Экспериментальное исследование транспортных свойств гетерогенных ВТСП с межкристаллитными границами квазитуннельной проводимости Шайхутдинов, Кирилл Александрович

Введение к работе

Актуальность работы. Транспортные свойства джозефсоновских структур на основе как низкотемпературных (НТСП), так и высокотемпературных, (ВТСП) сверхпроводников изучаются достаточно широко, поскольку физические явления, обуславливающие спаривание носителей, раскрываются в полной мере именно в таких структурах. Кроме того, джозефсоновские структуры нашли практическое применение в прецизионных измерительных приборах, имеющих рекордные показатели по чувствительности. Идеальным объектом для изучения эффекта Джо-зефсона в структурах на основе ВТСП являются одиночные туннельные переходы, но из-за ограничений, накладываемых малой длиной когерентности ВТСП (что требует малых геометрических размеров слабой связи, -10-20 А) и из-за его сильной химической активности, изготовление таких переходов представляет собой сложную технологическую задачу.

Технологически более простым способом изучения эффекта Джозефсона является исследование транспортных характеристик сети слабых связей джозефсо-новского типа, которая реализуется в двухфазных композитах из ВТСП и материала, не обладающего сверхпроводящими свойствами. При синтезе таких композитных образцов необходимо учитывать следующие факторы. Во-первых, ингредиенты будущего композита не должны обладать сильным химическим взаимодействием, во-вторых, полученные образцы должны быть механически прочными. Таким образом, время синтеза таких композитов должно быть минимально (синтез методом быстрого спекания). Конечно, свойства сети слабых связей будут каким-то образом отличаться от свойств одиночных джозефсоновских переходов из-за разброса их геометрических параметров, но основные транспортные характеристики (температурные зависимости критического тока и электросопротивления, вольт-амперные характеристики (ВАХ)) такой сети будут отражать особенности одиночных переходов. Следует отметить, что из-за случайности геометрических параметров и взаимной ориентации таких переходов в композитах, изучение высокочастотных явлений, характеризующих именно эффект Джозефсона, в них затруднено, поэтому данная работа посвящена исследованию транспортных свойств двухфазных композитных ВТСП.

В таких материалах появляется возможность целенаправленно изучить особенности протекания сверхпроводящего тока по слабым связям различного характера, сравнить полученные результаты с существующими в литературе теориями, что может пролить свет на их применимость к ВТСП, что в настоящее время является важной научной задачей. Актуальность вызвана также исследованием новых композитных материалов на основе ВТСП в материаловедческом плане, т.к. получение атомарно резких границ является до сих пор актуальной задачей.

В 1995 г. работа поддерживалась Красноярским краевым фондом науки, грант 4F0223. В 1998 — 1999 гг. работа выполнялась при поддержке Гранта молодых ученых СО РАН. По результатам исследований в 1998 и 1999 году автору присуждалась аспирантская стипендия фонда Сороса, а также стипендия молодых ученых Красноярского краевого фонда науки.

Цель работы заключалась в экспериментальном исследовании транспортных свойств поликристаллических ВТСП с искусственно созданными границами туннельной и квазитуннельной проводимости. Согласно с этим были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Экспериментально исследовать транспортные свойства композитов из ВТСП состава УзмЬііщВагСизОу и оксида меди, моделирующих многосвязную сеть слабых связей туннельного типа. Проанализировать полученные результаты в рамках теории термоактивационного проскальзывания фазы (Thermally Activated Phase Slippage - TAPS) в джозефооновских туннельных структурах.

2. Исследовать транспортные свойства композитов из ВТСП (Уз/4Ьи₁/₄Ва₂Сиз0₇) и полупроводника Си^Дл/) с различной концентрацией носителей. Проанализировать экспериментально полученные результаты в рамках существующих теорий для джозефсоновских структур квазитуннельной проводимости.

3. Исследовать влияние парамагнитных центров рассеяния (никель), внедренных в диэлектрическую компоненту (оксид меди) композита ВТСП (Уз/Дл^ВазСіїзСЬ) + Cui._xNi_xO на его резистивные свойства. В рамках теории сильных электронных корреляций проанализировать магнитные свойства Cui__xNi_xO и транспортные свойства композитов с ним.

4. Исследовать транспортные свойства композитов ВТСП (Уз/Длі^ВагСіїзОу) + парамагнетик (NiTi0₃). Проанализировать полученные ре-

-5-зультаты в сравнении с результатами, полученными на «реперньгх» композитах (Уз^Ьи^ВагСизС^) + Mgl i0₃. MgTi0₃ изоструктурен NiTi0₃ и является немагнитным соединением. Научная новизна:

5. Впервые измерены температурные зависимости критического тока, а также электросопротивления при произвольных значениях плотности измерительного тока композитов ВТСП (Уз/₄Ьиі/₄Ва₂Сиз07)+ диэлектрик (СиО). Впервые анализ полученных результатов проведен в рамках механизма TAPS Амбегаокара-Гальперина как для бесконечно малых, так и для конечных значений транспортного тока в джозефсоновских S-I-S (S - сверхпроводник, I - диэлектрик) структурах.

