Введение к работе
Актуальность темы. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости
(ВТСП) сразу привлекло к себе пристальный интерес и стало одним из актуальных разделов физики твердого тела. Этот интерес объясняется, прежде всего, теми перспективами, которые открываются при практическом применении сверхпроводящих устройств, работающих при азотных температурах. С точки зрения фундаментальной физики ВТСП явились качественно новыми объектами, исследование которых дало мощный импульс к развитию новых идей и представлений.
Несмотря на несомненный успех экспериментальных и теоретических исследований, само явление ВТСП не получило до сих пор однозначного объяснения. Главная причина - это многообразие и неординарность физических свойств ВТСП -материалов. Существующие теоретические модели предлагают объяснение различных свойств новых сверхпроводников, но они не дают всестороннего описания физической картины, которая, кроме того, в каждом соединении имеет свои отличительные особенности.
Например, известно, что изменение содержания кислорода в ВТСП -соединениях приводит к значительному изменению Тс- Однако однозначного понимания этого факта до сих нет, хотя несомненно, этот вопрос может оказаться ключевым для установления природы высокотемпературной сверхпроводимости.
Другим общим свойством ВТСП-материалов является наличие сильных антиферромагнитных корреляций в плоскостях СиОг- Как показывают исследования, спиновые магнитные возбуждения продолжают существовать и в сверхпроводящей фазе, что проявляется, например, в виде пика двухмагнонного рассеяния света в спектрах комбинационного рассеяния сверхпроводящих кристаллов УВагСизОб+г Наличие спиновых корреляций сверхпроводящем состоянии служит источником идеи об экзотическом механизме d - волнового спаривания. В то же время предлагаются объяснения необычных свойств ВТСП в рамках усложненной модели Вар дина-Купера-Шриффера (БКШ). Поэтому детальные и надежные экспериментальные данные о физических свойствах этих соединений в нормальном и сверхпроводящем состоянии играют важную роль в установлении природы ВТСП.
Исследование комбинационного рассеяния (КР) света в кристаллах
ВТСП в сверхпроводящем и нормальном состояниях позволяет получить информацию о природе элементарных возбуждений в этих материалах, в том числе электронных и магнитных, а в сверхпроводниках изучать при Т < Тс характерные особенности сверхпроводящей щели, такие как ее величина 2Д и симметрия. Достоинством экспериментов по КР является простота определения энергии и свойств симметрии элементарных возбуждений.
Целью работы было экспериментальное исследование методом КР:
характерных особенностей сверхпроводящей щели в ВТСП и ее симметрии, величины щели и отношения 2Д/Гс в недодопированных кристаллах УВагСизОб+д; и передопированных кристаллах Т^ВагСиОб-ц;
антиферромагнитного упорядочения в сверхпроводящих кристаллах УВагСизОб+ж с неоптимальным стехиометрическим составом;
детальное изучение кинетики электронного континуума и двухмаг-нонной полосы рассеяния, оптической проводимости, Тс при упорядочении подвижного кислорода в УВагСизОб+г при комнатной температуре после кратковременного отжига и ее связи с характерными пространственными масштабами физических величин.
Научную новизну работы составляют следующие результаты, выносимые на защиту:
-
В УВагСизОб+хВ недодопированном состоянии сверхпроводящая щель в значительной степени изотропна и сверхпроводимость отвечает пределу сильной связи. Анизотропия щели возникает только вблизи оптимального уровня допирования, соответствующего максимальному значению температуры сверхпроводящего перехода Тс-
-
Сверхпроводящая щель в ТІгВагСиОб+і анизотропна как в оптимально допированных кристаллах с.высокими Тс, так и в передопированных кристаллах с низкими Тс- При понижении Тс происходит переход от режима сильной связи к режиму слабой связи. В кристаллах с низкими Тс изменение спектров КР в различных поляризациях указывают на заметные изменения поверхности Ферми.
-
В сверхпроводящей фазе в УВагСизОе+х существует антиферромаг-нитные корреляции, которые экспериментально наблюдаются в виде двухмагнонного рассеяния в кристаллах с содержанием подвижного кислорода вплоть до х « 0.7 и соответственно с Тс & 75К.
-
Двухмагнонное рассеяние и протяженный бесструктурный электронный континуум в спектрах КР, а также полоса с переносом заряда в оптической проводимости зависят в основном от ближнего порядка подвижного кислорода в системе УВагСизОб+г. Увеличение содержания нестехиометрического (цепочечного) кислорода приводит к росту вклада в электронный континуум рассеяния света свободными носителями.
-
Поведение широкой полосы в области частот « 0.1 -f-1.0 эВ в спектрах оптической проводимости и температура сверхпроводящего перехода Тс определяются дальним порядком упорядочения подвижного цепочечного кислорода и обусловлены формированием длинных цепочек кислорода в УВа2СизОб+1 .
Научная и практическая ценность работы определяется теми новыми экспериментальными данными о свойствах электронной системы в сверхпроводящем и нормальном состоянии в недодопированных и пе-редопированных образцах УВа2СизОб+ги ТЬВагСиОб+г при различных концентрациях допирующего кислорода. Это дает базис для теоретического понимания явления ВТСП, в частности, зависимости Д от Тс и от содержания допирующего кислорода.
Применение нового подхода в КР исследованиях — изучение кинетики физических величин в процессе упорядочения подвижного кислорода в УВагСизОб+х после отжига при температуре Т « 150С. позволило изучить и связать скорость релаксации с пространственным масштабом различных физических величин. Эти исследования, в частности, позволили установить составную природу протяженного бесструктурного континуума в спектрах КР ВТСП: рассеяние как локализованными состояниями, так и свободными носителями.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях Американского Физического Общества (March Meeteing of The American Physical Society) в 1995 и 1996 гг., конференции OE/LASE'96 -Spectroscopic Studies of Superconductors (San Jose,CniA,1996), совещании руководителей проектов ВТСП (Черноголовка,199б).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
Похожие диссертации на Электронное комбинационное рассеяние света в кристаллах ВТСП
