Введение к работе
Актуальності» проблемы. Несмоіря па то.что с момеїиа открытия высокотемпературно!) сверхпроводимости (ПТСП) прошло Поло:1 дес;пп .'КМ', в настоящее время пег общепринятой точки зрения на мехаппчм чини яіі.ігііііп. Одним пч направленні, в пчучепин ВТС'П является исслстонаппо влияния замещения различных атомов пс-ходноіі матрицы сверхпроводника па сю физические свойства. Особы!) интерес при -лом представляет сравнительное изучение ча.ме-шешііі атомов п различных кристаллических позициях.
Ести ча.меїценне производится парамагнитными атомами, то последние могут дополнительно влиять па сверхпроводимость посредством взаимодействия их маїтппньїх моментов со спинами здектро-нон пронодимостп. П])н этом даже небольшое количество парамагнитных примесей обычно полностью подавляет сверхпроводимость. Исходя из злого, можно было ожидать, что и и ВТСП постепенное замощение парамагнитными атомами (например атомами 4/ и 3Тс. Однако в случае ВТСП оказалось, что, например, чамещеппе Y па редкие земли в сверхпроводящем соединении УВа^СизО-.у практически не влияет на Тс вне зависимости от типа редко!! земли, причем при низких температурах (Г ~ 1 К) наблюдается сосуществование сверхпроводимости и дальнего аитн-ферромаппгпшго порядка в редкоземельной подрешетке (ранее подобное поведение наблюдалось для редкоземельных фаз Шепреля и тройных родиевых борндоа). Получаемые при этом сверхпроводящие соединения ЛВа;>Снз07_у {ЛЕ = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tin, Yb, Ln) образуют орторомбпческую кристаллическую структуру и имеют весьма близкие свойства не только в сверхпроводящем, но и в нормальном состоянии. Единственным исключением является соединение РгВа2Сиз07-у, которое также имеет орторомбпческую структуру, но является полупроводником без перехода в сверхпроводящее состояние. Для объяснения аномального поведения соединения РгВагСидОт-у'был предложен ряд моделей, см. обзор1. Однако до последнего времени причины отсутстпия сверхпроводимости в этом соединении до конца неясны. К сказанному добавим, что ча-
'H.BHadousky.J. Mater. Res., 7 (1932) 1917.
І -
стнчиое замещение Y на Рг и системе Yi_xPrxBa-,>Cu307_y приводит к постепенному ноншкенню Тс и к исчезновению сверхпроводимости < при .г л; O.G.
ДРУГИМ ВОТМОЖНЫМ ТИПОМ замещения Л системе і?і?Ва2Сиз07_у
является замещение меди 3d металлами. При -зтом необходимо иметь и вп,ту, что и этик соединениях медь занимает дне различные кристаллографические позиции: в плоскостях СиО^ и цепочках СиО. Частичное замещение меди в обеих кристаллических позициях 3d металлами и системе YBa,i(Cui_xA/ex)307_y, так же, как и и случае замещения Y на Рг, приводит к постепенному понижению Тс.
Незадолго перед началом выполнения настоящей работы было .обнаружено, что допирование и системах на основе Gd (Gdi_xPrxBajCu;)07_y2 и Сс1Ва2(Сиі_хЛ/сх)з07_у3} значительно сильнее влияет на сверхпроводящие свойства, чем и соответствующих системах иа остише Y.
Цели и основные задачи работы. Представляло интерес изучение Зонированных систем типа -frEBajCuaOz-y, основанных на широком ряде редких земель, определение влияния тина редкой земли на свойства таких систем, а также выяснение механизма movo влияния.
