Critical behavior in self-consistent conserving approximations of correlated electrons

We disclose a serious deficiency of the self-consistent conserving approximations of strongly correlated electron systems. There are two vertices, the divergence of each indicates a phase instability. We show that they generically display incomplete and mutually inconsistent critical behavior at different critical points. The dynamical vertex from the Schwinger-Dyson equation cannot be continued beyond its singularity since it does not obey the Ward identity and results in non-conserving response functions. The divergence in the conserving vertex, obeying the conservation laws, does not invoke a critical behavior of the spectral function and the specific heat. We demonstrate this ubiquitous ambiguity on an example of the single-impurity Anderson model. The dynamical vertex leads to strong coupling asymptotics with a logarithmic Kondo scale, while the conserving vertex results in magnetic instability of a spin-symmetric solution at a finite interaction strength.Comment: 5 pages, 2 figures, 1 Supplemental Materia

Spin noise of itinerant fermions

We develop a theory of spin noise spectroscopy of itinerant, noninteracting, spin-carrying fermions in different regimes of temperature and disorder. We use kinetic equations for the density matrix in spin variables. We find a general result with a clear physical interpretation, and discuss its dependence on temperature, the size of the system, and applied magnetic field. We consider two classes of experimental probes: 1. electron-spin-resonance (ESR)-type measurements, in which the probe response to a uniform magnetization increases linearly with the volume sampled, and 2. optical Kerr/Faraday rotation-type measurements, in which the probe response to a uniform magnetization increases linearly with the length of the light propagation in the sample, but is independent of the cross section of the light beam. Our theory provides a framework for interpreting recent experiments on atomic gases and conduction electrons in semiconductors and provides a baseline for identifying the effects of interactions on spin noise spectroscopy

Specific heat at the transition in a superconductor with fluctuating magnetic moments

In the heavy-fermion materials CeCoIn$_5$ and UBe$_{13}$, the superconducting order parameter is coupled to flucutating magnetization of the uncompensated part of the localized $f$-moments. We find that this coupling decreases the superconducting transition temperature and increases the jump of the specific-heat coefficient, which indicates entropy transfer from the magnetic to the superconducting degree of freedom at the transition temperature. Below the transition, we find that the magnetic fluctuations are suppressed. We discuss the relation of our results to experiments on CeCoIn$_5$ under pressure.Comment: 4 pages, 1 figur

The Gradient Expansion for the Free-Energy of a Clean Superconductor

We describe a novel method for obtaining the gradient expansion for the free energy of a clean BCS superconductor. We present explicit results up to fourth order in the gradients of the order parameter.Comment: 33 pages, Late

Free Energy of an Inhomogeneous Superconductor: a Wave Function Approach

A new method for calculating the free energy of an inhomogeneous superconductor is presented. This method is based on the quasiclassical limit (or Andreev approximation) of the Bogoliubov-de Gennes (or wave function) formulation of the theory of weakly coupled superconductors. The method is applicable to any pure bulk superconductor described by a pair potential with arbitrary spatial dependence, in the presence of supercurrents and external magnetic field. We find that both the local density of states and the free energy density of an inhomogeneous superconductor can be expressed in terms of the diagonal resolvent of the corresponding Andreev Hamiltonian, resolvent which obeys the so-called Gelfand-Dikii equation. Also, the connection between the well known Eilenberger equation for the quasiclassical Green's function and the less known Gelfand-Dikii equation for the diagonal resolvent of the Andreev Hamiltonian is established. These results are used to construct a general algorithm for calculating the (gauge invariant) gradient expansion of the free energy density of an inhomogeneous superconductor at arbitrary temperatures.Comment: REVTeX, 28 page

