Фазовые переходы в высокотемпературных сверхпроводниках, содержащих Cu-O структурные фрагменты Титова, Светлана Геннадьевна

Введение к работе

Актуальность темы. Интерес к явлению сверхпроводимости обусловлен непрерывно расширяющейея сферой использования сверхпроводников: элементы электронной техники, переключающие устройства, ЯМР -томография, термоядерный синтез, ускорительная техника, устройства поиска и отлавливаїшя морских мин, накопители электроэнерпи (типа ETM-SMES, предполагавшийся для использования, в качества источника питания для пучкового оружия в проекте СОИ) и т.д.

С открытием в 1986 г. Дж.Г.Беднорцем и К.А.Мюллером явления высокотемпературной" сверхпроводимости (ВТСП) в соединении со структурой K_?NlF₄-rana (La₂__x(Sr.Ba)_xCu0₄) открылись новые возможности в использовании явления сверхпроводимости. Для целенаправленного поиска сверхпроводящих материалов с максимально высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние T_Q к хорошими технологическими свойствами необходимо понимание механизма сверхпроводимости этих соединений.

ВТСП-материалы являются сложными многокомпонентными соединениями, для которых непросто выделить особенности поведения различных характеристик, связанные с высокотемпературной сверхпроводимостью. Затрудняют понимание ВТСП явления "разделения фаз" (phase separation), проявляющиеся как электронное, спиновое и структурное диспропорционироваше, связанные с эффектами Яна-Теллера для d-переходных металлов, особенностями структуры в виде сверхструктур-Hiix модуляцій при смещении атомов из их положений и проч.

Мы полагали, что анализ и исследование закономерностей, общих для ВТСП-материалов, содержащих Сц-0 структурные фрагменты (CuOg-штоскости и CuO-цепочки в направлении кристаллографической Ь-оси), может быть полезен при решении этой задачи. Поскольку фазовые перехода, изучаемые в этой работе, являются общими для различных ВТСП-соединений, то тема представленной работы является актуальной. (Нужно сразу оговориться, что мы не рассматривали фазовых переходов, связанных с микроструктурой, например, явлениями двой-никования или длтшопериодическиш модуляциями структуры в висмутсодержащих ВТСП. Однако мы контролировали такие параметры микроструктуры как плотность (пористость) и средний размер зерна).

Цэлыо данной работы является исследование спонтанных фааовых переходов в медь-содержащих ВТСП-составах в интервале температур Т_с - 300 К. При этом решались следующие конкретные задачи:

1. Отработка технологии получения ВТСП-ооразцов в системах У-Ва-Си-0 и Bl(Pb)-Sr-Ca-Cu-0 с требуемыми характеристиками. Получение и аттестация образцов.

2. Проведение магнитных , кристаллографических, акустических и термогравиметричэских исследований.

3. Для выявления как общих для всех медь-содержащих ВТСП-составов особенностей, так и фазовых переходов, связанных с упорядочением кислорода в YBagOUgOx, построение фазовой диаграммы кислородного упорядочения в этом соединении.

Научная ноеизнз работы заключается в следующем:

4. Впервые исследовано в режиме временного разрешения с помощью синхротронного излучения фазообразование YBa₂CUgO_x и (Bi.Pb^S^CaCUgOy при термообработке продуктов распылительной сушки нитратных растворов.

5. Впервые для нескольких различных ВТСП- составов (YBa^CUgO , б< х<7, YBa₂Cu₄0₈, Bl₂Sr₂Cu0₆, Bi₂Sr₂CaCu₂0_8>(Bl,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃0₁₀) проведено комплексное исследова:'іе dc-магнитнсй восприимчивости, акустических свойств (скорости продольных ультразвуковых волн и декремента затухания - коэффициента внутреннего трзния), кристаллографических параметров в области температур Т_с - 300 К.

Впервые обнаружен и описан лик коэффициента внутреннего трения при температуре 265.К для YBa₂Cu^0g; впервые показано, что для всех рассмотренных ВТСП составов температурная зависимость dc-мапштной воспршшчивости имеет особенность в виде максимума или скачка при температуре 230 - 290 К.

3. Впервые обнаружены особенности температурной зависимости параметров элементарной ячейки (ПЭЯ) исследованных ВТСП-образцов в виде максимума при температуре Тр имеющей различное значение для разных образцов.

4. Впервые показано, что существует корреляция между температурами максимума ПЭЯ и пика коэффициента внутреннего трения в интервале 190 - 270 К.

Ь. Для YBagCUgO с различным содержанием кислорода на основе модели [I], описывающей фазовую диаграмму как результат взаимодействия структурных фрагментов при учете квазнупругого взаимодействия [21 внедренных ионов с решеткой рассчитана фазовая диаграмма кислородного упорядочения. При выборе параметров модели использованы данные структурных, магнитных и термогравиметрических измерений.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Обнаружены особенности температурной зависимости парамет
ров элементарной ячейки (ПЭЯ) исследованных ВТСИ-обрвзцов в виде
максимума при Tj= 210 - 270 К (эта температура различна для
разных составов) и минимума при T_Q ~ 0.8* т_с+ 38 К в отличив от
образцов, не тлеющих перехода в сверхпроводящее состояние и "мало-
допированних" ВТСП.

