Нелинейные магнитные свойства ВТСП YBa2Cu3O7-х на низких частотах Славкин, Владимир Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. G открытием высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) внимание многих исследователей переключилось на новые материалы, из которых следует отметить соединение YBa₂Co₃0₇__x (хорошо синтезируемые и стабильные), которые имеют достаточно высокие критические параметры.

В настоящее время в большинстве поликристаллических ВТСП в слабых полях, в полях меньше первого критического поля самих гранул, обнаружен и интенсивно изучается большой класс нелинейных явлений. Причину такой нелинейности связывают со слабыми связями, участвующими в установлении макроскопического когерентного состояния в образце. Изучение этих нелинейных особенностей может глубже прояснить физику процессов, происходящих в ВТСП. Поэтому непосредственное исследование нелинейности отклика существенно для ясного понимания картины процессов, происходящих в слабой (джозефсоновской) среде при воздействии на них переменных и постоянных магнитных полей.

Одним из подходов к экспериментальному исследованию особенностей магнитных свойств ВТСП является изучение и анализ нелинейного отклика образца, получаемого при воздействии на него модулированного магнитного поля.

В настоящий момент для описания намагниченности ВТСП используют разные аналитические виды зависимостей М(Н), которые удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными в малых полях, но при этом используемые физические модели сильно отличаются друг от друга.

В то же время эти зависимости М(Н) плохо (приближенно) описывают нелинейные свойства намагниченности ВТСП. Особенно это

проявляется при описании гармоник намагниченности. Это указывает на то, что используемые теоретические модели неполно отражают физические особенности слабосвязанной среды.

Кроме того, актуальной задачей в настоящее время являются приложения высокотемпературных сверхпроводников. Уже сейчас существуют многочисленные попытки таких приложений. Характерной особенностью амплитуд высших гармоник намагниченности ВТСП на основе YBaCuO является их высокая чувствительность к внешнему воздействию (магнитным полям, температуре). В этой связи, исследования с учетом возможности практической применимости свойств амплитуд гармоник намагниченности представляют также большой интерес с целью применения в высокочувствительных датчиках.

Целью настоящей работы являлась проверка применимости модели критического состояния для описания нелинейных свойств намагниченности YBa₂CUoCL с учетом определенной зависимости М(Н). Уточнение вида начальной кривой намагниченности и критической плотности тока от температуры. Определение параметров исследуемых материалов.

Научная новизна представленной работы и полученных в ней результатов заключается в следующем:

1. Получены данные для амплитуд низкочастотных гармоник намагниченности (до n = 29 включительно) поли- и монокристаллов YBagCu^Or, в переменных магнитных полях амплитудой до ТОО Э и в постоянных полях в диапазоне от 0 до 2,2 кЭ в области температур 2VT7-100 К.

2. Установлено, что описание экспериментально определенных амплитуд гармоник намагниченности YBa_gCUoQ₇ позволяет уточнить вид зависимости М(Н), что одновременно дает возможность более

строгой проверки применимости используемой физической модели для исследования нелинейных свойств намагниченности и определения параметров изучаемых материалов.

3. На основе исследований амплитуд низкочастотных гармоник намагниченности поликристаллов raa_gGiu0₇ показано, что нелинейные свойства намагниченности данных образцов определяются двумя типами механизмов. Первый механизм проявляется в полях меньших 100 Э и обусловлен слабосвязанной средой между гранулами, а второй проявляется в полях больших 100 Э и связан с процессом проникновения магнитного поля в гранулы.

4. Установлено, что исследования температурных зависимостей амплитуд высших гармоник намагниченности YBagCu^O,, позволяют определить вид зависимости критической плотности тока от температуры.

Научная и практическая ценность работы.

Результаты исследования амплитуд низкочастотных гармоник намагниченности їВа_гСііо0₇, полученных в настоящей работе, могут быть использованы для более конструктивной проверки концепций используемых теоретических моделей при описании особенностей магнитных свойств других типов ВТСП, определения поведения и нахождения критических параметров ВТСП, используемых в:данных моделях. Определенные в работе аналитические виды зависимостей М(Н), d (Т) могут служить основой для дальнейшего развития су-ществущих теоретических моделей процессов, протекающих в высокотемпературных сверхпроводниках.

Обнаруженная в настоящей работе высокая чувствительность амплитуд высших гармоник намагниченности поли- и монокристаллов YBa₂Cu_0₇ к внешнему воздействию (магнитным полям, температуре)

-6-позволила разработать следующие радиоизмерительные устройства: формирователь гармоник, датчик магнитного поля, управляемый формирователь гармоник (см. список опубликованных работ).

Результаты работы можно также использовать при создании ВТСП зонда для измерения тока и других устройств в крио- и радиоэлектронике.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Получены полевые зависимости амплитуд низкочастотных гармоник намагниченности (до 29 включительно) образцов YBagCUoO,, в широких интервалах переменных (до 700 Э) и постоянных (до 2,2 кЭ) магнитных полей при температуре жидкого азота.

2. Получены температурные зависимости амплитуд гармоник намагниченности поли- и монокристаллов YBa₂Cu^0r, в диапазоне температур от 77 до 100 К для разных величин переменного и постоянного магнитных полей.

3. На основе исследования амплитуд гармоник намагниченности поликристаллов YBa₀CtuQ„ показано, что нелинейные свойства намагниченности данных образцов в полях меньших 1QQ Э связаны со слабыми (джозефсоновскими) связями мевду гранулами, а в полях больших 100 Э наблюдаемая нелинейность намагниченности обусловлена процессом проникновения магнитного поля в гранулы.

4. Показано, что учет радиального составляющего магнитного поля в виде зависимости критической плотности тока от радиуса

в уравнении критического состояния для дисков позволяет описать начальную кривую намагниченности и нелинейные магнитные свойства поликристаллов YBa₂CUo0₇ в рамках единой модели.

5. Предложен метод определения 3_С(Т) по температурным зави
симостям амплитуд высших гармоник намагниченности ВТСП. Найдена

зависимость 3₀(Т) для YBa₂Ciu0₇, которая согласуется с прямыми измерениями.

Апробация работы. Основные результаты работы по мере их получения были доложены на 2-ой Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (г. Киев, 1989 г.), на 29-ом совещании по физике низких температур (г. Казань, 1992 г.), на международных конференциях по ВТСП: M²S - HTSC - III, 1991, Kamzava, Japan; M²S - HTSC - IV, 1994, Grenoble, Prance; M²S - HTSC - V, 1997, Beijing, China, на ежегодных научных Ога-ревских чтениях в Мордовском госуниверситете им. Н. П. Огарева и на семинарах лаборатории сверхпроводимости Физического института им. П. Н. Лебедева РАН.

Публикации. По представленным в диссертации материалам опубликовано 28 печатных работ.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Обший обьем работы - 205 страниц, включая 97 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 139 наименований.