Нагюящая работа в основном посвящена систематическому экспериментальному исследованию параметров кристаллической1 структуры, сверхпроводящих и нормальных свойств в широком интервале температур (I.G -г 300 К) и магнитных полей (до 150 кОе) для допиросапних систем y»Ei_xPrxBajCu;t()7-y и J?,Ba2(Cu,_xAitx)J07-) (RE = Y. Nil, Sin. Eu. Gd. Dy, Ho. Er. Tin; Me = Ni, Fe). Атомы никеля и железа замещают медь н различных кристаллографических позициях: в плоское і ях СиО г и цепочках СиО соответственно,чем и был обусловлен пх выбор. Таким образом, исследовались соединения /liTBa-jCuaC^.-y с замещением атомов в трех различных кристаллографических імліцинх. Проведено также изучение транспортных свойств ряда соединений, принадлежащих к недавно открьиым сверхпроводящим ре,ікоземе.імімм борокарбидам RENi-jR-jC,\i их сравнение с данными д. ія ВТС'И.
Для достижения поставленной не. ш необходимо было рении ь ряд
2и.Н.Пьрожиыа. К II ХлиСов ГФЧТ 5 (ПУЛ !'J.t. 3H.Shiiiii/u, .1 .її.. PtijVica с 1ПС (l!i;rj) :;j'i
чадам:
1. Отработать методику приготовления однородных одно-'
фазных доннроианных образцов систем /?,\_xPrxDa-jCuj07-y и
/?TDa2(Cii|_x.l/i х)зОг-у, дающую достаточно хорошо воспроизводи-
мыс речу, млаты. Определить параметры кристаллической решетки, фазовый состав, а также содержание кислорода в них.
-
Построить и автоматизировавт> установку для нроподсння измерений электросопротивления и интервале температур 4.2 4-300 К .
-
Ограбоїаті. методику измерения эффекта-Холла в широкой интервале температур (1.6-і-300 К) п магнитных полей (до 150 Юе).
». Определить влияние типа редкой -земли исходной матрицы на своїйтна дониронанпых систем с различными типами замещения и пилы гаї вся выяснить механизм -лого влияния.
Г». Изучить влияние гидростатического давления пазлекгрссонро-ллвленне монокристаллов УВа^СнзОг-у.
6. Изучи і ь чффект Холла для борокарбндл YNi^BjC и сравнить ^поученные результаты с ацикличными данными для ВТСП.
Я-Гаучная попита. Обнаружена отчетливая зависимость свойств ії<мщмншнпихі-\іі"їїм /?Е|_хРгхВа^Сч.-10г_у и /?ЯВа^(Сиі_х.и?х)з07_у {fiilE — Y, редкая земля; Mv — Ni, Fe) от типа нона Л3+ исходной матрицы (как известно, сверхпроводящие и нормальные сво!1-хм\& чистых соеднненнИ /?ЕВа,.СизО;_у на основе различных ред-ікпх «ісль весьма слабо чувствительны к типу нона /?Е3т).
Установлена ярко выраженная монотонная зависимость іа;ї|»лУісірл \0Тс/0л\ для систем /?Ei_xPrxBa2Cu.-i07_v и !111ЕША-г[Сщ-ч.М<хУа'-) от величини ионного pajuyca иона /?Еа+ .«исходной маїрпльї. При лом не наблюдалась какая-либо корреляция параметра \0Т,/0х\ с величиной локализованного магнитного момещл на ноне ИЕ'и. Пред.тожеца модель, связывающая описываемый -іффскг с усилением неупорядоченности и вызванным нм (ффекюм локализации в сік лемах на основе /?Е'|+ с большими ионными радиусами.
Обнаружено «-ушесіїнчіпое pa і. пічне формы резнстинных сверх-прпвііnuiuix переходов для рассматриваемых систем с замещением мені пнкс іем п же. н-нім. В го время как в нервом случае сперхпро-віі.іяшпіі ін'рехот. уіннряясії. в целом сохраняет свою форму; х;:рак-іери.мо л їм НТСІІ. м случае лее замещения меди железом большая
часть перехода имеет отрицательную кривизну. Такое поведение связано с ііерерасті])еде.те]іием электрического тока между нлоско-сгямн и цепочками. Более ярко описываемы!! эффект проявляется D магнитном поле.
