Введение к работе
Актуальность работы Jiкрытиe в 1380 году Ееднорцом и Мюллером високотеші^рной сворхпроводииостк ( БЇСП ) в оксидной системе 1л2_х»^Си04( Тс~30 J{ ) явилось наиболее ярким событ! ;м в современной фиэико-химми твердого тела и вызвало огромное и все нарастающее число исследований, нвправлениых как на сосершенстьованне технологий получения керамических и пленочных систем с высокиаи Тс и изучение их физико-химических характеристик, так и на попытки понять природу и механизм ВТСП в столь необычном с точки зрения традиционных сверхпроводников классе иатериалоа.
Как результат, в течение последующих нескольких лет был синтезирован целый ряд оксйдов, обладавщих сверхпроводимостью при критических температурах вшо точки кипения жидкого азота ( Т=77 К ). 8 'настоящие время известны три раэличные группы ВТСП, отличающиеся по ряду параметров; простые купраты, БТСП типа і-2-3, словные купраты.
Общая формула для простых купратоа имеет вид R-, хАхСи04, где R - трехвалентный редкоземельный каткой, А г"выбирается для окисления СиО слоев в кристаллической решетке ВТСП ( например Sr, Ба, Са ). ВТСП типа 1-2-3 ( последовательность цифр отряіает количественное соотношение атомов редкоземельного элемента, Ва и Си ) имеет общую формулу №aoCUq07 „. где о качестве R обычно фигурирует иттрий. -^ази 1-2-3.могут существовать при любом значении хот О до 1. Обширная группа сложных купратов может быть представлена кчк Т1,ГЬ,Зj/Ба,Sr.Ca/Cu/О Одно из семейств этих ВТСП имеет состав ,СU О, „ а тмлийсодертощая керамика обычно ' ІчражаЙя " Дохлой Tu'.Ba^aorLo,n Максимальная Т местная в павшее вр?мя для 'ть'их ВТСП - ^и~ ' име но Іл таляийсодержочей керамики и составляет IS К.
Несмотря на белькно формулмп» различия', все эти классы ВТСП, по суги, являются сложными оксидами меди. Со структурной точки зрения, общим для них является наличке ? кристаллической структуре плоскосте!! СuOo , чоредующихся со слоями из других атомов, входлгдех з состав Согласно современным представлениям
медь-киелсроц'Ш элекрронная конфигурация, ре:ліvг>еш,і у плоскостях CuOg , стветстгенна за появление вмс.окотсшера-і урноi сверхпроводимости.
Б настоящре время с Ы.ОСКОй ДОСТсВЄрНОСТ№ исследована крястгллическат структура вс-^х классов ВТСП Набран обширн:й эксперпмечтальный материал, связанный с и^учением электронного строения как валентных, тг,к и остоьных состояний, рыполнены зойные и .слаетерные расчеты электронной структуры с привлечением самых современных методик ксследования. Были предприняты многочисленные. попытки вылснения механизмов, лрибодящих h высоким зиаченилм критической температуш в" куприных БТСП. Спектр предположений, ЬЬГДазЭНнЫХ по .тому поводу, весьма шярок'. Он простирается от стандартных, основанных на идее кемеровского спгрирания олектронов б результате электрон-йононного взаимодействия, до иринципкалько НОВЫХ, Бвсдящих б рйссмотрение такие ' понятия, как резонаисиае валентные связи или состояния со спонтанным магнитным потоком. Однако, отсутствие необходимой дегализации в экспериментальных исследованиях и теоретических расчетах
не позволяют склониться к тому или иному механизму
высокптемпературной сверхпроводимости.
Мало изученными р настоящее времч язляются ' эафекте легирования базовых сверхпроводящих систем етомами благсродных ютпэв и галогеноз, оущественяо яовышающих качество синтезированной керамики и влияющих на критическую темперагуру а так»е тонкопленочных БТСП, полученных с использованием самііх различных технологий для нужд микроэлеитроники. Ввиду того, что изучаемые материалы представляют собой сесьма олсжные с расчетной точки зрения объекты,' даиболее целесооСразным для псоледования их злек1ронного строения, по-видимому, ясллется пркмрнемне современных экспериментальных методов анализа электронной структуры твердого тела.
Цель» данной работы являетсл - иоследонание
темпеоатурк, и микроструктуры на энер-
гетический , слекти валентных электронов и внутиеинтх урОЕнеИ атомов ЗГСП Ч-ерямккп 1-2-3'я текстуркроганных 1-2-3 пленок ягоцами рснтгено^кгрокной и .рснтгеновой эмиссионной спектроскопии.
