Исследование распределения магнитного потока в сверхпроводниках второгорода методом поверхностного ЭПР зонда Хасанов, Рустем Ихфович

Введение к работе

Актуальность темы. Интерес к исследованию сверхпроводников связан прежде всего с перспективностью их использования в различных областях техники. Основным препятствием, ограничивающим практическое применение сверхпроводников, является необходимость их охлаждения до очень низких температур. Казалось, что данную проблему удалось разрешить после того, как была открыта высокотемпературная сверхпроводимость, сначала - при температуре ЗОК в системе LaBaCuO, затем - при 90К в соединении УВа-іСщО_х и при 110К в Ba_% . Однако по прошествии вот уже почти десяти лет проблема реального использования высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) остается пока открытой. Основным препятствием для их практического использования является малая величина критического тока (J_c) данных соединений, которая оказалась на несколько порядков меньше, чем в обычных "низкотемпературных" сверхпроводниках. Невозможность достижения больших значений критического тока привела к тому, что в настоящее время практическое применение ВТСП-соединений ограничено областями слаботочной техники и микроэлектроники. В связи с этим при исследовании ВТСП наибольшее внимание начинает уделяться тем областям, интерес к которым в обычных "низкотемпературных" сверхпроводниках проявлялся достаточно слабо. В частности становится актуальной проблема поиска других механизмов захвата потока (кроме пиннинга), благодаря которым оказалось бы возможным пропускать через сверхпроводник значительный ток.

Наметившаяся в последнее время в технике устройств на основе сверхпроводников тенденция к миниатюризации привела к тому, что все шире начинают использоваться сверхпроводящие образцы в виде тонких пленок, тонких дисков и полос. В отличие от массивных, в подобного рода образцах большую роль играют эффекты, обусловленные формой. Они проявляются в специфическом распределении по сверхпроводнику магнитного поля, транспортного тока, обуславливают гистерезисное поведение. То есть, фактически, определяют конкретный вид реализующегося в образце сверхпроводящего состояния. Однако до недавнего времени существовало очень мало экспериментальных и теоретических работ, посвященных исследованию влияния формы сверхпроводников на сверхпроводящее состояние.

Одним из наиболее эффективных способов получения информации

о том, как форма образца влияет на сверхпроводящее состояние, а также о механизмах захвата потока, является исследование распределения магнитного поля в сверхпроводнике.

Целью настоящей диссертационной работы явилось определение распределения магнитного потока за пределами и внутри сверхпро-тшдящеі'о ибразцзпшеющего форму тонкой полосы и помещенного в перпендикулярное магнитное поле при наличии объемного пиннинга, а также в условиях, когда пиншгаг становится неэффективным или отсутствует.

Из широкого набора методов, применяемых для исследования распределения магнитного поля по сверхпроводнику, в качестве основных в настоящей работе использовались методы, которые можно условно объединить под общим названием: "методы поверхностного ЭПР зонда". Это — метод декорирования поверхности сверхпроводника слоем парамагнитного вещества (ЭПР декорирование), заключающийся в извлечении информации о распределении поля внутри сверхпроводника из формы сигнала ЭПР от парамагнитного слоя, нанесенного на его поверхность и разработанный нами метод подвижного спинового зонда, суть которого заключается в получении информации о величине локального поля из сдвига сигнала ЭПР от парамагнитного микрозонда, перемещаемого над поверхностью сверхпроводника. Метод ЭПР декорирования был предложен Дульчием с соавторами [1] для изучения распределения магнитного поля внутри идеальной вихревой решетки. Однако, особенности метода и существование нескольких источников неоднородного магнитного поля не позволяют однозначно интерпретировать получаемые результаты. Поэтому, одной из задач настоящей работы была задача определения природы и величины пространственного масштаба неоднородности магнитного поля вблизи поверхности сверхпроводника, и влияние этой неоднородности на ЭПР-спектр парамагнитного вещества, нанесенного на его поверхность.

Научная новизна и практическая значимость. В ходе выполнения диссертационной работы получен ряд новых результатов:

1. Определены причины возникновения и величина пространственного масштаба неоднороднодности магнитного поля на поверхности монокристалла УВа^СщОх, возникающей при протяжке магнитного поля.

2. Методом подвижного спинового зонда определено распределе-

ние магнитного потока в сверхпроводнике в перпендикулярном поле, возникающее при изменении поля и протекании транспортного тока.

3. Определено распределение магнитного потока в сверхпроводнике при наличии геометрического поверхностного барьера.

4. Расчитано распределение перпендикулярной компоненты магнитного поля внутри сверхпроводящей полосы конечных размеров и за ее пределами для случая полного проникновения магнитного поля.

5. Разработан метод подвижного зонда, позволяющий измерять распределение магнитного поля вблизи сверхпроводящего образца. Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на Международной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (г.Гренобль, Франция 1994г.) и на XXVII Международном конгресее AMPERE (г.Казань, 1994г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 публикациях, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка цитированной литературы. Ее полный объем, включая 38 рисунков, 3 таблицы и 80 наименований цитированной литературы, составляет 121 страницу.