Введение к работе
Актуадьаосдь Т_емц. В силой с открытием нового класса
сверхпроводящих материалов - ВТСП, и явними затруднениями гтсстроения микроскопической теории применительно к этим веществам резко возросла роль точных методов исследования микроструктуру сверхпроводников.
один из самих точных и мощных инструментов
экспериментального исследования структуры и распределения
внутренних магнитных полей в сверхпроводниках - ^SR
спектроскопия - мконшй метод. Особенно велика роль мгаонного
метода з изучения вихревых структур (смешенного состояния)
сверхпроводников II рода, где при/.'эненмэ традиционных методов
(ЯМР, дифракция нейтронов) сопряжено со значительными
трудностями. В частности, нейтронные эксперименты
карактеризувтся матами величинами эффективных сэчегай и троводятся на матах углах рассеяния (характерный Орэгговский ггол »20'). Это существенно ухудшает точность измерений. Ісследования сверхпроводников методами ЯМР ввиду скид- эффекта іграшгюни изучением тонкого приповерхностного слоя образца.
Использование ' мюонногб метода для определения .арактеристик вихревых решеток в смешанном состоянии верхпроводников II- рода впервые предложено Ивантером и милгой в работе [1]. Идеология применения метода тривиальна, урьо- спектр поляризации мюонов P(v) фактически совпадает о потностью распределения локального магнитного поля b , в зтором происходит прецессия стогов мюонов. Таким оСгч^м зонный метод позволяет определить распределение полой в іхревой решотке сверхпроводника II- рода. В рамках теории шзбурга- Ландау в ряде случаев распределена полей может бить
рассчитано аналитически. Сравнение экспериментальных дшшых с теоретическим расчетом может служить проверкой применимости теории к реальным сверхпроводникам. Особый интерес вызывает вопрос о применимости теории к ВТСП-материалам. Кроме того, распределение полей в вихревой решетке дает ценную информацих о процессах, происходящиа собственно в вихревой решетке (установление равновесия, линнинг, крип) и позволяет определить Лондоновскую глубину проникновения х и длину корреляции f.
К сокалению, хотя число экспериментальных работ пс изучении ВТСП мюонным методом весьма велико, как правило, обработка экспериментальных данных проводится достаточно грубс и порой попросту некорректно. Отчасти это связано ее сложностью проведения "чистых" экспериментов, отчасти с отсутствием теории, дакщай полное количественное описание распределения локальных полей в различных сверхпроводниках.
Шль данной работы: во-первых, развитие теории, позволяющей количественно описать распределение локальны] полей в регулярной вихревой решетке смешанного состояние изотропных и анизотропных сверхпроводников второго рода, Развить теорию для поликристаллов ,что особо важно в случш ВТСП. Во-вторых: применение теории распределения полей } mSK-методу и формулировка рекомендаций .для определешн характеристик сверхпроводника.
Для достижения поставленной цели было необходимо решит] слэдущиа задач»:
- провести аналитические исследования локальных магнитны: полей в регулярной вихревой решетке сверхпроводника II рода і
замках теории Гинзбурга-Ландау;
-провести численный расчет вихревых структур в зверхпроводнике;
-рассчитать параметры спектров поляризации мюонов в іверхпроводнике и проанализировать возможности шюнного метода применительно к изучению смешанного СОСТОЯНИЯ;
- на основание результатов теории предложить новые схемы и юцепты проведения —_ /iSR- экспериментов и обработки ікспериментальньїх данных.
Научная новизна В работе проведено систематическое :сследование распределения локального поля или, что то же :амое, фурье- спектра поперечной поляризации ансамбля мюонов в мешанном состоянии сверхпроводника II рода.
Для изотропного сверхпроводника проведен как налитический, так и численный расчет полей в регулярных ихревых решетках с симметрией квадрата и правильного реугольника в полях далеких от Нс2 (в приближении Лондонов). исленные расчеты показали качествешша отличия фурье- спектра (и) и временного поведения мюонной поляризации P(t) для ешеток с различной геометрией. В частности, в случае вадратной решетки P(t) характеризуется ярко выраженными пениями, которые практически незаметны в случае треугольной ешетки. Наличие биений указывает на то, что аппроксимация атухания поляризации гауссовыми кривими в случае регулярной иревой решетки недопустима. В области Hcl«Hext«Hc2 промежуточные поля) впервые получены аналитические решения равнения Лондонов. Выведены количественные соотношения между араметрвми (_») для квадратной и треугольной вихревых решеток
к глубиной проникновения Д, а также оценки для длины корреляции (. Показано, что наиболее эффективный метод измерения д основан на определении положения расходимости Ван-Хова (перевальная тезка функции ь(р))в Фурье-спектре Р(и).
