Введение к работе
Более б лет прошло с момента открытия явления сверхпроводимости для образцов LajCuO^ допированных Ва [1], однако проблема высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) по-прежнему остается ключевой проблемой физики твердого тела. За это время накоплен обширный материал как экспериментального, так и теоретического характера, но до сих пор не выработан согласованный подход к описанию сверхпроводимости в этих веществах. Для определения характера электронных возбуждений вблизи поверхности Ферми возникла необходимость детального описания электронной структуры ВТСП. Оптическая cnernwir/>rj~~ -т "^.",zzzz:r..ii-ic acwieiniK!«"»<* т7Р?~г.ті;т іфодснить пр»песеы сгпддтц з.;скфоннмх возбуждений, их миграции и распада в веществе и дополнить результаты, полученные стандартными методами исследования электронной структуры, такими как: фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС), обращенная ФЭС, рентгеновское поглощение. . Необходимо отметить, что применение люминесцентных методов к исследованию ВТСП во многом уникально, ибо, как правило, люминесценция присуща диэлектрикам, и одновременное наблюдение свободных носителей и люминесценции говорит о "необычном" электронном строении вещества.
Предлагаемая работа посвящена экспериментальному исследованию люминесцентных свойств ВТСП на основе иттрия и выполнена в период с 1989 по 1992 г. на источниках синхротронного излучения как у нас в стране, так и за рубежом. В ней впервые последовательно приведены данные фотолюминесцентных экспериментов для YBa2CujOy. при различных температурах,
кинетики затухания люминесценции, спектры возбуждения и радиационного тушения. Проведен анализ полученных результаї он с учетом имеющихся данных об электронной структуре ВТСП на основе К Экспериментальными исследованиями структуры электронных возбуждений, их релаксации, локализации и распада с образованием дефектов удалось выявить особенности электронного строения УВа2СизОу . Сделан вывод о собственном характере наблюдаемого свечения и предложена модель люминесцентного центра.
Актуальность проблемы, Актуальность исследований люминесцентных свойств ВТСП прежде всего связана с повышенным интересом к проблеме сверхпроводимости, как к интересной задаче
физики конденсированного состояния. С одной стороны, объяснение явления ВТСП существенно обогатит теоретические представления о природе твердого тела, с другой стороны, уже сейчас исследования ВТСП вызывают значительный прикладной интерес, связанный с возможностями сверхпроводимости при азотной температуре (новые приборы, энергетика и т.д.). Поэтому в той степени, в которой люминесцентные исследования привносят новые знания о природе электронных возбуждений в ВТСП, они интересны специалистам, занимающимся сверхпроводимостью. Однако данные исследования интересны и как развитие теории люминесцентного свечения для систем, близких к переходу металл-диэлектрик. Результаты работы могут послужить примером, демонстрирующим характерные особенности люминесцентного свечения, при возникновении коллектива "свободных" носителей. В работе также рассмотрен процесс подпорогового дефектообразования в YBaiCu^Oj^ что
может иметь и практический интерес для радиационной стойкости ВТСП материалов.
Цель работы. Основная цель данной работы состояла в исследовании электронной структуры, динамики локализованных электронных возбуждений в YBa2CujOj , их релаксации и распада с возможным образованием дефектов.
Для достижения указанной цели были проведены экспериментальные исследования люминесцентных свойств ВТСП на основе иттрия с последующим применением полученных результатов к определению характерных особенностей электронной структуры УВаїСщОу.
Научная новизна. В серни работ, положенных в основу диссертации, впервые проведен последовательный экспериментальный анализ, направленный на определение природы центров свечения в YBa2Cuj07.&. Таким образом, вывод о существовании собственного
свечения ВТСП на основе иттрия и исследования характерных особенностей такого свечения носят пионерский характер.
Автор защищает:
Экспериментальные результаты по изучению спектров свечения YBC12CU3O7.8 ПРИ различных температурах, сравнительные спектры свечения при различных методах возбуждения, измерение спектров возбуждения, кинетики свечения и дозовое тушение люминесценции. На основании этих результатов сделаны следующие выводы:
Широкополостное свечение с максимумом в районе 2.9 эВ и полушириной около 0.5 эВ является собственным свечением YBajCu^Oj.^. Образование центра свечения происходит за счет
локализации собственных атектронных возбуждений 1-2-3 системы, а примеси и посторонние фазы не играют существенной роли.
Кислород играет важную роль в организации центра свечения. Этот вывод подтверждает как сравнение с характерной люминесценцией простых оксидов, так и температурное исследование спектров свечения YBa2CujOy.$ , измерение времени свечения.
Помимо этого, воздействие света с энергией Е^ЗОэВ приводит к радиационному тушению люминесценции и одновременно - к
Сравнительное изучение люмппсспенции YBa2CujOj.S н Bi2Sr2CaCu20g+x систем показало, что для 1-2-3 элементарной ячейки локализация возбуждения происходит в Cu(2)Os пирамиде.
Анализ литературных данных и полученных экспериментальных результатов позволил выдвинуть гипотезу о строении центра свечения. Предложенная модель центра свечения, основанная на локализации электронного возбуждения на 0(4) кислороде вблизи вакансии, не только объясняет наблюдаемые люминесцентные свойства но и позволяет связать процесс люминесценции с процессом дефектообразования для 1-2-3 материалов.
Практическая значимость. Основные результаты получены в рамках фанта 90246 государственной программы "Высокотемпературная сверхпроводимость " и, таким образом, направлены на изучение и создание новых сверхпроводящих материалов.
Апробация работы.Работы, положенные в основу диссертации, докладывались на семинарах и конференциях в ИОЯФ РНЦ "Курчатовский институт", на международных конференции по использованию синхротронного излучения в физике твердого тела в Праге, Чехословакия (1989), Москве (1990), Аксе-ан-Прованс, Франция (1994), международной конференции по люминесценции в Лиссабоне, Португалия (1990), конференциях по ВУФ спектроскопии в Иркутске (1989), международной конференции VUV 10 в Париже, Франция (1992), а также научных семинарах Института Физики, Эстония, HASYLAB, BESSY, Германия, IMS, Photon Factory, Япония.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Основная часть диссертации содержит 119 страниц текста, в том числе 6 таблиц и 60 рисунков. Список использованной литературы содержит 114 наименований.
ПуКттикаиви. Основные результаты диссертации опубликованы в материалах международных конференций и 5 статьях.
