Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В настоящее время перспективы широкого фактического использования явления сверхпроводикости в различных хЗластях науки и техники связаны с открытиеы высокотемпературных :верхпроводников СВТСП) - маталлооксидных соединений с критической гемпературой сверхпроводящего перехода Tg. превышавшей 30 К СП. )то открытие вызызает также больной интерес ке только с технологи-іеской. но и с научной точки зрения, так как а процессе изучения ІТСП улучшится понимание и самого явления сверхпроводимости. О пе->вых so исследованиях ВТСП были обнаружены чрезвычайная сложность і необычность их физических свойств, в частности: результаты одно->лектронных зонных расчетов электронной структуры для соединения №&2^и37-х №1 и лр. не подтверждались экспериментальными иссле-нзваниями [3]. попытки объяснить высокие Тк ЗТСЛ в рамках фононно-'о механизма сверхпроводимости не увенчались успехом. Различные вдвигаемые теории механизмов ВТСП Сфононныо и нефоношше) основа-1Ы на принципиально разных предполованиях об электронной структуре ітих соединений. Следовательно, для объяснения природы высокотем-іературной сверхпроводимости необходимы точные знания электронной структуры ВТСП. Оирокое и .(многоплановое изучение свойств этих вв-іеСтв будет способствовать и улучшени» технологических приемов пользования оксидных сверхпроводников в технике.
Неревенные проблемы остается до настоящего времени и в облас-и обычных сверхпроводников с малыми размерами, к которым относят-я тонкие пленки, мелкодисперсные системы металл-диэлектрик, ино-ослойные сэндвичи и т.п. Известно,что сверхпроводящие свойства аких систем часто отличается от свойств массивных образцов. Изме- .' в нив электронных и фононных характеристик этих систем, которое лжет быть обусловлено размерными эффектами, повышенным содержанн-м структурных дефектов или образованием метастабильных аморфных и ристалличоских модификаций, в ряде случаев приводит к увеличениа и других критических параметров сверхпроводников. Одним из ме-одов получения таких систем является конденсация паров металла на одложку, находящуюся при температуре жидкого гелия [4]. Критичес-ие температуры получающихся при этом холодноосажденных пленок ХОП) часто превышает Тк массивного металла. Наибольшие увеличения к обнаружены у молибдена, галлия, бериллия и аллюминия. Причины начительного увеличения Т в этих пленках недостаточно ясны. Объ-м пленок очень мал, чтобы можно было использовать обычные объем-ые методы исследований, такие как измерения теплоемкости, магнит-ой восприимчивости, нейтронные исследования и др. Кроме того, так
как ХОП обычно при нагреве до комнатной температуры отжигается и переходят в несверхпроводяцув модификации, то для получения необходимой информации какие-то дополнительные эксперименты и воздействия на пленки должны быть проведены в той ве установке, где эти ХОП приготовляются.
Больную помочь в исследованиях ВТСП и сверхпроводящих ХОП могут оказать современные методы исследования физики поверхности, такие как фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС), оже-электронная спектроскопия СОЭС), спектроскопия характеристических потерь энергии электронов ССХПЭЭ). Все эти методы основаны на анализе энергетического спектра вторичных электронов, вылетающих из образца под воздействием направленного на него потока частиц - электронов или фотонов. Методом ФЭС определяется плотность заполненных состояний в валентной зоне и химический состав образца, методом ОЭС можно анализировать химический состав поверхности образца, методом СХПЭЭ - коллективные колебания плазмы электронов и мекзонные переходы. Особенно мощным становится метод ФЭС с применением перестраиваемого по длине волны монохроматизованного синхротронного излучения ССИ). Использование этих методов помогает успешно ревать фундаментальные задачи физики твердого тела, физики поверхности, материаловедения, микроэлектроники и других отраслей, определяюиих науч-но-техничес- кий прогресс. Эти методы дают важную информацию об электронной подсистеме венеств. особенно они удобны для исследования тонких пленок, так как глубина выхода вторичных электронов и фотоэлектронов не превывает нескольких десятков ангстрем.
