Введение к работе
Актуальность темп. Хотя за годи, пролежке с момента открытия оксидных-ВТСП [I] и'была получена огромнейшая информация о свойствах этих тстоз сверхпроводников, 'причем как с магернзло-ведческоїіі так и физической точек зрешш, центральній вопрос -вопрос об истинной природе' явления высокотемпературной сверхпроводимости остается отхрптш* Однако однозначний вывод, котсркЯ ножно предварительно сделать, судя по-результатам многочисленных экспериментальных' исследований [2-63, состоит в тон, что характер поведеная большинства йгтзккб-хкмпческтхх свойств этого рода БТСП иногда целиком определяется дефектностью структуры этих материалов, а именно отсутствием кислорода на: позициях 0(4) яга 0(5). В этой связи изученке.'особешю объемных радиащтаЕно-ф:зігїеск:з процессов-в. этих материалах неизбежно приобрело первостепенное значение.
Известно, что вся "радиационная" проблематика ногет.біль сгруппирована по трем крупнім проблемам: радпацконній синтез материалов (PC),' радиационная модификация. (Щ) и использование радиации для' экстрагирования фундаментальних свойств материалов (гсЗС). В. соответствии с этим разделением можно рассматривать и псслздсвз-ния'В области 6ТВД. Так, оказалось, что распределение опубликованных 'эксперимента льяйз работ по ВТСП по трем- этим направления:-' существенно различно:-если по проблема;? ГС и FM іаеетея весьма большое число работ, то в области'-РЭЗС. имеется мизерное число целзнзп-равленішх экспериментов:-Н это.не случайно'и связано" с тем, что с точки зрения радизцпснігсл -:!зпки -ВТСП-натерпалп является псклкпп-тельно слозшвгл" объекта?,:::; каздое из характерних' свойств зг.п ма-терйаловГиногскожонеатлость"; мнсгофззврсть, негомогездость, неупорядоченность, нэраЕНОЕвсность, с-погзость природы хи.кгт5сиз связей,- аві-ізотропкя-,"Езлітпта Бс-зэ-кондзасата'при Т<ї„, :Ёсгозо2постъ, сильная, электронна л-корреляция, полжорЯгаи и т.д. еподнэ заслуживает, специального исследования в области радиационной фиг:""*.
:ПОНЯТНО, ЧТО В'ЗГПХ НООрдИНарНО СЛОКНЫХ'УСЛОВИЯХ УСП9Х НЗ-
пользоващія радиации для выявления фундаментальна свспстз 5Г0ГГ '(радиешіоїшвй-отклик) должен" быть связан с'очень точяо постав.-с-н-
ной задачей, впбсром.зпн объектов исследования п подбсрз рздпз-цконного. воздействия -только тогда-возможно рельеСіое .Е:ід.,лл:е
лпяь определенных- свойств БТСП-мате-рп'алрв.
Отметим, что обсуждаемая идеология до сих пор четко нр -::!>: г-
мулго'ована'и особая роль з зт'сп ситуации теорет;п-т?кг.:< '.!-ч;:л-:-д-.е.=;-
-4--ній очевидна. Подход, -использованный в данной диссертации, а имен-Еаэкстрагированиё фундаментальних свойств ВТСП-ыатериалов с помощью методов радиационного воздействия - можно назвать обратной задачей радиационной физики ВТСП.
Целью настоящей работы является теоретическое исследование радиационных аффектов в некоторых ВТСП-материалах, которое позволило бы пролить свет на такие наиболее фундаментальные .свойства \ ВТСП,как метастабильность, степень упорядоченности, свойства электронных зон, состояния границ раздела зерен, а также механизм сверхпроводимости.
Для достижения этой цели решались следующие классы задач:
- исследовались радиационные процессы,'обусловленные протека-
тельнши свойствами ВТСП, в модели'случайной сетки-контактов-Джо- '
зефсона (ССКД) и с учетом РСД и повреждаемости контактов;
- изучался характер.влияния радиации на дальний порядок кислородной подрешетки и температуру сверхпроводящего перехода;
изучался безызлучательний'распад коррелированных пар .дырок на границе-разделов, облученных-ионизирующем-излучением;
изучалась роль РСД избытка атомов кислорода на границе . зерен под радиацией;
предлагаются "полюсные" радиационные тести на механизм. ВТСП с выявлением двух основопологанцих аспектов:, сценария-Бозэ -конденсации и тфхфоды сил. спаривания. - . - .
