Изучение акустических свойств металлооксидных соединений на основе La2CuO4 Клочко, Владимир Сергеевич

Введение к работе

Актуальность темы. Работа посвящена ультразвуковому исследованию гранулярных и монокристальных металлооксидных соединений La₂__xSr_xCuO и La CuO (Li ) в интервале температур от 2 до 360 К при частотах акустических волн CAB) 10 - 150 мГц.

Открытие высокотемпературной сверхпроводимости CBTCTD в соединении La CuO , легированном Ва с Т * 40 К и последующее интенсивное изучение новых сверхпроводящих фаз со значительно более высокими Т * 100 - 120 К, поставило на повестку дня вопрос о выяснении механизма, приводящего к столь высоким Т .

Экспериментальные исследования медно-оксидных ВТСП показали исключительную физико-химическую сложность этих соединений. При изменении концентрации атомных замещений или вакансий по кислороду в узком интервале происходит целая цепь фазовых переходов и на фазовой диаграмме "температура-концентрация" появляется множество сменяющих друг друга фаз: диэлектрическая, металлическая (нормальная и сверхпроводящая), магнитоупорядоченная. Это означает, что для выяснения механизма ВТСП необходимо изучение не только сверхпроводящей фазы, но и всех соседствующих на фазовой диаграмме несверхпроводящих и даже непроводящих соединений.

Акустические методы широко применялись в исследованиях металлических сверхпроводников, что позволило получить важные сведения об изменении упругих модулей и коэффициента поглощения звука при сверхпроводящем переходе, о природе промежуточного состояния в сверхпроводниках первого рода и смешанного состояния в сверхпроводниках второго рода. Неудивительно поэтому, что акустические свойства новых металлооксидных сверхпроводников стали предметом усиленного внимания вскоре после их синтеза. Особый интерес представляют эксперименты, проведенные на монокристаллах этих соединений.

Целью работы явилось экспериментальное изучение механизмов взаимодействия акустических волн с колебаниями решетки в металлооксидных соединениях, в которых возникает высокотемпературная сверхпроводимость СВТСП), в частности, с мягкими оптическими модами, наличие которых определяет аномалии акустических свойств этих соединений как при структурном фазовом переходе так и при

тепловом возбуждении мягких мод при Т * tiw С ы - собственная частота мягкой моды).

В соответствии с поставленой целью в настоящей работе решались следующие задачи:

1. Изучение поведения акустических характеристик в окрестности температуры сверхпроводящего перехода Т^.

2. Изучение особенностей температурных зависимостей скорости v(T3 и коэффициента поглощения а(ТЗ АВ.

3. Изучение особенностей акустических характеристик в окрестности структурного тетра-орто перехода.

4. Изучение влияния частоты АВ на поглощение и дисперсию скорости звука.

3. Изучение влияния атомных замещений на акустические свойства. Объектами исследований были выбраны твердые растворы соединения La CuO :

5. поликристаллы состава La Sr CuO , полученные методом твердофазного синтеза;

6. монокристаллы состава La CuO и La CuO С Li ^3 с добавками лития, полученные методом раствор-расплава.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- получены новые экспериментальные результаты в широко;:
интервале температур и частот АВ об упругих свойствах:

1) поликристаллов состава La Sr CuO , 23 монокристаллов

La CuO и La CuO С Li 3 при распространении звуковых колебаний

вдоль основных кристаллографических направлений п.

- определены новые возможности изучения особенностей фонон
ного спектра кристаллов со структурой типа перовскита: срав
нение результатов экспериментов с развитой теорией позволяет
однозначно определить тип и свойства мягких оптических мод,
определяющих взаимодействие с АВ.

Научная и практическая ценность диссертации определяется тем, что предложены пути решения основных задач ультразвуковой спектроскопии кристаллов со структурой типа перовскита: определение характеристик и свойств мягких оптических фононных мод, взаимодействующих с АВ, при различных вариациях примесного состава кристаллов. Практическую ценность имеют полученные сведения о воздействии периодически изменяющегося температурного поля СПИТПЗ на структуру и акустические характеристики изучаемых

монокристаллов. На основе этих исследований даны рекомендации по получению совершенных монокристаллов. На защиту выносятся следующие положения:

7. Обнаруженные особенности температурных зависимостей скорости vCT) и коэффициента поглощения а(Т) звука в соединениях со структуройтипа перовскита на основе La CuO , в основном определяются взаимодействием АВ с мягкими фононными оптическими модами.

8. Коэффициент поглощения звука в изученных металлооксидных соединениях при сот « 1 не пропорционален квадрату частоты АВ.

3. Обнаружена существенная анизотропия температурных эависи-'мостей скорости v-* (Т) и поглощения о» (Т) звука в монокристаллах La₂CuO С Li ) при низких и в окрестности структурного тетра-орто перехода температурах при распространении АВ вдоль основных кристаллографических направлений.

4. Однозначное определение типа и свойств мягкой моды в кристалле La CuO при ее тепловом возбуждении, а так же характер деформации элементарной ячейки при структурном переходе, определяемом мягкой модой, на основе сравнения анизотропии температурных зависимостей скорости звука v-»(T) в базисной Cab) плоскости кристалла с результатами теории.

5. Определение изменений параметров энергетического спектра мягкой оптической фононной моды при добавлении лития в кристаллическую решетку La CuO .

6. Влияние периодически изменяющегося температурного поля на структурные и акустические характеристики монокристаллов

La CuO CLi ).

г 4 х

Апробация работы: Результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на Рабочих совещаниях по проблемам ВТСП (Москва, 1987; Свердловск, 1987), II Международной конференции по проблемам ВТСП ССтенфорд, США, 1989), XXVI Всесоюзном совещании по физике низких температур СДонецк, 1990), III Всесоюзном совещании по ФНТ (Харьков, 1991).

Основное содержание диссертации изложено в 9 печатных работах, список которых представлен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав и заключения. Содержит - 27 рисунков, 1 таблицу, и список цитируемой литературы из 108 наименований. Общий объем

работы - 133 страницы машинописного текста.