Electron pairing: from metastable electron pair to bipolaron

2020

Condensed Matter

A translation-invariant (TI) bipolaron theory of superconductivity based, like Bardeen–Cooper–Schrieffer theory, on Fröhlich Hamiltonian is presented. Here the role of Cooper pairs belongs to TI bipolarons which are pairs of spatially delocalized electrons whose correlation length of a coupled state is small. The presence of Fermi surface leads to the stabilization of such states in its vicinity and a possibility of their Bose–Einstein condensation (BEC). The theory provides a natural explanation of the existence of a pseudogap phase preceding the superconductivity and enables one to estimate the temperature of a transition T * from a normal state to a pseudogap one. It is shown that the temperature of BEC of TI bipolarons determines the temperature of a superconducting transition T c which depends not on the bipolaron effective mass but on the ordinary mass of a band electron. This removes restrictions on the upper limit of T c for a strong electron-phonon interaction. A natural explanation is provided for the angular dependence of the superconducting gap which is determined by the angular dependence of the phonon spectrum. It is demonstrated that a lot of experiments on thermodynamic and transport characteristics, Josephson tunneling and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) of high-temperature superconductors does not contradict the concept of a TI bipolaron mechanism of superconductivity in these materials. Possible ways of enhancing T c and producing new room-temperature superconductors are discussed on the basis of the theory suggested.

Section: Comparison With the Experimentsmentioning

confidence: 99%

Translational-Invariant Bipolarons and Superconductivity

2020

Condensed Matter

“…Вопрос о несоответствии БКШ результатам [43] и другим теориям СП также рассматривался в недавней работе [149], в которой разработана простая модель биполяронной СП и было показано, что число биполяронных носителей тока должно быть мало по сравнению с полным числом электронов. Результаты, полученные в [149], подтверждают результаты [109], [117], [118] о малой доле спаренных состояний в пределе низких температур.…”

Section: ≠0unclassified

Translational-invariant bipolarons and superconductivity

2020

KIAM Prepr.

О р д е н а Л е н и н а ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ имени М.В.Келдыша Р о с с и й с к о й а к а д е м и и н а у к В.Д. Лахно Трансляционно-инвариантные биполяроны и сверхпроводимость Москва-2020 В.Д. Лахно Трансляционно-инвариантные биполяроны и сверхпроводимость

“…Вопрос о несоответствии БКШ результатам [28] также рассматривался в недавней работе [34], в которой разработана простая модель биполярон-ной СП и было показано, что число биполяронных носителей тока должно быть мало по сравнению с полным числом электронов. Результаты, полученные в [34], подтверждают наши результаты о малой доле спаренных состояний в пределе низких температур.…”

Section: сравнение с экспериментомunclassified

Superconducting properties of a nonideal bipolaron gas

2018

KIAM Prepr.

О р д е н а Л е н и н а ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ имени М.В.Келдыша Р о с с и й с к о й а к а д е м и и н а у к В.Д. Лахно Сверхпроводящие свойства неидеального газа ТИ-биполяронов Москва-2018 В.Д. Лахно Сверхпроводящие свойства неидеального газа ТИ-биполяронов В работе рассмотрены свойства бозе-газа из трансляционно-инвариантных (ТИ) биполяронов, являющихся аналогом куперовских пар. Как и в теории БКШ, в основе описания газа ТИ-биполяронов лежит электронфононное взаимодействие и гамильтониан Фрёлиха. В отличие от теории БКШ, в которой корреляционная длина намного превышает среднее расстояние между парами, в настоящей работе рассматривается противоположный случай, когда корреляционная длина много меньше расстояния между парами. Рассчитаны критическая температура перехода бозе-газа ТИ-биполяронов в сверхпроводящее состояние, его энергия, теплоёмкость и теплота перехода. Полученные результаты применяются для объяснения экспериментов по высокотемпературным сверхпроводникам. Обсуждаются возможные способы повышения критической температуры высокотемпературных сверхпроводников. Ключевые слова: трансляционно-инвариантные биполяроны, высокотемпературная сверхпроводимость V.D. Lakhno Superconducting properties of a nonideal bipolaron gas The properties of a Bose gas of translation-invariant (TI) bipolarons analogous to Cooper pairs are considered. As in the BCS theory, the description of a TI-bipolaron gas is based on the electron-phonon interaction and Fröhlich Hamiltonian. As distinct from the BCS theory, when the correlation length greatly exceeds the mean distance between the pairs, here we deal with the opposite case when the correlation length is much less than the distance between the pairs. We calculate the critical temperature of the transition of a TI-bipolaron Bose-gas into the superconducting state, its energy, heat capacity and heat of the transition. The results obtained are used to explain the experiments on high-temperature superconductors. Possible ways of raising the critical temperature of high-temperature superconductors are discussed.