Supertvrdé kovové povlaky

Článek popisuje povrchové vytvrzení měkkého objemového kovu ochranným povlakem z téhož kovu s tvrdostí až 6 krát vyšší. Proces je předveden na příkladu pokrytí titanového substrátu o nízké tvrdosti asi 5 GPa povlakem o vysoké tvrdosti asi 30 GPa a tloušťce 1200 nm. Povlaky byly naneseny novou technikou využívající vysokých tlaků nad 1000 GPa, vysokých teplot nad teplotou tání a vysokou chladící rychlost nad 10^10 K/s. Princip této techniky provedené na atomové úrovni je detailně popsán.The letter reports on the surface hardening of bulk soft metal materials by protective coatings made of the same metal as bulk but with up to 6 times higher hardness than that of the bulk material. This surface hardening is demonstrated by covering of the Ti substrate with a low hardness Hbulk ≈ 5 GPa by a 1200 nm thick Ti coating with a high hardness Hcoating ≈ 30 GPa. The protective hard Ti coatings were sputtered by a new sputtering technology based on extremely high pressures (≥ 1000 GPa), high temperatures exceeding the melting temperature Tm of the coating material and extremely high cooling rate of the created coating (≥ 10^10 K/s). The principle of this technology realized at an atomic level is described in detail

Tvrdé slitinové vrstvy se zvýšenou odolností vůči vzniku trhlin

Článek pojednává o mechanických vlastnostech slitinových vrstev připravených magnetronovým naprašováním. Vznik trhlin je velkým nedostatkem slitinových vrstev, protože silně omezuje mnoho z jejich praktických využití. Je ukázáno, že tvrdé slitinové vrstvy musí být superelastické a vykazovat vysoký poměr H/E* ≥ 0.1, H je tvrdost a E* efektivní Youngův modul vrstvy. Mechanické vlastnosti tvrdých slitinových vrstev s obsahem Si se zvýšenou odolností vůči vzniku trhlin jsou ukázány jako příklady. Dále je vysvětlen vliv přidání Si a N do Mg vrstev na mechanické vlastnosti a je studován jejich vztah ke změnám homologické teploty materiálu.The article reports on the mechanical properties of alloy films prepared by magnetron sputtering. Cracking is a great drawback of alloy films because it strongly limits many of their practical applications. It is shown that hard alloy films resistant to cracking must be superelastic and exhibit a high ratio H/E* ≥ 0.1; here H is the hardness and E* is the effective Young's modulus of the film. As examples, mechanical properties of the Si-based hard alloy films with enhanced resistance to cracking are given. Furthermore, the effect of the addition of Si and N into single element Mg films on the film mechanical properties and its relation to the changes of the material homologous temperature is investigated

Charakteristiky iontového toku během nízkoteplotní (300 °C) depozice termochromických VO2 vrstev pomocí řízeného reaktivního HiPIMS

Charakteristiky iontových toků na pozici substrátu a odpovídající výbojové charakteristiky byly vyšetřovány pro řízené nízkoteplotní (300 °C) reaktivní HiPIMS depozice termochromických VO2 vrstev na konvenční sodnovápenaté skleněné substráty bez přivedeného předpětí na substrát a bez jakékoliv mezivrstvy. Bylo ukázáno, že fázové složení vrstev korelovalo s iontovým podílem (V+ + V2+) a s poměrem iontů (V+ + V2+):(2O2+ + O+) v celkovém iontovém toku na substrát. Nastavení množství kyslíku v plynné směsi umožnilo řídit nejen fázové složení vrstev, ale také jejich krystalinitu. Bylo zjištěno, že vhodné složení celkového iontového toku a vysoké energie iontů (až 50 eV vůči zemi) podpořily krystalizaci termochromické fáze ve VO2 vrstvách. Dosáhli jsme vysoké modulace transmitance pro vlnovou délku 2500 nm (mezi 51 % a 8 %) a elektrické rezistivity (změna 350×) VO2 vrstvy o tloušťce 88 nm.The ion-flux characteristics at a substrate position and the corresponding discharge characteristics were investigated during controlled low-temperature (300 °C) reactive HiPIMS depositions of thermochromic VO2 films onto conventional soda-lime glass substrates without any substrate bias voltage and without any interlayer. It was shown that the phase composition of the films correlates with the (V+ + V2+) ion fraction and the (V+ + V2+):(2O2+ + O+) ion ratio in the total ion flux onto the substrate. Setting the amount of oxygen in the gas mixture allowed us to control not only the phase composition of the films but also their crystallinity. It was found that an appropriate composition of the total ion flux and high ion energies (up to 50 eV relative to ground potential) support the crystallization of the thermochromic phase in the VO2 films. We achieved a high modulation of the transmittance at 2500 nm (between 51% and 8%) and of the electrical resistivity (changed 350 times) for a 88 nm thick VO2 film