Научная новизна полученных результатов сводится к следующему:
I. Изучен ряд явлений, возникающих в объеме- ВТСП при воздей
ствии различной радиации: ' :. .\
-.построена'теория влияния высокоэнергичного электронного облучения на YBa2CUg07_x .(для.х=7аг.") в сверхпроводящем состоянии. Основная идея связана, с--радиационным перераспределением атомов кислорода из плоскости Си-Оо в плоскость'Gu-O. -Сравнения теории с экспериментами 17,8]- показали, что предложенная модель адекватно описывает явления в XBagCUgO^^. ..-..
предложена-теория, позволяющая' объяснить обнаруженные-.- -.. на экспериментах зависимости температуры сверхпроводящего., перехода от стехиометрии ?], и параметра дальнего порядка.101, а такае в рамках предложенной модели выяснено влияние радиационных перераспределенияЯ атомов кислорода 0 по позициям в пл.. Си-О.
построена теория явлений спонтанных осцилляции.структуры YBaCuO, основанной на представлении об открытой системе по кислороду, его перераспределений по неэквивалентным позициям в
- 5 -решетке it зффог.те. Яла-Геллера па связах Cu-O. Предложенная модель позволила объяснить кмэщиеся эксперимента [II ].
2. Исследован ряд радиационных явлений за изолированном
контакте Дгозеїюона, в' частности:
' - изучено явление радаащтоннокяимулированной диффузии" избытка атомов кислорода О на грашще зерен, в результате которой кислород уходит в ажрокристаллит, а контакт утоаызаетса,
3. Построена гдерколяциоиная теория, рассматривающая влияние
радиации на ССКД. и учитдвардая как повреадаемость. контактов, так
и радиациояно-сталу ліїррванннй отток атомов кислорода из мегкрис-
таллитного пространства вовзутрь кристаллитов.
получены внраяения для дозной зависимости сквозной проводимости- при различных температурах;
найдена дозная зависимость кркттока для ВТСП-кергмпк;
4. Разработаны радиационные тестії на механизм внсокотемпера-
турной сверхпроводимости, связанные'с выявлением двух аспектов:
а) сценария Возэ-кояденсации;, б) природа сил спвризания носителей.
- показано, что экспериментальная-зависимость скорости
деградации Тс с дозой как функция исходной Гсо {^с = Шсо)) }'.от.ет слуаггь основой для теста па сценарий Возз-ковденеэцнп в ВТСП со слоистой несіехпсметрическоп структурой типа YBa0CUgC?_,r.
. - предложено' идея использования о'езизлучатэльного распада скоррелированой пари дярок при тупедлировапии еЗ через- переходи Дзсззфсоц'а, облученных.ионизирующим излучением, которая мо:;з? слугапь тестом, для вияснення природи сил спзршугяия дкрон.
' Научная и практическая, ценность работ; связана с:
- созданием-ряда базових н'одзлэй влияния радиация-из свой
ства ионскриоталліиоскітх и керамических' ВТСП-материалев, что поз
воляет использовать их- при анализе слоишгх редпационких зїфїктев;
~-возможностью на основе-праддохенннх радиациснпих -гэсгов поставить-эксперимента, которце приблизят понимания пспгано;:. механизма високотекпврэтурноя сверхпроводимости. Основні ге .положения, Блнссигша' пз защиту: I. Модель радиащіонно-стімуліровашіого перераспределен "Ні ато?!Ов кислорода из ствхпсчатричесгсоЯ плоскости Сц-О0 в r.^or-i-хкометричеекуи "плоскость Сц-о, учитаззіодая ізс разлілккй Е<---:д в парциальную плотность электронных состояний, что позеоля-;т объяснить особенности экспер'гаентэльно обяар/гекиой доградкцип
/,-6- '
ISagCugOylj (при вариру'емой. стехиометрия) при воздействии васо-коэнергичннх электронов в сверхпроводящем '(Т<ТС) СОСТОЯНИИ Ш].
-
Модель, базирующаяся на'представлениях о перераспределении атомов кислорода го неэквивалентным 'позициям в нестешомет-ркческой плоскости Cu-Q, которая позволяет объяснить эксперкыон-тгльно обнарухеннне зависимости температура сверхпроводящего перехода в YBagCugOy_x от стехиометрии 193 и параметра дальнего порядка [IOJ. " .. ''.'
-
Синергетическая модель, базирующаяся на представлениях
- об открытости системы по кислороду, его перераспределении по неэквивалентным позициям реветок и эффекте Яза-Теллера на связях Си-О, которая позволяет"объяснить эксперименты по спонтанной-осцилляции структуры элементарной ячейки YBa2CUg07_2 III]..
