Введение к работе
Акггуальность темы. Обнаруженное у перовскитоподобных металлооксид-ных соединений явление сверхпроводимости на уровне азотных температур (1986г.) стало одним из значительных событий физики твердого тела конца XX века. Оно позволило говорить о перспективах практического использования высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). К этому времени существовал ряд ' низкотемпературных приборов и устройств, например, сверхвысокочувствительные навигационные и гравиметрические, которые изготовлены или включают конструктивные элементы из классических сверхпроводников. В основе работы этих устройств лежат уникальные свойства сверхпроводников — идеальный диамагнетизм, отсутствие сопротивления постоянному току и квантовые эффекты Джозефсона в слабосвязанных системах. Использование этих же свойств в метал-лооксидах открывает перспективы создания приборов на уровне температур порядка 100 К. Однако в отсутствии понимания природы высокотемпературной сверхпроводимости эта задача осложнена. В этой связи большую роль играют экспериментальные исследования физических процессов, протекающих в ВТСП в сложных внешних условиях. Одними из основных физических исследований являются изучение проникновения магнитного потока в объем сверхпроводника, зарождения и движения вихрей Абрикосова и Джозефсона. Исследование же процессов проникновения осложнено наличием в высокотемпературных сверхпроводниках энергетического барьера, параметра формы, гранулярной структуры и многофазности. Существенное влияние на свойства металлооксидов оказывают технологические параметры их получения. Установление связи между макроструктурой, технологическими параметрами и магнитными свойствами является задачей, которая в настоящее время полностью не решена. В этой связи изучение влияния технологических параметров, а значит макроструктуры, на магнитные свойства сверхпроводников остается для них актуальной задачей.
Тематика данной диссертационной работы соответствует «Перечню при
оритетных направлений фундаментальных исследований», утвержденному пре
зидентом РАН (раздел 1.2 — «Физика конденсированного состояния вещест
ва»). Данная работа является частью комплексных исследований, выполненных
по госбюджетным темам НИР № ГБ 07.06 «Разработка и исследование физиче
ских процессов сверхпроводящих элементов криогенных устройств» и № ГБ
10.06 «Создание высокотемпературных сверхпроводников и исследование их
физических свойств для гравиинерциальных приборов», а также по гранту ВП
1/09 «Влияние полей различной природы на нелинейные явления в гетероген- ^--..
ных системах с нано- и микроскопическим размером неоднородностей». J )
Цель и задачи работы. Установление закономерностей влияния фазового состава, энергетического барьера, геометрических размеров и технологических параметров на проникновение магнитного потока в высокотемпературный сверхпроводник Y-Ba-Cu-O.
Для достижения цели сформулированы следующие задачи:
-
Разработка и создание измерительных установок, позволяющих изучать процессы проникновения в сверхпроводник постоянных и переменных магнитных полей, в том числе и малых.
-
Получение и аттестация текстурированных и керамических металлоок-сидов на основе иттрия с различной макроструктурой.
-
Изучение влияния макроструктуры металлооксидов, в частности фазового состава (для текстурированных) и плотности (для керамических), на критические параметры.
-
Экспериментальное установление существования в текстурированных ВТСП энергетического барьера, созданного дефектным приповерхностным слоем; изучение характера проникновения магнитного поля.
-
Исследование влияния фактора формы на критические параметры тек-стурированного сверхпроводника и установление связи между полем проникновения и первым критическим.
Объект исследований. В качестве объектов исследования были выбраны металлооксиды на основе соединения YBa2Cu307.6, полученные по керамической технологии и методом текстурирования в расплаве.
Выбор материалов обусловлен следующими причинами:
иттриевые металлооксиды являются типичными представителями высокотемпературных сверхпроводников и могут рассматриваться (как однофазные, так и многофазные) при изучении физических процессов, протекающих в условиях воздействия внешних магнитных полей;
многие физические свойства данных соединений хорошо изучены, что облегчает интерпретацию полученных в работе результатов;
используемые технологии получения материалов в достаточной степени апробированы, что позволяет изготовлять образцы требуемых размеров хорошего качества с заданным фазовым составом и воспроизводимыми свойствами.
Научная новизна. В результате проведенных исследований в данной работе впервые:
1. Экспериментально установлено существование в текстурированных сверхпроводниках энергетического барьера, созданного дефектным приповерхностным слоем. Он проявляется в сложном характере проникновения магнит-
ного поля. Зародившиеся вихри Абрикосова проникают в объем связками, как и в металлических сверхпроводниках.
-
Обнаружена зависимость величины поля проникновения от содержания несверхпроводящей фазы в текстурированных ВТСП. Показано, что с уменьшением доли несверхпроводящей фазы величина поля проникновения снижается.
-
Установлена связь между полем проникновения и первым критическим полем; предложен способ расчета последнего на основе измерений поля проникновения для серии образцов различного размера.
-
Выявлена зависимость величины первого критического поля керамических металлооксидов от давления компактирования. Отмечено, что с ростом плотности сверхпроводника первое критическое поле снижается.
Практическая значимость работы. Полученные результаты способствуют углублению фундаментальных представлений о процессах, происходящих в текстурированных и керамических сверхпроводниках с различной макроструктурой и фазовым составом, находящихся в условиях воздействия магнитных полей. Полученные в работе результаты связи магнитных свойств и макроструктуры могут быть использованы для создания металлооксидных ВТСП с наперед заданными свойствами. Такие металлооксиды могут найти свое применение в качестве конструкционных материалов при разработке сверхпроводящих элементов криогенных устройств. Предложенные методы расчета первого критического поля могут быть использованы при создании элементов конструкций датчиков, выполняемых из текстурированных металлооксидов.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту. На основании полученных результатов были сформулированы следующие основные положения, выносимые на защиту:
-
Величина первого критического поля текстурированных сверхпроводников зависит от содержания включений несверхпроводящей фазы. С уменьшением доли несверхпроводящей фазы она снижается.
-
Проникновению вихрей Абрикосова в объем текстурированных металлооксидов препятствует существующий в них энергетический барьер, созданный дефектным приповерхностным слоем.
-
Величина первого критического поля керамических металлооксидов зависит от их плотности и с ее увеличением снижается.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: I—III Международных научно-практических конференциях «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинномысск, 2008—2010), XV Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-15» (Кемерово
— Томск, 2009), III Международной конференции «Деформация и разрушение материалов «DFMN-09»» (Москва, 2009), XXII Международной научной конференции «Релаксационные явления в твердых телах»ЯР5-22>>» (Воронеж, 2010), VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов (Москва, 2010), V Международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела «ФТТ-2011»» (Минск, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективные направления развития авиационных комплексов и систем военного назначения, форм и способов их боевого применения» (Воронеж, 2011), а также на 50-й и 51-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов Воронежского государственного технического университета (Воронеж, 2010,2011).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 4 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [2—4, 10—21] — подготовка к эксперименту, приготовление и аттестация образцов; [1—21] — получение и анализ экспериментальных данных, участие в обсуждении полученных результатов и подготовке работ к печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 146 наименований. Основная часть работы изложена на 116 страницах, содержит 51 рисунок, 3 таблицы.