Следует отметить, что область технических применений сверхпроводников неуклонно смекается в область предельно тонких пленок с толцинами порядка 100 Я. У таких образцов большой вклад в их свойства вносит поверхность. Поэтому изучение свойств тонкопленочных систем представляет несомненный интерес для понимания физических механизмов сверхпроводимости в поверхностных слоях вещества. Представляет интерес также и такой метод изучения свойств ХОП, как нанесение на сверхпроводямие пленки покрытий с известными свойствами. В этом случае при изучении свойств такой системы пленок можно надеяться получить информацию и о свойствах ХОП.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является исследование методами электронной спектроскопии холодноосахденных сверхпроводящих пленок бериллия и образцов сверхпроводящей керамики ЇВа^СіьО^.. для определения особенностей их электронной структуры и выяснения корреляции этих особенностей со сверхпроводящими свойствами. 2
ВЫБОР ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Среди всех однокомпонентних свер- . хпроводников наивысшая критическая температура Тк= 10 К достигнута в холодноосааденных пленках берилия, в то хе время массивный бериллий имеет Тк= 0.02В К. Поэтому представляется чрезвычайно интересным понять природу сверхпроводимости в пленках бериллия. Соединение УВз2СизО^_х является сверхпроводником с TR » 03 К и с достаточно неслояноп технологией приготовления керамических образцов. Это соединение аироко исследовалось при покоци различных методов исследований и накоплено много информации о его физических Свойствах. Соединенно YBa^CugO^ лвляэтея типичным представителем ВТСП.
-
Сконструировать, собрать и отладить зкеперимеитальнуо установку, позволявшую исследовать тонкие пленки мзтодами электронной спектроскопии.
-
Выяснить возможности и проверить правильность работы установки.
-
Исследовать влияние реаимэ напыления на сверхпроводящие свойство холодиоосаяденных пленок бериллия с толщинами до 200 ангстрай..
-
Измерить спектры характеристических потерь энергий электронов для холодноосааденных пленок бериллия разной толвины.
5. Провести исследование влияния покрытий цозил и германия на
свойства холодноосааденных пленок бериллия.
S. Измерить фотоэлектронные спектры и спектры характеристических' потерь энергий электронов для высокотемпературной сверхпроводящей керамики УВа2Сиз07_}(. Определить условия, при которых полученная, информация отравает объемные свойства этого соединения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе впервые получены сдедувциа результаты:
сконструирована и собрана станция ФЭС с использованием в качестве возбуадаацего излучения монохромзтизованное синхротронное излучение в ВУФ области.
прослояена связь мзвду температурой подловни и свойстваші холод-коосагдённых пленок бериллия,
измерены спектры характеристических потерь энергий электронов 5ля пленок бериллия.
исследовано влияние цезиевых и германиевых покрытия і:з Т„ и Rm (олодноосахденных пленок бериллия.
обнаруаено влияние на TR двуслойной пленки процессе' "мэталлизв-дии" слоя покрытия при толщине покрытия около половины монослоя.
измерены ФЭС спектры соединения YBajCu-jO^ при возбуядении фо-
~3~
тоэлектронной эмиссии фотонами с энергиями 10 - 18 эВ,
при температуре жидкого азота обнаружено изменение во времени вида спектров ХПЭЭ и ФЭС керамических образцов YE^CugO^ в течение первых нескольких минут после очистки поверхности.
для керамических образцов W^Ci^O^ при температуре жидкого эота обнаружено уменьшение со временем амплитуды сигнала tCLL оже-пика кислорода в течение первых нескольких минут после очистки поверхности.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Опыт разработки, изготовления и эксплуатации станции фотоэлектронной спектроскопии находит применение в разработке нового поколения приборов для исследования твердых тел с помоцьв синхротронного излучения.
Результаты исследования холодноосахденных пленок бериллия добавили ясности к вопросу о природе сверхпроводимости этих пленок.
Исследования высокотемпературного сверхпроводника YI^CujO^ позволили выяснить, что свежеочиценная поверхность этого соединения нестабильна в вакууме при азотных температурах, что объемная электронная структура близка к рассчитанной в рамках одноэлектрон-ного приближения и именно на этой основе, по-видимому, следует искать объяснение механизма высокотемпературной сверхпроводимости.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на ежегодных конференциях Отделения обцей и ядерной физики Института атомной энергии им. И.В. Курчатова в 1983, 1087, 1988 и 1989 гг.. на Всесоюзной конференции по физике низких температур СКижинев. 1982 г.). на Международной конференции "Физика низких температур 87" (Будапевт. 1987). на II Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев. 1989).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертации опубликовано 14 печатных работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 136 страниц текста. 48 рисунков и списка литературы из 312 наименований.