-
Модель отрицательных крзудкэнов в нестехиометрической Си-О,, способных форшфОЕать на флуктуациях плотности (в своих нониусах. V квззиодноыернзге дирочные. биполяропн, двумерный коллектив которш при определенных условиях может выпасть в Бозэ-конденсат. '
-
Перколяциояная модель повреждения ССКД (модёлирукщей ВТСП -корзжку), которая'учитывает как повреждаемость отдельных контак-тсз, так к РД.кислорода из мехкристаллитного пространства вовнутрь і!Икрокрпстал'літгов_ и позволяйся получить дозную зависимость сквсз-' пол проводЕЮстк и транспортного крпттока.
Є. РаднанконЕке tcgtti на мехашгзм БїСП, связанна о виявлоеі»м:
-
The 95th Annual Meeting ol the American Ceraalc Society. April 18-22. 1993. Clnclnattl. US. .
-
Tainan International-Conference on Superconductors, August 27-30, 1993. - ' . '
-
8-Мэздународоя конференция по радиационной физике я химии неорганических материалов, Р$Х, Томск, 13ЭЗ, Ноябрь.
.7. Снрдаркнская конференция, Сентябрь, 19Э4, г.Гулистан.
8. 17-Конференцкя молодых ученых KfiS-АНРУз., Ташкент,
Октябрь, 1394. .-..;'-
9. Seoul International Conference-on Science and Technology
of Synthetic Metalo, July 24-29, 1994.
-
І-Мезщународная конференция по "Новим материалам к приборам" памяти акад. С.Д.Їземовз, Тгпжзвт, 19Э4, Ноябрь.
-
16tfc-Pecar International Conference on Theory of Semiconductors: Session of ccaputer modelling of the properties of the condensed 'matter, October 4-7", ОЗезаз, 1994, Ukraine.
Публикации. По матеріалам'дпссертацга опубликовано 15 печатних, работ, сіеісок которых приведен 'з конца автореферата.
Структура к обьам дпссерташга. Лиссзртац;ія состоит яз езз-Леяия. четкрет: глаз; заключения ;: еіжодов. Работа содержит 131 стрелки магкнсгпісного текста, iZ рпсутсо. Список .татэратурц включает 138 наименования.
-8-.
ко стиыулфованной. десорбции, кислорода, модель элементарного акта подпорогового дефектообразования, феноменологический анализ роли относительного вклада упругих и неулругих потерь. .
Подведено резше и осуществлена постановка задачи.
Во второй главе.исследуются радиационные эффекты, обусловленные процессами-в объеме ВТСП. ' ' ' ' .
В f.2.I предложена'теория, позволяющая объяснить обнаруженные на эксперкдентах зависимости температуры сверхпроводящего перехода от стехиометрии.С9], о такие в рамках предложенной модели выяснено влияние радиационных перераспределений.атомов- кислорода О по позициям в плоскости Си-О. Результаты расчетов по-
' Тс=1,14314*ехрГ-1/(0.73+р.063т1)]
хсроао согласуются с данными экспериментов (Рис.Л). Отмечается,
ЧТО Сечение ЭТОЙ ПОВерХНОСТИ ПЛОСКОСТЬЮ, Перпендикулярной ОСИ 1~Т),
дает кривую [9], а сечение плоскостью, перпендикулярной оси х (при х=0.45) дает результаты НО]. В модели можно получить и "полочку" на криво'! [9], при этом пологается.-что. уменьшение 7-х (уход кис- . лор-ода из образца) приводит к упорядочению кислорода (переход Виг-нера). Такая трактовка справедлива в отношении ВТСП монокристаллов.
В 2.2 отмечается, что Гфинциппальное-разлитие плоскостей Си-0г к Си-0 дает возможность в плоскости скристаллографическим направлением Си-0 (рис.2) .реализоваться отрицательным краудионам, :в кото7 рых число атомов меньше, чем числопозиций. "Мягкость" краудионнги степеней свобс;л позволяет осуществиться эффектам.сильного.электрон-Фононного взаимодействия: электроны, 'дырки, зксіггоньг взаимодействуя с краудионашї, легко деформирует-'их .и'локализуются на них. Применительно K-FBa^CUoO^^ крзудионіще структуры конструируются из отр;аіательннх. конов кислорода 'и' локализоваться на них могу г. прежде всего положительные дыриг (дырочная сверхпроводимость). При этом рассматривается энергетическая -выгодность локализации именно двух дирог. по" сретению с однб-дырочнои локализацией на^краудион'е.
Функционал'полной энергии краудионноп структуры:. .
где Ef- энергия упругого взаимодействия атомов'в кр'аудионё, Еу.-энергия взаимодействия краудпова .сполем "прокладки".."
