Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена большим научным
и практическим интересом к проблеме высокотемпературной
сверхпроводимости (ВТСП). С момента открытия явления ВТСП
прошло более 20 лет, однако природа высокотемпературной
сверхпроводимости остается не выясненной, и все еще нет единой
теории, объясняющей все экспериментальные факты. Причиной этого
является прежде всего то, что недостаточно выяснена физическая
картина нормального состояния высокотемпературных
сверхпроводников, что в свою очередь препятствует целенаправленному поиску материалов с более высокими критическими параметрами. Поэтому исследование физических свойств высокотемпературных сверхпроводников в нормальном состоянии является актуальной задачей.
Диссертационная работа посвящена исследованию
проводимости, эффекта Холла, критического тока и магнитной восприимчивости керамических и монокристаллических соединений YBa2Cu3Oy, NaxCo02 и Nd2.xCexCu04+5.
Цель работы:
Получение новых данных об электронных свойствах нормального состояния керамических и монокристаллических соединений YBa2Cu30y, NaxCo02, Nd2.xCexCu04+s с различными примесями замещения и нестехиометрическими дефектами в результате комплексного исследования кинетических свойств этих соединений и исследовать влияние низкотемпературного отжига на критические параметры в соединении YBa2Cu30y.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
- Изучить влияние степени легирования церием на транспортные
свойства монокристаллических пленок Nd2.xCexCu04+s.
Провести измерения температурных зависимостей сопротивления монокристаллических пленок Nd2-xCexCu04+5 с различным содержанием кислорода с целью исследования влияния содержания нестехиометрического кислорода (8) на степень беспорядка в системе.
- Исследовать эффект Холла монокристаллических пленок Nd2.
xCexCu04+8 для получения данных о концентрации носителей и их
подвижности в зависимости от степени легирования церием (х) и
содержания нестехиометрического кислорода (5).
Выполнить экспериментальное исследование температурных зависимостей проводимости и критических параметров керамики УВагСизОу (у = 6.96, 6.90 и 6.50) с целью изучения влияния низкотемпературного отжига в атмосфере кислорода и атмосфере аргона на транспортные свойства и критические параметры керамики.
Разработать и изготовить экспериментальную установку для измерения критических токов импульсным методом в BTCII соединениях в области температур (4.2 - 77) К.
- Провести экспериментальное исследование температурных
зависимостей сопротивления и магнитной восприимчивости серии
керамических образцов NaxCo02 (х = 0.57 - 0.72) для изучения
влияния легирования натрием на транспортные и магнитные свойства
керамик.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Обнаружено, что керамические образцы YBa2Cu3Oy с
кислородным индексом 6.96 при низкотемпературном отжиге (< 400
С) подвержены распаду на богатую и бедную кислородом фазы.
Установлено, что при таком распаде имеет место изменение
резистивных свойств.
3. При исследовании температурных зависимостей
сопротивления керамических образцов NaxCo02 установлено, что
верхняя граница области диэлектрического состояния в соединении
NaxCo02 находится при х = 0.57.
4. При проведении комплексных исследований температурных
зависимостей сопротивления и коэффициента Холла на серии
монокристаллических пленок Nd2-xCexCuC>4+6, имеющих различную
степень легирования церием (х = 0; 0.12; 0.15; 0.17; 0.20) и различное
содержание нестехиометрического кислорода, установлено, что:
- для всех составов Nd2.xCexCu04+8, легированных церием
увеличение содержания кислорода (рост степени беспорядка в
системе) приводит к существенному (на один-два порядка) росту
сопротивления в проводящих плоскостях Си02 во всей
исследованной области температур (1.8 К < Т < 300 К).
- в образцах Nd2.xCexCu04+5 с х = 0.12 и 0.15 основным типом
носителей являются электроны, концентрация которых при
изменении режима отжига не меняется. Рост сопротивления связан с
уменьшением длины свободного пробега носителей.
Основные положения выносимые на защиту:
-
Распад на фазы богатые и бедные кислородом, в результате отжига керамических образцов УВа2СизОу с кислородным индексом близким к семи, сопровождается изменением транспортных свойств и может привести как к снижению, так и к росту критических параметров (Тс, jc). В магнитном поле В > 0.1 Т образцы, подвергнутые распаду, обладают более высокими значениями критической плотности тока, за счет пиннинга магнитных вихрей на частицах обедненных кислородом, которые образуются в ходе распада.