Povlaky nadstechiometrických přechodových kovových nitridů (TMNx (x > 1)) připravené magnetronovým naprašováním

Článek pojednává o přípravě silně nadstechiometrických povlaků ZrNx>1 a Ti(Al,V)Nx>1 reaktivním magnetronovým naprašováním. Jsou diskutovány problémy přípravy nadstechiometrických povlaků a možnosti, jak vytvořit silně nadstechiometrické TMNx>1 nitridové povlaky až s TMNx=2, TM jsou přechodové kovy jako Ti, Zr, Mo, Ta, Nb, W, atd. Stechiometrie povlaku x = N/TM silně ovlivňuje jeho elektrické a mechanické vlastnosti. Byla zkoumána příprava a vlastnosti reaktivně naprášených ZrNx povlaků. Bylo zjištěno, že (1) rezistivita ZrNx povlaků se mění s rostoucím x od velmi elektricky vodivých s x ≤ 1 přes polovodivé vrstvy s x mezi 1 a 1,26 na nevodivé s x ≥ 1,3, což potvrzuje, že stechiometrie x je důležitý parametr, který dovoluje kontrolovat elektrickou vodivost povlaku v širokém rozsahu, (2) elektricky vodivé povlaky s x ≤ 1 jsou tvrdší než polovodivé a elektricky nevodivé povlaky a (3) ZrN2 vrstvy nemohou být připraveny, protože vznikající Zr3N4 fáze má vyšší formovací entalpii než ZrN2 fáze. Dále je ukázáno, že hlavním problémem při přípravě silně nadstechiometrických povlaků TMNx>1 a dinitridů TMN2 je potřeba velkého zvýšení ionizace rozprašovacího plynu dusíku k dosažení nezbytného vysokého poměru N/TM > 1.This article reports on the formation of strongly overstoichiometric ZrNx>1 and Ti(Al, V)Nx>1 coatings by reactive magnetron sputtering. Problems in the formation of overstoichiometric coatings and possible ways to form strongly overstoichiometric TMNx>1 nitride coatings up to TMNx=2 dinitride coatings are discussed; here, TM are transition metals such as Ti, Zr, Mo, Ta, Nb, W, etc. The coating stoichiometry x = N/TM strongly influences its electrical and mechanical properties. The creation and properties of reactively sputtered ZrNx coatings were investigated. It was found that (1) the electrical resistivity of the ZrNx coating varies with increasing x from well electrically conducting films with x ≤ 1 through semi-conducting films with x ranging from 1 to ≤ 1.26 to non-conductive with x ≥ 1.3, showing that the stoichiometry x is a strong parameter which enables to control an electric conductivity of the coating in a wide range, (2) electrically conductive coatings with x ≤ 1 are harder than the semiconducting and electrically insulating coatings, and (3) the ZrN2 dinitride film cannot be created due to the formation of a Zr3N4 phase whose formation enthalpy is greater than that of a ZrN2 phase. Further, it is shown that the main problem in the formation of strongly overstoichiometric TMNx>1 and dinitride TMN2 coatings is a strong increase of ionization of the nitrogen sputtering gas to achieve a necessary high ratio N/TM > 1. Trends enabling the mastery of formation of the TMN2 dinitride coatings are briefly outlined