Введение к работе
Актуальность темы
С момента открытия высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в 1986 г. изучение этого явления находится в центре научного интереса. Однако, несмотря на огромное количество экспериментальных и теоретических работ, природа и механизм этого явления остаются до сих пор неясными.
В числе важнейших условий, необходимых доя разработки микроскопической теории высокотемпературной сверхпроводимости, находится получение достоверной информации о роли и механизме влияния различных структурных элементов кристаллической решетки на сверхпроводимость и другие физические свойства ВТСП-соединений. Такие данные могут быть получены при сравнительном анализе свойств образцов с различными направленными изменениями состава (например, увеличение дефицита кислорода, частичная замена компонентов элементарной ячейки, легирование).
Весьма ценными для интерпретации представляются исследования ВТСП-керамик с апивалентными примесями (т.е. примесями, при которых в позицию кристаллической решетки вещества входит примесный атом с ваненгноетью, отличной от валентности исходного атома). Компенсация возникшего избыточного (или недостающего) заряда сопровождается изменением электронных свойств (зонной структуры и пространственного распределения зарядов и градиента электрического поля) и параметров кристаллической решетки. Особенно интересны примеси, приводящие к изменению кристаллической структуры исходных соединений, например к снятию ромбического искажения кристаллической решетки, выражающемуся в фазовом структурном переходе из орторомбической фазы в тетрагональную. Именно такой переход характерен при аливалентных катионных замещениях в системе ИВагСизОу, где R - редкоземельный элемент или иттрий. Этот сгрукіурньїі'і переход приводит к значительному изменению электронных свойств материала и подавлению сверхпроводимости. Интересно, что к аналогичным результатам ведет замещение различных узлов - меди и бария.
Двойные замещения в материалах данного класса могут давать еще более замечательные результаты. Замещение двухвалентного бария на трехвалентный лантан вызывает структурную перестройку кристаллической решетки со снятием ромбического искажения и одновременным исчезновением явления сверхпроводимости. Дополнительное замещение трехвалентного иттрия на двухвалентный кальций восстанавливает сверхпровгСимость, хотя
кристаллическая решетка остается тетрагональной. До настоящего времени природа этого явления остается неясной.
В керамике NdiCuCt, напротив, частичное замещение трехвалентное неодима на четырехвалентный церий в определенном диапазоне концентраций приводит к возникновению высокотемпературной сверхпроводимости, что связывается с появлением свободных электронов. Важно получить информацию о том, в хакой из зііерістнческих зон сверхпроводника локализуются носители заряда.
Выявление общих закономерностей в изменении свойств змечтрмі'іюй системы при подобных замещениях должно позволить выделить наиболее важные , для реализации сверхпроводимости структурные особенности ііссііед>емьіх соединений.
Получение информации о параметрах локальной электронное структуры простых 1ГГСІІ мсталдокендов меди с an и валентными каї ионными примесями и изменяющейся кристаллической структурой - является'* актуальным для понимания природы высокотемпературной сверхпроводимости в целом.
Наиболее важной является информация об эффективных зарядах атомов, их распределении по узлам кристаллической решетки, допустимых конфигурациях вакансий в кристаллической решетке, внутренних магнитных полях, электронной структуре и пространственной локализации дефектов и носителе)! заряда, связанных с их наличием, lice это, в-конечном итоге, и определяет явление сверхпроводимости. Эта информация может быть получена из сопоставления экспериментальных и расчетных параметров тензора фадиента электрп чес кого ноля (ТІЗГ1) на ядрах ионов кристаллической решетки. Кроме того, знание фадиента электрического поля (ГЭП) в узлах решеток твердых тел дает ценную информацию, относящуюся к ядерной физике (квадрупольиые моменты ядер), атомной физике (коэффициенты Штернхеймера) и ко многим задачам физики твердого тела. Сравнение рассчитанных и измеренных параметров ТГЭП дает сведения об электронной структуре її о распределении электрических зарядов в исследуемых кристаллически;, решетках.
Цель работы
Целью работы является исследование параметров ядерного квадруполыюго и магнитного взаимодействия . в узлах кристаллических решеток высокотемпературных сверхпроводящих керамик с аливалентными примесями
ІфИ ПОМО.ЦИ МеТОДОВ МеССбауЭрОВСКОЙ СПеКТрОСКОШІ І. ДЛЯ ДОСЧІЖЄІ ия
поставленной цели решались следующие задачи:
1. Отбор химических замещений и направленных изменении сосіава, п[ пводящих к структурному фазовому переходу с изменением сверхпроводящих свойств.
-
Вьбор и обоснование мессбауэровской спектроскопии как основного метода исследования, позволлягощего экспериментально получать информацию о структурных и электронных параметрах объектов на ядерном уровне. Выбор мессбауэровских изотопов и его обоснование.
-
Получение мессбауэровских спектров ВТСП керамик с аливалентнымн примесями и проведение сравнительного анализа результатов этих исследований с данными, полученными другими методами.
..Определение параметров тензора градиента электрического поля на ядрах мессбауэровских зондов в ВТСП керамиках с аливалентнымн примесями.
*> Сравнение экспериментальных и рассчитанных в рамках модели точечных зарядов параметров, их анализ для выяснения роли и механизма влияния аливалентных примесей.
Научная новизна
-
Выбраны химические замещения и направленные изменения состава ВТСП, приводящие к структурному фазовому переходу, который сопровождается изменением сверхпроводящих свойств системы.
-
Изучены мсссбауэровскне спектры поглощения и испускания различных изотопов для широкого ряда ВТСП керамик с аливалентнымн примесями и определены параметры тензора градиента электрическою поля в узлах кристаллической решетки.
-
Впервые проведено комплексное исследование ВТСП керамик с аливалентнымн примесями и на основе многочисленных экспериментальных результатов установлень! роль и механизм влияния дачных примесей на структурные и электронные свойства исследуемых керамик.
Практическое значение работы
Полученные результаты имеют принципиальное значение при разработке теории переноса носителей в металлоксидах меди и для предсказания структуры соединении с повышенной температурой сверхповодяшего перехода.
Положения, выносимые на защиту
І.Для керамик на основе УВагСизО/ при аливалентных замещениях происходит изменение концентрации дырок в плоскости Си(2)-0, а для керамик на основе NCI2C11O4 - изменение концентрации электронов в медной подрешетке.
-
Магнитное упорядочение ионов в Подрешетке Си(1) в керамиках на основе YBajCuiOj может сосуществовать со сверхпроводимостью по плоскостям Сіі(2)-0.
-
В структурах на основе УВагСизОу с аливалентными примесями существуют преимущественно реализующиеся конфигурации локального окружения узлов .меди.
-
Европий в Еіі|ЧцВа2-цСіізОу находится только в состоянии Еи3+ и изменение сверхпроводящих свойств в данном соединении связано не с эффектами переменной валентности, а с изменением концентрации дырок в плоскости Си(2)-0.
Апробация работы
Результаты работы опубликованы в семи печатных работах и докладывапись на /X Международном симпозиуме по сверхбыстрым явлениям в полупроводниках (Вильнюс, Литва, 1995) и научных семинарах Физнко-іехнического Института им. Иоффе и кафедры экспериментальной физики Санкт-Петербургского Государственного Технического Университета.
Структура и объем работы