Полная энергия системы "крзудпод + .Ш" и- "крзудиои" + Й" :'
Определяется услопнз" выгодности состояния Sj по сравнению
Условна сгшривгтїпя
с осталыпити:
удовлетворится при всез знечеійіях параметров задачи'и показано, что в рассмотренной прпДдлзеЕки спаривание дірок (о~сзон;гзацня) Есзгда онергетпчеекл Б'ІГОДКО.
В 2.3 моделируется явление спояталвОі'1- осцилляцгсз структури
УЕаЛді.;0.т г с периодов прп-.'.ертто в 1 час,' откритов на основа рент
генографических исследований [II]. Построопз еппергэткческгя
теория усиления флуктуацій вхоздонпя атомов кислорода в пестэдпо-
нетрігіослон їТасСгі.з7_г на транице лабильности, .связанной с г>іїф=к-
то.ч Япа-Ї'еллора.
Кгистзлд \'2сі0Сіі--р7_„ рассматривается в совокупное;:! с скруго-гаей средой, богатой кислородом. Процесе впитывания (вхождения) "Епеишк" атоїїов кислорода в кристалл характеризуется болкії?! временем, обуслозлеиннгі .эффектом диффузионного часпдештн кислороден f-tD). П'шзенпЯ ш'утрь кристалла "ееєевнй"-атом кислорода Судет распределятся по кпслородяпм позиция:.!, подводя кристалл к cier.s-н:і далз-него порядка, ревдовзелого. для данной гегптературп.' На установление дальнего порядка такхе требуется вре!.!.я (т-), которой гораздо мечьао, чем г^ (т^г^). Попав в реэновеенпе узелшкэ позади, кислород вступаэт в днніпесксе взаимодействие с атоигмп Си. При этим заполнение аптпевязвздшх состоянии па поверхности Сер'ми позволяет реализоваться эффекту Яна-Теллзра в каждой ячейки. Яп-Толле-
ровская лгфэрмация ка-дсЯ ячейки, паступзшэя почти мгеоезезо (гЛО~13с) после заполнения соответстБуядік "Сц-0" ррбптзлел» р-ез-ко меняет воляпну растворимости по кислороду Ct'o{t))), так-что .вошеддійі кислород оказпваетеп ухе нвргвповзснізд :: долген уйти' из кристалла за диффузионное время tD, которое сильно зависит от упорядоченности образца-, т.е-. .idCt)). Уход кислорода поыггаэ? уровень Фер!й1 Ел, ЯП-І6ЛЛерОВСКІ".&.Ср6ПТ8ДІ!'Cti-0 0КЗЗН28ЄТСЯ "оголзн-
шди" и кристалл возвращается в исходное состояние - один цикл
- 10 - ' завершен. Длительность этого цикла - есть период осцилляции. Свободная энергия системы выбрана по Ландау-Гинзбургу.
Кинетика указанных процессов.описывается уравнениями. '
(Ш К (ц)-Н- й 6Ї и т ' 1 * 3
~г - V-1») -аг = - -err = - I1- —т^]*1^*1?
'._- ' Не"1^
С учетом N=K*+6N и tj=tj*+Ctj получи:,!::
*1.2 = ^Г^ * |-J -(МП+»^)2 - 4ШПМ 22-М12+М21> Так что, осцилляции возмогны лиць ігри условия: '
%г+%'г-«%мгг-Міг%' 'О
Б третьей главе изучена роль эффектов протекания и.их йзме- .
еєепя под радиацией, исследованы радиационные эффекты, обуслов-
."еннне как "іадпБидуальншя, тек к коллективный свойствами границ
раздела --днозефсоновскид контактов. ] ' '
В случае ВТСП-ыатериалов кроме всего прочего принципиально взенем являтся то обстоятельство, что в щк длина когерентности менее |<Б0 А.(в классически^ сверхпроводниках "ЮТ А),' т.е. размер caps екоррел;:рсваншн. носителей порядка сирина.естественного дко-зефсоновского перехода и потону эффект тунналиравзЕия структурно очень чувствителен. Кроме того, наличие даЗитка.кислорода'.в мер-'-' крпстадяптнон пространстве позволяет обсудить идею о том, каким путей stqt'юбитск дкфйундт:рует-из контакта в кристаллит. Во врскя тунЕедгрованкя. некоторіїе -дігрйчгше "пари рекокбишіруїот с' электронами в контакте и тогда через -изучение и исследование процессов на контакте иогко подучить пнфор^аси) о иедеакзій-В1СП.
