procedimiento que los famosos experimentos de McMillan y Rowells en la década de 1960 midieron la función espectral de acoplamiento electrón-fonón en el plomo [1].

Notas al pie

[1] http://journals.aps.org/prl/pdf/…

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