' ' в соответствии с поставленной целью решались следующие ооноьныэ задачи:
получение ренггеноэлектронпых и рентгеновских эмиссионHых спектров Исходят , дотированных сереброи и пллеочных-ВТСП образцов m основе систеьы 1-2-3;
изучений влияния температуры на спектральные характеристики валентных состояний и энергии ионизации внутренних уровней ЗТСП;
определение роли d- электронов меди и Си 3d - О 2р взаимодеЯствия п формирозании энергетического спчктра состояний валентной зоны,
Объект исследования. В качестве объекта исследования была выбрана ВТСП керамика группы 1-2-3. Такой выбор обусловлен достаточно высокой температурой перехода, в сеерхпроБОдящее состояние Т^ -<' 90 К, что упрощает экспериментальные исследования сверхпроводящего перехода.. Ироме того технология синтеза керамики и 1-2-3 пленок хооошо отработано что позволяет получать' однофазные образцы высокого качества с соспронзводимыми свойствами. Немаловажным фактором являетсл татай то что 1-2-3 керамика в -частояаее вpevi " наиболее "хорошо изучена по «тавнекию с' другими группа ВТСП как- экспериментально так * теоретически Это несомненно облегчав интеик-ташю по^нчьх ' в 'nviore .езультатов и их сопоставляй" с данными других авторов " ' ' Научная новизна.работы. Епервые р рамках одной работы
получены рентгеноэяектроикые и эмиссионные спектри
допированнкх сереброи' ВТСП системы 1-2-3 и тонки< текстурЙрюванных пленок, что позволило исследовать ' распределение полной плотнсстн состояний и состояний ' -симметрии в ралентной зоне. Детально изучены, спектры остовных урлвней атомов иттрия, барря, меди и кислорода. Впервые устаноплено что при охлааден образцов среднее зарядовое число атомов меди увеличивайся с преобладание» друхвалентных состояний. Показано,что наиболее сильно этот э<МЬект проявляется в спектсах 'остовных уровней ВТСП магнетронних пленок характомзуйш «ю аоааениоЯ' текстурой ' Установлечь язь 'стег-ттоіого упорядочения и спектральных'"' чашктер^ткк ВШ чтжщ^я в герераспределн плотности состояние в
валентной зоне и появлением ярко еыражокшх особенностей ь спектрах зну1рєнних уровнек до1шрованшх і; пленочних образцов. Локазкно, что охлаздгниг оксидов меди и ВТСП поводит к делокализаїш Си 3d- состояний и сдвигам 3d-подаснч меди в сгороку опыших энергий рентгеноаско'о перехода. Дана интерпретация этого эффекта. В поверхностно»,! слоо 1-2-3 пленки при низких температурах обнаружено уменьшение ичтенсивности низкоэнергетической компоненты Is спектра кислорода, характерной только для ВТСП.
Практически значимость работы. Результаты работе могут бить исползаны для дальнейшей детапизации результатов зкопе-:шентады:ьк исследований в ц^ллх обьяснения механизма высокотемпературной сверхпроводимости. Появление дополнительных особенностей в рентгеновских электронных спектрах ВТСП как в валентной зоне, гак и у атомного остова может служить критерием стрултурного упорядочения кэрамичосккх и гленочных образцов.
Основные положения, выносишь на аащиту.'
I. РезулІ^тІГ исследсвания энергетического спектра . валентных электронов 1, ОСТОзНЬК состояний в высокотемперитурных сзерхпроводниках методами рентгеновской электронной , и рентгеновской эмиссионной спектроскопии при комнатной и низких температурах.
?, Появление дополнительных особенностей в спектрах ьнутренннх уровней ВТСП Й зависимости от степен, допирования и микроструктуры.
-
Увеличение среднего зарядового числа атомов моди в БТСЛ вслелствге усиления перекрытия медь-ки^едних валентных орбитой ш низкотемпературном скатии оешеткк.
-
^локалйзация V состоялй ,еди " и сдвиги Си 3d подуоны 3 сторону ксньшх энергий 3d-*2p ие-реход«) в связи о усилением Си 3d - О 2р взаиыодействия'. '
5, Модмь отруктуры. энергетических уровней БТСП 1-7.-6 i!a основе полученных нами' экспериментгльны:: рат/лыатсв и 1еорєтичаокіг.с расчетов в рамках
метода МО ЛКАО,
Апробация работы, ре^ультаты диссертрцнонной работы
докладывались и оСсуждалясь на XV Всеооюзнсм совещании, по
рентгеновской и электронной спектроскопии (Ленинград,
1988V, II Вотсойзной кочймм>нц«и по высокот^мпературной
свсриюово /.мости (Киев J9S9); XII Всесовзной
«moLcem-nape "Рентгеновские к электронны» спектры и
химическая связь" (Ивано-Франковск, 1839);. IП
йежетнаюолчом семинаре по репгенопской « электронной
спектроскопии (Польша, Мадралин, 1989)
Публикации. Па теме диссертации опубликовано 5 работ. Структура и объем диссертации. . Диссертационная работа состоит из введения,четырех тяаэ, заключения, виводов и списка, цитируемой литературы. Обдай объем'диссертации сост&вляет 145 страниц, в тон числе 117 страниц машинописного текста, 31 рисунок на 23 страниМах,, 10 таблиц. Г1исок литературы содержит 112 наименований,