В 5 3.1 обсуждается проблема влияние облучения нл крігттоки. Построена пзрколяцпошшя теория, рассматрнздадея влияние радиации на ССІСД г. учитЕващая как повреждаемость контактов» так'я радияци-0Е2>ст1Г4ул;;ров8Енкй отток'кислородэ га.контактов в кристаллит. ". .
Бри воздействии, радкашгл на ССКД-'у^пхвеатся.слдуеї;іо ко--. іїєнтіі. Ез-пегвпз, радиация попав б контакт'.г.отет его разруипть с версятяеетью о^Ф.Бо-вториг,. энергия, віиеляіцаяся'nn:i этом в' сбластн к::нтз:-:7з"стіі.іул:руот дп^рузпокнпз прсцзсзи в ней, -В ро-зтлътат:- чего :гз;иточннл кислоссд," локол;.зобздпідї на контакте»
.-11-
узодіт вглубь крпстзллктов. При зтсм контакт утояьшается. CrJCy-пноішое истощение кислорода в-контакте.нозет быть описано ургшз-еіізм:
(21 _ пс?ї
зї-V
Концентрация кислорода в контакте опксшзется вііразекпбм:
»e-»-i.tlB5r«p[-ff"">
I-O V -0 s "О
В рэзультата репеккя этого уравнения получено нігрззеї для шириш перезола:
L " І I arcsln
|- e2p[(^/f|)Dt]
Ширина перехода монотонно умзяьззется с дозой.
Показывается, что радиация, влжот. аа крпттскл чєрзз дна аптибатпкх капала: если- утоньдэнде контакта путем радиационного стп.г/лнровзгтя мптрзщіи кислорода увеличивает кріптокп, то дос-
ІРУКЦПЛ СаНПД'ПЭрзХОДОЗ, Наоборот, ІЗ УМ5ЯК22ЭГ.
Окоэтгтзльяоэ вілрлдоннз для крнтгска .з обсуэдзэмой модзлп:
^ LECI-Єф)
LL0(I-K»
+ і
Г І(Г-Єу) 1
t tl
*(I-pc) с I?'% Числздякн растит с параметрами приводит к немонотсгдп:! гаг-л-СП1ЮСТЯМ ІфІИ"Г0ХЗ от йлуэяса.
В 3.2 на базо порколя'диомпііг представлений исследуется пслноз сопротивление ССКД, Спектр та'лз г.снтзи-гов:
L ' -І Энергия переноса пари нос;ггелеЛ при тутгкэлгровшпгл "ер-зз кодтаїст:
'. ' Bt(L) = E?erp(- -^)
которая резко-пздаот о узздпчзннбу. L.
'.-"'-' 5Ї
Услсепз тундзльнсггронглаемоет;: контактов: L ;; Is = |Irw-;
Получено Екрз-экпе .для пол?, ого сспрот'.эл'>н-ля ССКД:
B-vb».*[(gd'-i]
Тогда на базе перколяциопных щей с учетом радиационного воздействия к возможности при этом повреждения сверхпровдгашя. контактов получим:
'с
Отсюда &е вярагение для дозовой зависимости шир;ші СП-пере- .
хода имеет вид: .. - .
В 5 3.3 ігродолген анализ эффектов, связанных с ССЯД, но-осново
теории протекания. Отаэчаотся, что радиация многообразно'влияет на
свойства как объеиа кристаллитов, так д дгозефсоновсізк коптактов;-.
это проявляется во всея-характеристиках сверхпроводника, связанных
с транспортом.носителей. Это и'понятно, т.к. с точки зрения ради
ационного воздействия "к іенно дкозефсоновскпз контакта являются .
"слабш мостом". Определив'іпіфішу контэкта условием. ?ЫКх, t) най
дено выразенке- для сгаринк-перехода: ' ,"
.; .'' г =-ї0 - w,
/' * -к2 к л
N'
г-
?6- й
' ОдаовременнШ учет радиационного повреждения контактов .и стимулированного оттока' кислорода', из областей контактов позволял-получить щрагеше для деградация сквозной проводимости с дозой:.