Эти особенности могут быть связаны с характеристиками образцов, отвечающими за явление сверхпроводимости в ВТСП.

2. Для всех исследованных ВТСП-образцов при Т> Т_с температурная зависимость магнитной восприимчивости может быть объяснена антиферромагнетизмом в двумерной системе.

3. Температура Т, аномалии структурных и ультразвуковых параметров имеет одинаковый характер зависимости от степени искажения Слх-0 структурных фрагментов и сродного расстояния между июли, отличающийся от зависимости температуры аномалии магнитной восприимчивости от этих параметров. Сделан вывод о единой природе аномалий структурних п ультразвуковых параметров при Тт.

4. При температуре Tj спиновые корреляции приводят к качественном изменениям в системе носителей ВТСП и других родственных Фаз. одним из возмогших ооьяонений может являться увеличение концентрации или подвиїиости поляроншх носителей при этой температуре. Зто объяснение обосновывается, анализом литературных экспери-менталышх данных и результатов нгпяроігаЯ температурной зависимости магнитной поепрш'мчнгесги.

Температура Т₀ сеіг;і!саете.і с конденсацией этих поляронов.

Б. Модель, учит!(Г',-;К'Щая клпзиупругое взаимодействие с решеткой внедряемых ионов іеисл п'їде п позициях медь-кислородной цепочки для

YBagCUgOj. t удовлетворительно описывает упорядочение кислорода этом соединении.

Положение обосновано анализом экспериментальных данных.

Научная и практическая ценность. Проведенныев данной работ исследования процессов фазооОразования ВТСП-составов из продукте распылительной сушки нитратных растворов при использовании синхрс тронного излучения в режиме временного разрешения позволили изу чить первую быструю стадию образования квазибинарных составов изменения в этих процессах при различных условиях синтеза: скоре с ти нагрева и присутствия свинца для ВТСП на основе иттрия висмута, соответственно. Сделаны рекомендации по улучшению техне логии синтеза ВТСП из нитратов.

Выявленные общие закономерности поведения высокотемпературна сверхпроводников, содержащих Си-0 структурные фрагменты, способст вуют пониманию явления сверхпроводимости этих соединений.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

1. II Всесоюзная конференция по проблемам високотемпературне
сверхпроводимости, Киев, 1989 г.

5. 26-е Всесоюзное совещание по Физике Низких Температур, Донецк 1990 г.

6. 7-й Международный конгресс "World Ceramic Congress - Forum lit: Materials" CIMTEC-7, Италия, Триест, 1990 г.

4. Ill Международная конференция "Materials and Mechanisms с
Superconductivity of High-Temperatur^ Superconductors", Япония
Каназава, 1991 г.

5. European Workshop "HTSC Single Crystals: Growth and Fhyslct Properties", Европейский семинар "ВТСП монокристаллы: вырашвг пне и физические свойства", Харьков, 1991 г.

6. I Всероссийское совещание по химии и химической технологии вь оокотемпературных сверхпроводников, Москва, 1991 г.

7. IV Международная конференция "Materials and Mechanisms с
Superconductivity of High-Temperature Superconductors",Францію
Гренобль, 1994 г.

8. іо-я Международная конференция "Internal FrlcUon and Ulin sonic Attenuation In Solids"- IiCIFUAS-10, Италия, Рим, 1993 г.

9. 8-й Международный Конгресс "World Ceramic Congress - Forum lit

Matorialn" CIMTEC-8, Италия, Флоренция, 1994 і". :о. 30-е Совещание по Физике Низких Температур, Дубна, 1994 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ.

Структура- и обьем работы. Диссертация состоит из введения, іетирех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на [15 страницах, содержит 4 таблицы, 35 рисунков и библиографический зписок из 128 наименований.

Похожие диссертации на Фазовые переходы в высокотемпературных сверхпроводниках, содержащих Cu-O структурные фрагменты

Нелинейные эффекты в высокотемпературном сверхпроводнике La-Sr-Cu-O (метод молекулярной динамики)Чирков, Андрей Геннадиевич

Влияние макроструктуры высокотемпературного сверхпроводника Y-Ba-Cu-O на проникновение вихрей АбрикосоваАвдеев, Михаил Александрович

Единая картина распределения электрических полей в высокотемпературных сверхпроводниках типа Y-Ba-Cu-OЛавизина, Оксана Вячеславовна

Электрофизические свойства элементов сложной формы из поликристаллических высокотемпературных сверхпроводников составов Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-OБуев Андрей Романович

Кристаллизация из щелочногалоидных растворов-расплавов и свойства высокотемпературных сверхпроводников в системе Bi-Sr-Ca-Cu-OОсипов, Владимир Николаевич

Переходы изолятор-сверхпроводник-металл в легированных невырожденных полупроводникахАгафонов Александр Иванович

Переходы между состояниями сверхпроводника и антиферромагнитного изолятора в квазиодномерных органических соединенияхГерасименко Ярослав Алексеевич

Кинетика фазовых переходов нормальный металл-сверхпроводник Сорокин Никита Леонидович

Наблюдение фазовых переходов в вихревых структурах сверхпроводников и в магнетикахБарков Федор Леонидович

Термодинамика и кинетика термического разложения фаз высокотемпературной сверхпроводящей керамики : (Bi, Pb)-Sr-Ca-Cu-OПетрова, Ольга Николаевна