Введение к работе
Актуальность темы. Исследование электронных свойств высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) является одним из актуальных направлений в физике твердого тела. Интерес к этим объектам определяется, во-первых, перспективами использования ВТСП для создания криозлектронных устройств, не требующих сверхнизких температур, а во-вторых тем, что природа возникновения высокотемпературной сверхпроводимости, также как и большое количество физических эффектов, наблюдаемых в ВТСП-материалах, не получили однозначного объяснения. В частности, известно, что незначительное изменение кислородного индекса в этих веществах приводит к весьма существенным вариациям температуры СП перехода. Однако однозначного представления о том, каким образом содержание кислорода влияет на Тс, до сих пор нет, хотя очевидно, что этот вопрос может оказаться ключевым для понимания природы ВТСП. Отчасти это связано со сложной структурой этих систем, а также с тем, что они, как правило, по определению неоднородны. Например, кристаллическая структура соединения УВагСизОб+х с 0<х<1 составлена фазами "тетра" (пустые цепочки Си-О), "орто-Г (наполовину заполненные цепочки) и "орто-ІГ (заполненные цепочки). При варьировании кислородного индекса происходит изменение температуры сверхпроводящего перехода, но также при этом изменяется и фазовый состав материала, что, несомненно, усложняет интерпретацию экспериментальных результатов.
В этом плане система ТІ2Ва2СиОб+х представляется наиболее выгодной, т.к. она в принципе однофазна, и 7с в ней может изменяться от «100 до ОК при весьма небольшом увеличении содержания кислорода от х=0 до 0,1+0,2, не сопровождающемся изменениями кристаллической структуры. Это облегчает задачу отыскания именно тех эффектов, которые связаны только с изменениями свойств электронной системы.
Среди возможных причин для уменьшения Тс при допировании наиболее вероятными представляются следующие: ослабление энергии связи в куперовской паре и введение магнитной примеси. Согласно некоторым существующим теориям, возникновение ВТСП связано с наличием антиферромагнитных (АФ) электронных спиновых флуктуации в плоскостях СиОг, которые обеспечивают большую энергию связи электронов в паре. Поэтому оба вышеприведенных механизма подавления 7с должны приводить к изменению магнитных свойств соединения как в нормальном, так и сверхпроводящем состоянии. Перспективным методом выяснения того, который из них реализуется, является ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Он относится к числу наиболее информативных методов при исследовании твердых тел, поскольку использует ядерный спин в качестве локального зонда в
электронной спиновой системе, весьма чувствительного к изменению ее свойств, и позволяет изучать ее статические и динамические характеристики в различных позициях кристаллической структуры. В то же время, для ЯМР несущественно состояние поверхности образца, так как этот тонкий слой содержит мизерное, по сравнению со всем объемом, количество ядер, и сигнал от них нерегистрируем. Кроме того, методы ЯМР позволяют определить, обладает ли некотороым свойством весь образец в целом, либо оно присуще лишь его части. То есть, иными словами, возможно определение фазового состава образца.
Целью работы было экспериментальное изучение поведения спиновой восприимчивости СП ТІгВагСиОб+х при увеличении концентрации кислорода для выяснения механизма его влияния на 7"с. В работе измерялись сдвиг линий ЯМР, времена спин-решеточной релаксации 7"і и ширина линии ЯМР Ді/2- Измерения проводились на ядрах 63Си и 205ТІ.
Научная новизна работы заключается в следующих результатах, выносимых на защиту:
-
Разделены спиновый и орбитальный вклады в сдвиг линии ЯМР 205ТІ; вычислены значения ван-флековской и спиновой восприимчивостей, а также константы сверхтонкого взаимодействия.
-
Выяснено, что орбитальная часть сдвига линии 205ТІ анизотропна и одинакова для образцов с различными Тс; что валентное состояние ТІ не является ни Т11+, ни Tl3+, и рост кислородного индекса не меняет этого состояния.
-
Обнаружено, что допирование системы Т1:2201 кислородом не приводит к заметному изменению количества атомов Си, занимающих часть позиций ТІ в плоскостях ТЮ.
-
Показано, что электронная система соединения существенно локализована в плоскостях СиОг.
-
Выяснено, что и в этом соединении, не являющемся антиферромагнетиком в исходном (недопированном) состоянии, присутствуют электронные спиновые корреляции антиферромагнитного типа. При увеличении содержания кислорода они ослабляются, на что указывают следующие экспериментальные факты:
Рост статической спиновой восприимчивости и одновременное уменьшение скорости спин-решеточной релаксации 63Си и 205ТІ; Уменьшение анизотропии скорости релаксации 63Си.
6. Получены прямые экспериментальные указания на наличие в
системе локальных парамагнитных центров, а именно:
Существование зависящего от поля вклада в скорость ядерной спин-решеточной релаксации при низких температурах;
Неэкспоненциальная зависимость сигнала ядерной намагниченности 63Си от времени.
Показано, что именно избыточный кислород ответственен возникновение этих центров, и их число растет по мере допирования, что может являться основной причиной уменьшения Тс в этом соединении.
7. Наблюдены эффекты, которые могут быть следствием увеличения концентрации магнитных центров при допировании:
Уменьшение относительной сверхпроводящей щели А/Тс;
Появление возбужденных состояний при Г->0.
Практическая ценность работы определяется насущностью проблемы создания сверхпроводников с высокими температурами перехода, которая не может быть решена без осмысления механизма ВТСП. Результаты данной работы позволяют установить причину подавления сверхпроводимости при допировании соединения Т1:2201 кислородом и дают основу для нового понимания природы высокотемпературной сверхпроводимости.
Апробация работы. Результаты исследований, изложенных в диссертации, докладывались на Семинаре по физике низких температур "ИФТТ (Черногодовка) - MPI (Stuttgart)" (Штуттгарт-Рингберг, Германия, 1992), XXIX Совещании по физике низких температур (Казань, 1992), V.VIII Российско-Немецко-Украинских семинарах по проблемам ВТСП (Клостер-Банц 1992, Львов 1995), Французско-Российском семинаре по проблемам нейтронного рассеяния (Гатчина, 1993), Международной конференции для молодых ученых "Physique en Herbe" (Монпелье, Франция, 1994), Международном Конгрессе Ампера (Казань, 1994).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, 5-й глав, Заключения и Списка опубликованной литературы.