' f ' №T->f-o-T*' -Ли
ш) - b0[pc -і + Щ.. *о») ;
Показано,-что-зависимость:К(Ф) имеет экстрему?,;- только' при . условии кТ < Е. Доза,-соответствущая этому экстремуму і долгна
- із -Пр:і это-; ог-очзотса, что еста радиация у?«,еяьизет шірияу контактов
(пз-оз еосио-ной РСД), то, т.к.Ь= -L-fS, для R(T,S>) наблюдается о.Тн
0!~с;:т ;ла.~ш доз, когда поначалу с поекззпиэм дози сопротивление
.падает $ф*, а когда Ф>Ф* оно растет (Рис.3). Определи т'^-как предельную' тешзратур'у сверхпроводящего перехода, a 1az- - как температуру, когда все контакты становятся сверхпроводящими и . начинается участок ликеПнои ззшсп'.ости Ш.Т), характерной для пота ллпческоп проводимости, получены дозпко зависимости для ига;:
о ' 'V't*
Т«1п(Ф) а ^{l-pG-o«}~f
ро lo~J
гміпГіМ = ПГт-пдТ.~Е
Рсзплируется, -что характерной особенностью влияния облучения
па ССКД является немонотонность дозпш-зависимостей ряд1? "сквоз-
.нкх" дарвктпркстпк образцов, поі:ск которых в экспериментах пред-
ставллет больше пггерес. В качество призера приводятся результз-
. тп воздействия ^"''лучения па керамические образцы YBa2CUg07_-.
при Т^80 К и Т ,!'-о к Ш]. . *л
' Bjunnepri!! ',..'5ово разработаны тосты па г.юдзпизм ВТСП, свя-
запни? ?. ггявлг'м-".' длух аспектов: . .--
a) .Mjriiapin ''.'>.,.-!-копдепсаи:з-і; *
2: гфгргідн сил спаривания-носителей.
Показано, что аг.'^-н-имонтэлшая зависимость скорости деградацію:
гіТ„ ' ' ' -Тс с дозой как функция исходнсП 7сс^-тг = /(Тсо)> тозет слулпть
основой для теста на сценарий Бозэ-кондепсацки в. БГСП.со слоистой нестеяиометріг-іеской структурой (типа YBa^CUgOr^y.
Предложена идея использования безг-щучательного- распада ско-ролироЕанноіі пари дгрок при ее" тупнелпровашш через переходи Дзо-зефсонз, 'облученных ионизирукак! излучением. Установление физической природи выделившейся при-этом энергии газет слуяить тестом для вияснення природы сил спаривания днрок. ' .- - .
Отмечается, что вопрос о принципиальноЯ возможности повкпенил тег.птерзтуры сворхпроводя^гго перехода обсулдался особенно детально и до открытия в 1936 г. Беднсрцем и Мюллером .оксидних ВТСП. Проблема, высокотемпературной свор::проводпмоетп после этого открытия
.-?4-
вышла па абсолютное пэрвонство сроди другие ^адач физяки твердого
' тела и к настоящему времени насчитываются несколько различных ва
риантов '"теории ВТСП". Если в одних кз них делается їюдатка сохра
нить идеи БШ, то в-других берется за основу "бнполяроншй подход"
Огга-Шафротта, в третьих-, ото "резонавено-взленчшш связи (РВС)" .
Андерсона,.в четвертих, это "Фер^-злщкостноа подход",связанный
с РВС. "';_".
Анализ, этих вариантов однозначно .показывает,'что-вся'проблема механизма ВТСП 'шкет быть расчленена на две Ешеутюмянутао под-, проблемы: вопрос о сценарии Бозе-конденсацки и природа, сил, удер-Еиванвдх пары носителей в спаренном состоянии.
Бесчисленные' радиационные зкспершедйі-красноречиво свиде
тельствуют, что почти все основные фундаментальные'свойства ВІСП-
материалов сверхчувствительны к радиационном воздействиям чі обе'
кардинальные проблемы оказываются возмошаш. реиать- и методами
радиационной физики. '.''-.'. .
В 4.1 предлокен тест на сценария Бозз-конденсацйп и в качестве базового эксперимента взята работа французской группы, которая в какой-то. степени целенаправленна п содержит результаты, позволяющие приблизить понимание механизма. ВЇСП.' Они исследует изменения температурной-зависимости сопротивления различных ВТЙІ (La2_xSrsCu04 и YBagCu-O^ _). при воздействии высохознэрщчного электронного облучения непосредственно в.сверхпроводящем- состоянии. Дается 'теоретическая трактовка -этих- результатов. Vlcbery et al. [.7,81 облучо'ли монокристала П^СидО^ н La2^Sr3CuO, электронами Е0 = 2,5 МзБ» причек війкралгсь образцы с различной исходной температурой сверхпроводящего перехода (Тсо:)."Они обнаружил интересные корреляции между скоростями деградации'Тс, R (после), Тлл и Пл(до облучения).
