Аномальная дисперсия поверхностного импеданса в метастабильных сплавах Ti1-x Fe x и высокотемпературных сверхпроводниках Коуров, Дмитрий Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящий момент при исследовании ' проблемы стабильности структурных фаз и фазовых превращений в металлических сплавах и соединениях, происходящих с изменением температуры или состава, активно изучаются так называемые предиереходиые явления - аномалии структурного состояния, которые наблюдаются в широкой области температур или составов вне точки перехода. Типичное примеры подобных аномалий -появление дополнительных рефлэксов или диффузных пятен на , дифракциоішкх картинах, центральный пик в спектрах неупругого . рассеяния нейтронов - обычно трактуются как образование статических областей другой фазы вблизи структурного фазового перехода.

Для ряда закаленных сплавов Zr-Nb, структура которых. рентгенографически характеризуется как (в+и)-фаза, на основании экспериментов по неупругому рассеянию ней/тронов и мессбауровского излучения предполагалось [ 1 ] динамическое сосуществование fl- я (*-фаз в макроскопических объемах. При этом, как следовало из оценок, частоты динамических в «-».'« пероходов находятся в интервале (10 < и < 10¹⁰) с^-1.

Сплаьы Zr-Nb относятся к большому классу метастабильных сплавов переходных металлов на основе титана и циркония, полученных закалкой из области высокотемпературного р-твердого раствора, которые объединены общими особенностями в зависимостях физических свойств от содержания легирующего элемента. В частности, для всех систем рассматриваемых сплавов существует критическая концентрация (х_с1) - такая, что сплавы с содержанием легирующего элемента выше х_с1 фиксируются закалкой в метзстастабильной (э+и)-фазе.

При исследовании частотных зависимостей поверхностного сопротивления (при комнатной температуре) обнаружено' 121, что существует целый ряд систем сплавов из этого класса: ТІ. Ие (Me: V, Сг, Fe, Со, Мо) и Zr_? Fe_x, - для которых яри определенных концентрациях легирующего элемента в области частот (0.7 + 11)-10 с наблюдается резояасным образом зависящее от частоты поглощение мощности электромагнитного поля дополнительное к потерям на токи Фуко.

Явление резонансного поглощения, с одной стороны, может рассматриваться как экспериментальное свидетельство в пользу динамических в «-» ы переходов. С другой стороны,- сам факт взаимодействия с ьлешним электромагнитным нолем может указывать на то, что низкочастотная динамика решетки в (8+и)-фазе сплавов проявляет себя как оптическая мода колебаний.

Похожие аномалии з частотных зависимостях поверхностного сопротивления наблюдались также для целого ряда металлооксидных соединений из класса ВТСП [3-5]. Резонасные явления высокочастотного отклика проводников в условиях нормального скин-зффекта в области частот (10+10 ) с'"¹ много меньших характерных фононных частот являются совершенно необычными с точки зрения классической электродинамики металлов и требуют независимой экспериментальной проверки и дальнейшего изучения.

Цель работы. Главная задача настоящей работы исследование вопроса о том, являются ли обнаруженные резонансные частотные зависимости поглощения мощности электромагнитного поля внутренне присущими сплавам переходных металлов и ВТСП и с какой из функций отклика, определяющих взаимодействие проводников с внешним электромагнитным полем, -магнитной (ц) или диэлектрической (г) проницлемостями - они связаны.

Научная новизна диссертации определяется тем, что впервые выполнено одновременное исследование частотных зависимостей как действительной (Rg), так и мнимой (X_s) частей поверхностного импеданса (при комнатной температуре) в области частот {2*7) ГГц для системы закаленных сплавов Ti^ Fe_x в широкой области концентраций легирующего элемента (1.08 * х і 12.4) ат.%.

Аналогичные исследования в двух частотных диапазонах (10+130) МГц и (1.95+9.4) ГГц впервые выполнены для четырех мпталлоокиедных соединений из разных классов ВТСП: '<Ъа_?Си₃0₆_д, EuBa₂Cu₃0₆_₉, В1_1ЛГЬ₀_₃аг₂Са₂Си₃0_х, TLjBagCagCUjO,^. Для ВТСП соединений исследованы также температурные зависимости R_s и X на частоте 9.40 ГГц в области температур (4.2 + 295) К.

Научная и практическая ценность. На основании проведенного исследоваш.я однозначно показано, что существуют два класса структурно неустойчивых проводников: сплавы переходных металлов на основе Ті и Zr и высокотемпературные сверхпроводники, - для

которых вгзаимодейстпие с внеигаим электромагнитным полем радикальным образом отличается от високочастотного отклика обычных металлов в условиях нормального скин-эффекта. Это отличие заключается в появлении апомальной частотной дисперсии диэлектрической проницаемости (и следовательно, поверхностного импеданса) п области частот (1СГ+10 ) с^-1, которое обусловлено нккочастотпнми искажениями решетки, сопрововдаюіцимися динамической поляризацией среды.

На защиту выпосятпя следующие основные положения:

1. Закалешше сплавы 1'Ц __xFe_K в концентрационной области существования метастабильной (р+о)-фазы при комнатной температуре характеризуются аномальной, частотной дисперсией действительной и мнимой частей поверхностного импеданса в интервале частот (2+7) ГГц.

2. Для исследованных в настоящей работе ВТСП соединений: YBagCiigOg g, EuBagCUgOg _g, " Bl_{1 7}Pb_{Q 3}Sr₂Ca₂CUgO_x, TloBa2Ca2Cu₃0₁n_l.₆, - при комнатной температуре, в области частот (130 МГц +1.95 ГГц) существует аномальная, дисперсия мнимой части поверхностного импеданса.

3. Наблюдаемые особенности поверхностного импеданса являются внутренне присущими исследованным'материалам и обусловлены аномальной частотной дисперсией диэлектрической проницаемости (є=е'-і-е").

4. Аномальная частотная дисперсия диэлектрической проницаемости в ВТСП существует в нормальном состоянии во всем исследованном интервале температур от комнатной до TJ..

5. Большая (le'l ~ с") отрицательная действительная часть диэлектрической проницаемости ВТСП в широком интервале частот менышпе характерных фононных частот, по-видимому, указывает на то, что сверхпроводимость в металлооксидных соединениях реализуется в рамках модели Б!Ш с сильной связью.

Достоверность полученных результатов обеспечивается надежной .аттестацией исследованных образцов, корректной обработкой экспериментальных данных, использованием метрологически поверенных методик, сравнением с результатами эксперимента на стандартных образцах, для которых наблюдается нормальное поведение поверхностного импеданса в исследованной области частот.

Основные положения диссертации были изложены на IV Всесоюзном Симпозиуме „Неоднородные электронные состояния" (Новосибирск, 1991 г.), на III Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости (Харьков, апрель 1991 г.), иа семинарах и опубликованы в 2 статьях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения; изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков, 6 таблиц и библиографический список, содержащий 144 наименования цитируемой литературы.