-
Верхняя граница области диэлектрического состояния керамических образцов NaxCo02 находится при х = 0.57. В соединение NaxCo02 с х = 0.57 имеет место наличие суперпозиций фаз: устойчивой фазы Nao.5Co02 с х = 0.5 со сверхрешеткой ионов натрия с размером ячейки -Д а х 2 а и фазы с х > 0.5.
-
Увеличение степени легирования церием кристаллов Nd2. xCexCu04+5 приводит к переходу из фазы антиферромагнитного мотовского изолятора (х = 0) сначала в металлическую (х > 0.12), а затем в сверхпроводящую фазу (х = 0.15, 0.17 и 0.20). Увеличение содержания кислорода в Nd2.xCexCu04+5 приводит к существенному (на один - два порядка) росту сопротивления во всей области температур, вплоть до комнатной, что соответствует росту степени беспорядка в системе.
Научная и практическая ценность работы.
1. Полученные результаты и их анализ позволяют
систематизировать и расширить представления об электронных
свойствах нормального состояния исследованных ВТСП соединений.
-
Полученные результаты исследования влияния низкотемпературного отжига керамики YBa2Cu3Oy могут быть использованы для совершенствования технологии получения ВТСП-материалов с повышенной токонесущей способностью, в том числе, в сильных магнитных полях.
-
Разработанная установка может применяться для исследования критических токов ВТСП и полевых зависимостей критических токов.
Личный вклад автора
1. Подготовлены (нанесение контактов) образцы YBa2Cu3Oy,
NaxCo02 и Nd2.xCexCu04-5 к измерениям транспортных свойств.
2. Разработана и собрана установка для измерения критических
токов в ВТСП соединениях в интервале температур (4.2 + 77) К.
3. Измерены температурные зависимости сопротивления и
критический ток керамики YBa2Cu30y, проведена математическая
обработка результатов. Результаты позволили определить влияние
низкотемпературного отжига на транспортные свойства и
критические параметры керамики YBa2Cu3Oy.
-
Измерены температурные зависимости сопротивления поликристаллического кобальтита натрия с различным содержанием натрия. Математически обработаны результаты измерений, которые позволили определить влияние степени легирования натрием на транспортные свойства.
-
Измерены проводимость и коэффициент Холла на монокристаллических пленках Nd2-xCexCu04.5, что позволило в рамках модели автономных СиОг - плоскостей провести оценку степени беспорядка в системе.
Степень достоверности результатов, приведенных в диссертации, обеспечивается использованием аттестованных образцов, применением стандартных методик измерений на аттестованных приборах. Полученные результаты исследований согласуются с данными других работ, посвященных исследованию транспортных и магнитных свойств слоистых ВТСП.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы были
представлены и обсуждены на различных всероссийских и
международных конференциях: «Современные проблемы
сверхпроводимости» (Ялта, 2002), 14-й Уральской международной
зимней школе по физике полупроводников (Екатеринбург, 2002),
международной конференции «Материалы и механизмы
сверхпроводимости и ВТСП» (Рио-Де-Жанейро, 2003), 33-м
совещании по физике низких температур (Екатеринбург, 2003),
Всеросийской научной конференции студентов физиков (Красноярск,
2003), международной конференции «Сильно корреллированные
электронные системы» (Карлсруе, 2004), конференции
«Фундаментальные проблемы высокотемпературной
сверхпроводимости" (Звенигород, 2004), 15-й Уральской международной зимней школе по физике полупроводников (Екатеринбург, 2004), 4-ом молодежном семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2005), 16-й Уральской Международной зимней школе по физике полупроводников (Екатеринбург, 2006), 2-й международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной
сверхпроводимости" (Звенигород, 2006), VIII-й Российской конференции по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007).
Публикации.
Основные материалы диссертации опубликованы в шести рецензируемых изданиях, определенных Перечнем ВАК. Список научных статей приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она содержит 120 страниц текста, в том числе 11 таблиц и 64 рисунка. Список цитируемой литературы включает 110 наименований.