Тс0 антибатна х(вакансии). ^= ll-fai)!" , откуда '
.=7-1^
m /тМаХ'
со/хсо
Существуют два механизма сверхпроводимости: по Оггу-Шафроту
(ОШББ): - " '
. Тс=Ап - (Бозе-конденсация существовавших пар)
по Бардашу-Кушэру.-IiipKjepy (БКШ)
Q-B е J-'-mipi' (Бозэ-конденсация при 'образована пар).
С учетом малого изменения ТЛ(ф) и Е(Ф) при сблучетзі'и с учетом,
что Р. " п"1 и N(Ef) ** па получен: .'
. " - 15 -
Тс(Ф)ЛС0=-к(х)П(Ф)ЛЗо+в(х), т.е. в обоих случаях (ОШКВ и БКШ) кСх)=в(2)~1, но только для ОШББ ' K=2/3=comt и B=5/3=const. Сравнив расчеты с зксперімепташі находим, что для случая la^Sr^CuO^ выполняется условие ОШББ, тогда как для YBagCUgOy^ оно не вшолняется, т.е. ОШББ не'реализуется. Взяв за основу процесс радаіащіошо-стимулированного переброса атомов кислорода из стехиомегрических пл. Си-0, в нестехиомет-рические пл. Си-0 анализирована возможность корреляции типа Рис.4 на базе" двух противоположных механизмов ВТСП: ОШЕБ и БК.Ш. 'Для ОШББ установлено, что
айТс _ const Г. г , v-lfr" т /тмах] . ,Тч -цтг - -p^lV1^ + Т JI-- Гсо/тсо j (1)
|Тсо
Это выражение качественно согласуется с экспериментом, согласно которому с увеличением T„0 образцов скорость деградации сШ^/бЭ падает.
В случае БКШ отмечается, что при смещении одного атома кислорода из пл.Си-0., в ПЛ. CU-0 К2МЄНЯЄТСЯ плотность ЧИСЛа состоя-ш:й и петому уделыш.1 вклад р'плотность состояний атома кисло-
:Т2 <2>
.В этой случае кремз качествзтюго, достигается и количественное согласие, -расчеты это доказывают.-
Так как согласно критерию Тс(ф)/ТС0=-к(:О^г—+в(х) в
О ' о ^
. iBa,CUg0.7_v ;-ехгп:тз:.і' О'іЕН не реализуется (т.к. к =/- , в -/= g),
а "рпт?р:Я'(І) гллтолдкртся, то.мо.чно сделать вигод, что в .YBapCUgCj,^' реа.тізгетея пегап1!з?гтяпа ішази-ЕКЇЇ.
\7з:н".'.і*.оСрззо;д, для'того чтобп критерии ОЛВБ її БКШ "заработали" И стагт сйг?остоптельги"-п тестами ВТСЇІ надо знать парет-етр-дальнего исрягг.п г] и йрб::с*",,ос;;ъ ~0(ч)>. пепользуешз в .псслтзрпмегмзх.
'В 4.2. прелле:'----;; тест, сеґ:ЗЯ:інг.:ї с вігявдешіеи природи СП," сп'ріггігг:" :;і осдорз ігоії бе^кзлучзтельяого рзепзда сксрелл:гро-ег'гд?— п:р дггрог: гплі.їе туглелігровйнил через облуташпй fcktskt .Лтозегсопа п анализе 1/гз:гчео"о:і природи вііделіазчіт^ся пр;ї этой
. ' - 1С -Отмечается, что дгозефсоновские контакта йТСП-керашк;, обладает исключительно интересной совокупность» свойств:
а) ширина перехода оказывается соизмеримой с длиноп коге-.
рэнтности \, т.е. 1«;
б) прослойка дюзефсоновского контакта состоит is материала
с избытком кислорода, .т.е. обладает акцепторными состояниями, на
которые захватываются неравновесные электроны;
в) неупорядоченность структуры прослойки контакта обуслав
ливает налагаю целого -спектра локальных акцепторных состояний; '
. . г) носителями тока,туннелирущши через контакт, в раде БТСП (напр. YBaoCug07_x) являются спаренные дырки.
Одновременное сочетание свойств позволяет реализоваться уникальному эксперименту, проливашему свет па поз шизы ВТСП.
' При ваяснешы механизма ВТСП необходимо ответить на два вопроса:
I. По какой .одной из двух схем вдет Бовэ-коядвнсацпя: - по типу
БКШ (конденсат образуется в момент спаривания носителей) ила
- по типу Огга-Шафрота (конденсат образуется из у;:е суа;ествуших '
"бшоляронов"?.' . .
*2. Какова физическая природа потенциальной яіш;. удзржваэдей два носителя-(фононная, магнитная, электрическая ...)?