В случав сильных ползи ("6Xt^Hco) из азе известного решения Абрикосова уравнении Гинзбурга* Ландау получены аналитические выражения для Р(и) и P(t). Установлена свяаь мокду решением Абрикосова в сильних-полях и решением уравнения лондошв в промежуточных полях. Это позволило распространить аналитические результаты на область промежуточных полей.
Рассмотрено распределение полей в анизотропном одноосном сверхпроводнике (ВТСП) для вихревых решеток с симметрией равнобедренного треугольника и прямоугольника. Численный расчет в случае и t«n2 П0К6зал наличие двух расходимоотей Ван-Хова в фурье-спектре Н(")> которые сливается при двух предельных орімнтациях оси анизотропии с кристалла ^extl|c и Bextxc. Аналитические исследования показали, что эта ориентации эквивалентен изотропному случаю соответственно с
Л=,ІоЬ И "^'аїЛ-}1^2 ^ab И ДС " ЛоИДОНОВСКИв ГЛубИНЫ
проникновения в плоскости at и вдоль оси с сверхпроводника соответственно). Для случая промежуточных полей вычислено расщепление расходимоотей Ван-Хова.
Разработаны эффективные вычислительные алгоритмы для расчета полей в регулярных вихревых решетках изотропных и анизотропных сверхпроводников. Численный расчет для анизотропного сверхпроводника показал, что в области полей Hci<"ext<<"c2 никимуку энергии соответствует решетка с симметрией равнобедренного треугольника. Результаты расчета
параметров элементарной ячейки решетки во всем, диапазона "ci
Показано, что в режиме промежуточных полей (H1«Hext«H2) оправдан подход, при котором учитываются лишь продольные (го отношению к индукции. В) компоненты локального поля Ь. При этом Р(«) длл произвольной ориентации анизотропного сверхпроводника получается из "изотропного" Р(*>) элементарным изменением масштаОа. В этом приближении проведен расчет полей в голикристаллическом ВТСП. Впервые получены интегральные соотношения, связывающие фурье- спектр Рроу(?) и поляризацию Ppol(t) в поликристалличвском образце о Р(*) и P(t) изотропного сверхпроводника. Получены формулы для характерных частот Р,,^41) и уточненная фомула для второго-момента фурье- спектра поляризации <&/2>j . Показано, что в случав нетекстурированного поликристалла спектр Pp^") напоминает по форме гауссов, поэтому подгонка экспериментальных данных гауссовыми кривыми отчасти оправдана (в случав поликристалла).
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Аналитические и численные результата, характеризующие
распределение локальных полей (фурье- спектр поляризаций
мюонов) в вихревых структурах, открывают возможность
экспериментальной проверки теории сверхпроводимости.
2. Предложенный в работа метод оброоотки фурье- спектра,
основашшй на анализе положения особенностей Ван-Хова в
мюошшх спектрах, позволяет провести измерение
микроскопических характеристик изотропных и анизотропных
сверхпроводников, в также определить геометрию вихревой решетки pSE методом.
3. Получена формула, свяэывавдая второй момент
фурье-спектра мюонноЯ поляризации в нетекстурировавдом
поликристаллическом ВТСП с Лондоновской глубиной проникновения
Х^ в случав промежуточных полей. Эта формула монет быть
использована для экспериментального определения Х&ь.
4. Предлагаемая в работе процедура обработки >>SR-данных
позволяет получить информацию о сверхпроводниках
непосредственно из экспериментальных временных зависимостей
без предварительного фурье-анализа.
б. Развита методика, позволяющая проводить численные расчеты геометрии вихревой решетки и распределения локальных полей в смешанном состоянии изотропных и анизотропных сверхпроводников II рода ва ЭВМ. Предлагаемые алгоритмы обладают хорошей сходимостью и экономят машинное время.
Дпщобаиия работы. Материалы диссертации докладывались ва
научных конференциях ООЯФ ИАЭ (1989-92 ГГ), "pSR- 90", Oxford (1990 г), на Международном совещании по ^SR, Прага (1989 г) и на научных семинарах ФИАН АН СССР (1988 Г), ОШШ (1989 г) ,Ш1 АН СССР (1989 Г), МВД АН СССР (I960 г), ОФПШ ИАЭ (1990 Г).
ИМлжашш. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Обьем работы. диссертация состоит из введения, четырех глав и обоих выводов. Работа содежит 98 страницы машинописного текста, 20 рисунков и 2 таблицы. Список цитируемой литературы включает 75 ваменований.
Похожие диссертации на Теория мюонного метода исследования сверхпроводников второго рода