Изучена температурная зависимость электросопротивления монокристаллов \'Ва2СизО;_у и направлении, параллельном плоско-стн ab, при гидростатическом давлении до 8 kbar (в качестве среды, передающей давление, был использован пізообразпьііі гели!!). Из этих данных была оценена решеточная постоянная Грюнайзсна -, в рамках простейшей модели Блоха Грюнайзсна, оказавшаяся аномально большой, 7 = 6.8. что говорит о проблематичности использования это!! модели для описания транспортных свойств соединения УВа-СизОт-у.
Изучен эффект Холла для борокарбнда YXi-^C. Показано, что, несмотря на некоторую схожесть структур борокарбидов и перои-скнтоподобных оксидов, свойства этих систем и сверхпроводящем и нормальном состояниях существенно различны. Слабая температурная зависимость коэффициента Холла в YNi^B^C, в противоположность ВТСП.свндетельстиует о существенном различии механизмов проводимости в нормальном состоянии. Отсутствие же инверсии знака эффекта Холла в смешанном сверхпроводящем состоянии позволяет сделать вывод о том, что динамика вихревой решетки и этих слоистых соединениях также существенно различна.
Практическая значимость работы заключается в определении влияния типа редкой земли исходной матрицы на свойства допи-рованных систем ШГВагСизС^-у с различными тинами замещения (RE на Рг ц меди на 3d металлы).
На защиту выносятся:
-
Результаты систематического экспериментального исследования сверхпроводящих п нормальных свойств в широком интервале температур (1.С -г- 300 К) и магнитных полей (до 150 кОе) дл>і допиуовомних систем i7i_xPrxBa2Cu307-y и /?,Ba2(Cui_xiUcx)307-y {RE = Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tin; Me = Ni, Fc).
-
Положение о том, что именно величину ионного радиуса ПЕг~ 7йог:но рассматривать как параметр, определяющий свойства дона-ро:;синих систем v.r.ia Ji-EBajCuyOy-y как для случая замещения Рг лозии.:;.^ ПЕ, так і; елуча;: замещения 3d металлами меди в плоек.)
стях и цепочках.
3. Модель, связывающая укачанный эффект ( усилением неупорядоченности її вызнанным м.м эффектом локализации її системах па основе i?/vif с большими ионными радиусами.
І. Лна.'інч результата» изучения темііерат> рноіі зависимое! і: электросопротивления монокристаллом УВа;)Сн;іО;_у » нанраіі.те-ішп, параллельном плоскости ah. при іидропаїтіческом давлении до 3 kbar. а также -эффекта Хол.та для борокарбнда УХі-ДІЛ'.
Апробация раоогы. Основные результаты диссертации докладывались па lth International Conference on Materials к MechaniMus of High-Temperature Superconductors (MJS — 11TSC — IV), Grenoble France, July 5-9, 199-1; International Conference on Magneti'in (ICM'9-1), Warsaw, Poland, August 22-2G. 1994; XXXII Animal Scientific Meeting of European High Pressure Research Grou]). Brno. Czech Republic, August 29 - September 1, 199-1; 30-е Совещание но фишке ціпких температур (1ГГ-30). Д\'бна. G-S сентября, 199-5: International Conference on Molecular and Oxide Superconductors (M0S'9G), Karlsruhe. Germany. August 2-G. 1996; International Conference on Low Temperature Physics (LT-21), Prague, Czech Republic, August 8-М, 199G; Iuteniational Conference on f-E!ements (ICFE3), Paris, Frauc, September 1-1-19. 1997.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано a 9 работах, список которых прпнедеп п конце апго])С(1)ерета.
Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из ітеде-ішя, 7 глан, приложения п заключения. Работа изложена на 111 страницах, включая -17 рисунков п библиографию из 95 наименовании.
