Введение к работе
Актуальность темы.
Актуальность теш диссертации обусловлена большим научным и практическим интересом к проблеме ВТСП. С момента открытия ВТОП прошло семь лет, однако природа, высокотемпературной сверхпроводимости остается пока невыясненной. Вместе с тем уже полученные экспериментальные результаты показали, что все известные к настоящему времени ВТСП являются сложными медными оксидами, содержат множество атомов в элементарной ячейке кристаллической решетки и склонны образовывать различные фазы близкого состаьа. Общим для ВТСП является проводящие слей CuOg, разделенные различными структурными блоками.
Исторически сложилось так, что первое исследования ВТСП проводились на керамических образцах. Керамические образцы можно рассматривать как неоднородные среды: кристаллические гранулы или зерна разделены слабыми даозефсоновскими связями и ориентированы, случайным образом.. '
Решению вопросов, связанных с установлением механизма высокотемпературной сверхпроводимости, посвящено большое количество экспериментальных и теоретических работ. Однако, сведения об электронных свойствах высокотемпературных сверхпроводников в нормальном состоянию!, в том числе соединений NdCeOuO и BiSrCaCuO, ко времени начала данной работы были противоречивы и неполны,, а часто и просто отсутствовали. Не было и ясного представления о роли слабых
связей в керамических ВТСП.
Поэтому перед нами стояла задача комплексного исследования кинетических и магнитных свойств керамических и монокристаллических соединений NdCeCuO и BiSrCaCuO для получения данных об електронних свойствах нормального состояния втих соединений и о влиянии магнитного поля на их сверхпроводящие свойства.
Целью работы было:
- Исследовать. анизотропию и температурные зависимости
проводимости и термоедс на монокристалле "dL Се СиО^ » для
получения сведений об особенностях плотности состояний в
энергетическом спектре.
Изучить явление релаксации остаточной намагниченности и обнаруженный нами ранее аффект релаксации остаточного сопротивления в керамических образцах NdCeCuO и BiSrCaCuO для выяснения роли слабых связей и их влияния на движение захваченного магнитного потока.
Исследовать обнаруженное нами влияние магнитного поля на сверхпроводящий переход в монокристалле Ndg^Ce^CuO^^ для выяснения природы индуцированного магнитным полем перехода сверхпроводник- диэлектрик (СД).
Научная новизна диссертационной работы состоит в
следующем:
1. Результаты впервые выполненных комплексных исследований
электрических и магнитных свойств " в керамическом
Nd, ^CSq 15Си04_ф, а также в обычной и литой керамике
Bi2Sr?CaCu20Q указывают на общие закономерности
проникновения, захвата и движения магнитного потока как в
электронном, так и в дырочном сверхпроводнике: имеет место
гистерезис намагниченности и сопротивления; остаточная
намагниченность и остаточное сопротивление уменьшаются со
временем по логарифмическому закону.
2. Показано, что в керамическом" НА,>85Се0 15СиОдб
"величина энергии-активации абрикосовсюм вихрей, найденная из
релаксации сопротивления при Т=4.2К и равная V=38"I9 ~мэВ~в
четыре раза больше анергии активации, определенной при той же температуре из релаксации намагниченности (U=10.3 мэВ).' Установлено, что с уменьшением плотности тока величина энергии активащш'У стремится к значению анергии активации U, найденному из релаксации намагниченности.
-
йокязяно, чю rsj^rin" "ннотіуия сопротивления при Т=19К на температурной зависимости р(ї) в керяничвекш. 'оСрэзцах Nd^ggCoQ 15CuO^_g-' в .фиксированном " магнитном поле свидетельствует о возможном существований двух групп слабых -.-межгранульных контактов, существенно различающихся по величине энергии связи.
-
Температурные зависимости соггройголения р(Т) и термоадс S(T) для исследованного монокристала ' Nd. 35Сео 15^u<Vc
Т =17К интерпретированы в рамках модели узкого пика плотности состояний вблизи уровня Ферми. При выбранной ширине пика ~500К расчетные зависимости р(Т) и S(T) оказались близки к экспериментальным.
5. В монокристалле Nd^ggCsg')5Си04_^ впервые наблюдался
переход сверхпроводник-диэлектрик, индуцированный магнитным
полем. Экспериментальные результаты а лх теоретический анализ
на основе динамической теории сксйлянга, показали, что такой
переход соответствует переходу из сверхпроБодяйей фазы
свободных электронных . пар к диэлектрической фазе
локализованных куперовских пар.
