Введение к работе
Актуальность работы. Открытие в 1986 году высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) вызвало повышенный интерес к исследованию свойств оксидных соединений. Большое количество работ было посвящено изучешпо иттрий-бариевого купрата УВа2Сиз06+і (YBaCuO), который можно рассматривать как модельную ВТСП-систему. Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том,что температура сверхпроводящего перехода YBaCuO зависит как от содержания, так и от способа упорядочения атомов кислорода в базисной кислородно-дефицитной плоскости СиОх. Согласно современным теоретическим представлениям, именно упорядочение атомов кислорода приводит к появлению в структуре свободных носителей - дырок.
Таким образом, очевидно, что для понимания взаимосвязи между структурой и сверхпроводящими свойствами, необходима подробная информация о тонкой структуре как плоскости СиОх, так и всей элементарной ячейки при различном содержании кислорода. Однако, к началу диссертационной работы, детальное определение структуры YBaCuO было проведено лишь для ж = 0иг = 1. Для промежуточных концентраций количественные данные имелись только об усредненной кристаллической решетке без учета упорядочения кислорода, полученные методом дифракции нейтронов на порошках. Сверхструктуры в УВагСизОв+л наблюдались преимущественно при помощи электронной дифракции. Этот метод позволяет получить в основном качественную информацию. Поэтому значительный интерес представляют результаты, полученные методом дифракции рентгеновских лучей на монокристаллах, дающие надежное количественное описание сверхструктур, возникающих вследствие' упорядочения кислорода.
Цель работы - систематическое исследование сверхструктур системы YBa2Cu30«+x в диапазоне концентраций кислорода 0,4 < х < 1, допускающих возникновение сверхпроводимости. Исследования были начаты в 1987 году и включали в себя определение областей существования различных сверхструктур в зависимости от содержания кислорода, определение параметров ближнего порядка, определение аятипараллельпых смещений атомов элементарной ячейки из положепий в усредненной структуре.
Научная новизна. Впервые методом рассеяния рентгеновского излучения на монокристаллах YB&2Cu3Oe+a. проведено систематическое исследование сверхструктур, возникающих в области существования сверхпроводимости. Установлено, что при комнатной температуре имеют место два типа упорядочения (фазы орто-II и орто-Ш): чередование в направлении [10 0] вытянутых по оси [0 1 0] цепочек (Си(1) - 0(4) - Си(1)) и (Си(1) - V - Си(1)) в фазе орто-И и 2(Cu(l)-0(4)-Cu(l)) и (Cu(l)- V-Cu(l)) в фазе орто-Ш, где V - вакансия. Установлены границы существования фаз и показано, что между ними существует прямой переход без образования промежуточных сверхструктур. Показано, что обе фазы распространяются на весь объем кристалла, но при атом имеет место лишь ближний порядок. Характеризующие его корреляционные длины определены для трех кристаллографических направлений. Для обеих фаз определены антипараллельные смещения атомов из положений в усредненной ячейке, сопровождающие упорядочение атомов кислорода.
Практическая ценность. Полученные результаты важны для понимания влияния упорядочения кислородных атомов на концентрацию свободных носителей в УВаСиО, для создания адекватной теоретической модели взаимодействий, приводящих к образованию сверхструктур.
Автор защищает следующие основные результаты:
-
Обнаружение орто-П и орто-Ш фаз в YBaCuO, определение границ их существования и доказательство отсутствия промежуточных сверхструктур, предсказываемых в некоторых теориях.
-
Прямое экспериментальное подтверждение кратного увеличения ячейки YBaCuO в направлении [1 0 0] в орто-И фазе.
-
Доказательство того, что фазы орто-И и орто-Ш существуют во всем объеме кристалла, а ближний порядок характеризуется экспоненциальным парным коррелятором.
-
Определение структуры орто-П и орто-Ш фаз, т.е. антипа-раллелышх смещепий атомов, сопровождающих упорядоче-
ниє кислорода.
—5—
-
Разработку и использование при вычислении антипараллельных смещений метода профильного анализа диффузного рассеяния рентгеновских лучей.
-
Создание автоматизированного дифрактометра с двумерным позиционно-чувствительным детектором.
Основные результаты диссертации докладывались:
-
на Международном симпозиуме MASHTEC90 (Дрезден, 1990 г.),
-
на XII рабочем совещании по использованию нейтронов в физике твердого тела (Заречный, 1992 г.),
-
на Российско-Фрапцузском семинаре по физике конденсированного состояния (Гатчина, 1993 г.),
-
на 4-й Международной конференции "Материалы и механизмы сверхпроводимости высокотемпературных сверхпроводников"-M2S-HTSCIV (Гренобль, 1994),
-
на семинаре ОИКС ПИЯФ. По теме диссертации опубликовано 5 работ [1-5].
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Вве
дения, шести глав, Заключения и списка цитированной литера
туры. Она содержит 123 страницы машинописного текста, в том
числе 34 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 132 наиме
нований. »