. На Первый вопрос, видимо, обнадйіпвамдий'отвот на'!дон; как экспериментально [7,8],'так и теоретически ИЗ] и состоит для ^2-250 в Сїемв РШВВ. Б качестве рсйзпіія проблеьш 2 - ву явления, физической природы сил .спариваніїя, предлагается еледукшії 'эксперимент.' Пусть через Дзозефсоновсіай переход в 'їВа2Сіі30^_ї
' течет тунельний ток Js4, где А —плозіадь перехода.' Т.к. і "'L
> (пункт а), то туннелйрувдая пара чувствительна к структуре перехода.' Если переход облучить ионизирующей радиацией,- то-весь спектр акцепторных состояний прослойки заполняется (пункт б и в). В процессе туннелирования возмогла рекомбинация одпой-кз дырок пары Огга-Шафрота с электроном на акцепторной состоянии и:
где |рі Ее, Eh - соответственно энергии пари в контакте, оліктро-' на на акцепторе и высвободившейся дырки. ..''-.
Высвобождается энергия Е = ЕшДдАшг, - где .Ею - энерпт связи
пари, а-время туннелирования; . . '
В зависимости от-природы сил, удерз;ива:со,ісс 'дирки в паре,
экспериментальная фиксация сигнала энергии Е'дошіа о.существлятся
по разному: -'.'.'. - :
'. - если яма фононной прирбды, то',' водимо, мокко использовать
систему тензодатчикові установленнях у входа перехода на поверхности образца (Рис.5);
если яма обусловлена магнитннми- силами, то энергия Е может улавливаться СШЩон;
если дырки удерживаются электростатическими силами, то вдоль перехода доляпн бекать токи деполяризации, техника обнаружения которых весьма 'развита.
Такім образом, частотнім анализом сигнала можно реконструировать детали потенциальной ямы, в которой удерживаются спаренпне днрки.. .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Конкретно,.по полученным результатам можно сделать следующие выводы:
I. Изучен ряд явлении, возникающих в объеме ВТСП-материала при 'воздействии различной радиация.
1.1. Построена теория влияния высоко-энергичного электронного
облучения, на TOa2Cugo7 (для x=var) при Т<ТС. основная
' идея связана с радиационным перераспределением атомов кислорода'го пл. Си02 в пл-. СцО. Сравнения теории с экс-
. періиентами [7,81 показали, что предложенная модель адек-
ватно описывает явления в YBa,CUg07_x.
1.2. Предложена теория, позволявшая объяснить обнаруженные на
экспериментах зависимости температури СП-перехода от сте-
хиом&трки [9] и параметра дальнего пррядкз [103, а такг.е
в рамках разработанной модели вияснено влияние радиацион-
" них перераспределений атомов 0 по позициям з пл. СиО.
1.3. Построена теория явлений спонтанной осцилляции структури
элементарной ячейки' YBagCugQ^, основанной на представ-
. ления об открытой системе да кислороду, ого перераспре
делений по. неэквивалентным позициям в решетке и эффекте
Яна-Теллерз па связах Си-О". Предложенная модель позволила
объяснить эксперимента [II]. .
?л. Исследован ряд радиационных явлений на изолированной контакте
-Дкозефсонз, в частности: - -
- ' - изучено явленкэ рздзкшпонво-стимулированной дгі-їФузга
габытка ато:.:ов 0_иа границе зерян', в результате которой
. кислород улго'дпт'з кристаллит, а контакт утояьгаэтея.
- іе -
стимулированный отток кислорода из ывжкрксталлитного пространства вовнутрь кристаллитов..
-
Получены- выражения для дозной зависимости сквозной проводимости при различных температурах..
-
Найдена дозная зависимость критического тока для керамических' образцов.' | ' ' ' .'
4. Разработаны радиационные тесты на'механизм высокотемпературной
сверхпроводимости, связанные с выявлением двух аспектов:
а) сценария Бозэ-конденсации и-б) природы'сил спаривания'
носителей. . '
4.1. Показано, что экспериментальная зависимость скорости дегра-
дации Тс с дозой как функция исходной Тсо ( g^- =f(Tc0)) могет слугить основой для тоста на сценарий Бозэ-конденсации в ВТСП со слоистой нёстеагометрическкой структурой (типа YEagCugO^.j.)..
4.2. Предложена идея использования безкзлучательного распада
скоррелированной .парк дырок при туне-ллировааии eS через
переходы Вдозефсона, оСлуч-знвкж ионизирующий излучением,
которая кохет слугшъ.тестом-для выяснения природы сил
спаривания дырок. ' _