6.Впервые изучены сверхпроводящие свойства литой керамики BJLSr4CaCu-0_ . Установлено, что в образцах литой керамики
2 2 г 8+у
BLSrOaCUpO ' верхнее критическое поле Вс2 для слабых связей больше, чем нижнее критическое поле 3,1,лля зерна. Показано, что значения перзого критического поля В ^ слабых связей для
литой и обычной керамик BigSrgCaCUgOg различаются на порядок
и составляют: в. обычной керамике В =10~2Т, а в литой
керамике Bq1=10~ Г. С другой стороны, энергия активации
абрикосовских вихрей в литой керамике на порядок больше
энергии активации в обычной керамике.
7. В образцах литой керамиь' BigSr2CaCu208+ обнаружено
явление избыточной проводимости (парапроводимость),
возникающее вследствие флуктуации параметра порядка.
Оцененная из анализа експериментальних данных длина
о когерентности составляет С(0)=7 А. Эта величина коррелирует с
величиной длины когерентности, полученной из соотношения
Гинзбурга-Ландау.
Основные положения, выносимые на защиту;
I.Особенности -поведения сопротивления в керамическом Nd1 85Се0 1gCu04_Q, а также в обычной и литой керамике BigSrgCaCUgOg . указывают . на общие закономерности . проникновения, захвата и движения магнитного потока в электронном и дырочном сверхпроводнике: имеет место гистерезис намагниченности и сопротивления; остаточная намагниченность и сопротивление уменьшаются со временем по логарифмическому закону.
2. Наличие минимума сопротивления при Т=19К на теілературной зависимости р(Т) в керамических образцах Nd. gcCe- 15СиОд я в фиксированном магнитном поле свидетельствует о возможном существовании двух групп слабых межгаркульных контактов, существенно различающихся по энергии связи.
3.Температурные зависимости сопротивления р(ї) и тердаэдс S(T) для исследованного монокристала Nd,%85Се0 ^CuO^ с Т -17К интерпретированы в рамках модели узкого пика плотности
состояний вблизи уровня Ферми Гкогда"узкий пик-образуется-из состояний, отцепленных от верхней хаббярдовекой зоны при легировании NcLCuO. церием.
4. Индуцированный магнитным полем переход
сверхпроводник-диэлектрик, впервые неблщэвшийся в
монокристалле Nd,1 e5CeQ 5CuO, *, соответствует переходу из
?рллтпповолящей фазы локализованных вихрей и делокализованных
гаоктроппих тт?р к фазе локализовали??* э»?ктт»нпяа ,іі~ п
делокализованных абрикосовских вихрей.
5. Нзблюдаемое отклонение от линейности на. температурной
занисшости сопротивления в литой керамике Bi^SrvCaCtuCL при
температуре ТХ200К обусловлено избыточной проводимостью,
возникающей вследствие флуктуации параметра порядка. С
уменьшением температуры при Т, =114 К происходит переход от
двумерной парапроводимости к трехмерной.
Научная и практическая ценность работы.
диссертационная работа выполнена в рамках плановых
исследований, проводимых в лаборатории полупроводников и полуметаллов ',Ш УрО РАН, а также в рамках проектов по высокотемпературной сверхпроводимости 90-090 и 93-028 "Киноптика". Экспериментальные результаты, полученные в работе, и их интерпретация позволят лучше понять характер локализации, особенности плотности состояний в энергетическом спектре,.а также сделать некоторые заключения о роли слабих связей в ВТСЛ и их влиянии на движение захваченного магнитного потока, что необходимо при поиске новых и усовершенствовании технологии уже известных ВТСЇЇ материалоз.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на III Всесоюзном симпозиуме "Неоднородные .электронные состояния" (Новосибирск,1989г.); Международной конференции "Влияние
сильного разупорядочения в. ВТСП" (Заречный,1990г.), YIII
Меадународной конференции по тройным и многокомпонентным
соединениям (Кишинев, 1990г.), Советско-Германском совещании по
резистивному состоянию (Черн0головка,1991г.),ШХ Совещании по
физике низких температур (Казань,1992г.),
европейско-американской конференции по сверхпроводящим материалам, физике и применению (Париж,1992г.), IX меадународной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Иокогама, 1993г.), IY семинаре по физике и технике сверхнизких температур (Алушта, 1993г.), XXX Совещании по физике низких температур (Дубна, 1994г.), IV Меадународной конференции по материалам и механизмам сверхпроводимости и ВТСП (Гренобль, 1994г.)
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ. Список приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она содержит 162 страниц машинописного текста, в том числе 2 таблицы и 69 рисунков. Список цитируемой литературы включает 114 наименования.