Неравновесный отклик низкотемпературных сверхпроводящих

Неравновесный отклик
низкотемпературных сверхпроводящих
пленок на поглощение оптического
излучения
Зотова Анна
План доклада:
•
•
•
•
•
•
•
экспериментальное открытие явления
модель эффективного химического потенциала
модифицированная теория разогрева
отклик на пикосекундный импульс
отклик на фемтосекундный импульс
каскад нестационарных процессов
кинетическое описание
Отклик сверхпроводящей пленки на лазерный импульс
(первое экспериментальное исследование)
T>Tc
L. R. Testardi, Phys. Rev. B 4, 2189 (1971)
T<Tc
Pb пленки:
• 27.5 нм
• Тс: 7.2 К
Импульс:
• 40 мкс
• λ = 514.5 нм
• P = 2 Вт
Модель эффективного химического потенциала
C. S. Owen and D. J. Scalapino, Phys. Rev. Lett. 28, 1559 (1972)
Модифицированная теория разогрева
Уравнения Ротварфа-Тейлора:
dN
 I 0   N   RN 2
dt
N   N  T 
dN 
N
RN 2

  
dt
2
2

A. Rothwarf and B. N. Taylor, Phys. Rev. Lett. 19, 27 (1967)
W. H. Parker, Phys. Rev. B 12, 3667 (1975)
Модифицированная теория разогрева
- зависящая от температуры энергетическая щель в модели БКШ
W. H. Parker and W. D. Williams, Phys, Rev.
Lett. 29, 924 (1972)
W. H. Parker, Phys. Rev. B 12, 3667 (1975)
Отклик на пикосекундный импульс
Теория
0.7 < Т/Тс < 0.9
0.2 < Т/Тс < 0.3
Pb:
C. C. Chi, M. M. T. Loy, and D. C. Cronemeyer, Phys. Rev. B 23, 124 (1981)
Отклик на пикосекундный импульс
Pb пленки:
• d = 50 – 400 нм
Импульс:
• 20 - 50 пс
0.7 < Т/Тс < 0.9:
   3.1 нс
0.2 < Т/Тс < 0.3:
   2.5 нс
0.7 < Т/Тс < 0.9
0.2 < Т/Тс < 0.3
C. C. Chi, M. M. T. Loy, and D. C. Cronemeyer, Phys. Rev. B 23, 124 (1981)
Отклик на фемтосекундный импульс
Временная эволюция Δ
NbN пленки:
• 10 – 15 нм
• Тс: 14.3 – 15.4 К
Импульс:
• 50 фс
• λ = 800 нм
M. Beck, M. Klammer, S. Lang, P. Leiderer, V. V. Kabanov, G. N. Goltsman, and J. Demsar,
Phys. Rev. Lett. 107, 177007 (2011)
Исследование Δ и τrec
M. Beck, M. Klammer, S. Lang, P. Leiderer, V. V. Kabanov, G. N. Goltsman, and J.
Demsar, Phys. Rev. Lett. 107, 177007 (2011)
Каскад нестационарных процессов
qp
cp
qp
qp
cp
cp
ph
qp
qp
qp
qp
qp
cp
qp
I
Е0
E1 < ε < E0
II
ΩD
• доминирующее взаимодействие – e-e
III
Е2 ~ Δ
ε
Yu. N. Ovchinnikov and V. Z. Kresin,
Phys. Rev. B 58, 12 416 (1998)
Кинетическое описание
dn  , t 
ph
 I1 n  , t , N  , t 
dt
dN  , t 
ph
 1 / 2 I1 n  , t , N  , t 
dt
2
Е1
ΩD
Ω1
 R1 1    B1 1 
Е2 ~ Δ
ε
A. G. Kozorezov et al., Phys.
Rev. B 61, 11 807 (2000)
 s1
 ee1
II. E2 < ε < E1
a. ΩD < ε < E1
• e-ph взаимодействие становится быстрее, чем e-e
• к концу каскада энергия фононной подсистемы существенно превышает энергию
электронной подсистемы
• в функции распределения фононов возникает узкий пик – так называемый “фононный
пузырек”
A. G. Kozorezov et al., Phys. Rev. B 61, 11 807 (2000)
b. Ω1 < ε < ΩD
• стадия начинается с “фононного пузырька”
• кинетика системы контролируется медленно меняющимся фононным распределением
• распределение квазичастиц подстраивается мгновенно в соответствии с изменениями
распределения фононов
ph
cp
• энергия фононной подсистемы убывает медленно
• средняя энергия квазичастиц уменьшается,
полная энергия сохраняется
qp
количество квазичастиц увеличивается
ph
•энергии подсистем приблизительно совпадают
c. E2 < ε < Ω1
qp
ph
qp
 R1 1    B1 1 
• изменения системы контролируются электронной подсистемой
• на этом временном масштабе фононы разрушают куперовские пары мгновенно
• фононы - посредники в релаксации квазичастиц
III. ε ~ E2
qp