6. Исследованы транспортные свойства композитов ВТСП (У₃/4Ьи₁/4Ва2Сиз0₇)+ полупроводник (Cui.jLijO) с различной концентрацией лития. По мере увеличения концентрации носителей в полупроводниковой компоненте композита впервые наблюдалась трансформация вольт-амперных характеристик от туннельной к квазитуннельиой, а на температурной зависимоегн критического тока и области низких температур обнаружено плато, теоретически предсказанное Шюсслсром и Кюммелем.

7. Впервые исследованы транспортные свойства композитов ВТСП (Y₃/₄LU|/4Ba₂Cu307) +диэлектрик (Ciii__xNi_xO) и обнаружено сильное влияние магнитных центров рассеяния (никель) в диэлектрической компоненте композита на его на резистивные свойства.

8. Впервые исследованы транспортные свойства композитов ВТСП (Уз/4Ьиі/4Ва₂Сиз0₇) + магнитный диэлектрик NiTi0₃. Обнаружены аномалии на температурной зависимости электросопротивления и критического тока композитов.

Практическая ценность Впервые экспериментальнр получены данные о транспортных свойствах гетерогенных композитных ВТСП с искусственными границами туннельного и квазитуннельного характера, а также получена важная информация о взаимодействии спинов носителей сверхтока с магнитными центрами рассеяния различной концентрации, внедренных в диэлектрическую компоненту композитов. Показано, что такие композиты моделируют сеть слабых

связей джозефсоновского типа. Полученные сведения можно использовать для приготовления композитных ВТСП - материалов с заранее заданными характеристиками.

На зашиту выносятся:

9. Результаты измерения транспортных характеристик композитов из ВТСП (Уз/4Ьи₁/4Ва₂Си₃07) и оксида меди. Анализ полученных результатов в рамках механизма термоактивационного проскальзывания фазы.

10. Результаты изучения транспортных свойств композитов УзмЬишВагСизО? + полупроводник Cu^LyO (*=0.003 * 0.06).

11. Результаты исследования транспортных свойств композитов Уз/Ддії^ВагСизСЬ + Cu^Ni^C).

12. Результаты исследования транспортных характеристик композитов Уз/4Ьи,/4Ва₂Сиз07 + NiTi0₃ и У₃/4Ілі_1/4Ва₂Сиз0₇ + MgTiOj

Апробация. Материалы диссертации 'были представлены на международных конференциях по ВТСП: M²S-HTSC-V (Beijing, China, February, 1997), 5^th International Workshop «High-Temperature Superconductors and Novel Inorganic Materials Hnginccring (MSU-HTSC -V)», Moscow, March 24-29, 1998.

Публикации По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести глав и. заключения, содержит 121 стр. машинописного текста, включая 47 рисунков, 1 таблицу и список цитированной литературы (139 наименований).

Похожие диссертации на Экспериментальное исследование транспортных свойств гетерогенных ВТСП с межкристаллитными границами квазитуннельной проводимости

Экспериментальное исследование транспортных свойств гетерогенных ВТСП с межкристаллитными границами непосредственной проводимостиБалаев, Дмитрий Александрович

Исследование динамических свойств доменных границ и фотомагнитного эффекта в монокристаллах иттриевого феррограната Полянский Анатолий Алексеевич

Экспериментальное исследование транспортных свойств гетерогенных ВТСП с магнитным упорядочением в межкристаллитных границахПопков Сергей Иванович

Физические процессы, формирующие вольт-амперные характеристики гетерогенных высокотемпературных сверхпроводников с непосредственной проводимостью межкристаллитных границ Гохфельд Денис Михайлович

Исследование проводимости пластически деформированного германия в сверхвысокочастотном диапазоне Прокопенко Вячеслав Михайлович

Исследование аномальных механизмов рассеяния электронов проводимости в актинидах и их сплавахКонева Елена Сергеевна

Исследование свойств сверхпроводников с неоднородной плотностью состояний и анизотропным параметром порядкаФедоров, Николай Кимович

Исследование свойств оптических, СВЧ и электронных элементов на основе полимерных и керамических подложек с тонким металлическим покрытием Трофимов Сергей Митрофанович

Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А^3 В^5 Лисицын Сергей Викторович

Исследование свойств фуллеренов и нанотрубок методом молекулярной динамики Корнилов Дмитрий Александрович