Экспериментальное исследование сверхпроводников методами ЯКР Матухин, Вадим Леонидович

Введение к работе

Актуальность_темы. Среди физических методов исследования сверхпроводящих соединений видное место занимают методы мэгнитной радиоспектроскопии. Сложность кристаллической структури, трудности получения монокристаллов сверхпроводящих соединений ограничивают применение известных методов исследования зонной структури металлических систем с циклотронный резонанс, осциляционныз квантовые эффекты:). Сведения об электронной структуре сверхпроводников можно получить с помощью ядерного магнитного резонанса сЯМРэ. Однако в целом ряде важных систем, тэких как нптвршталлическпв соединения с кристаллической структурой типа А-І5, квазпдвумврнив слоистые соединения дихалыгогенидов переходных металлов, метод ЯМР сталкивается с существенными трудностями, обусловленными большой величиной ядерных квадруполышх взаимодействий. Для исследования этих соединений оказалось возможным использовать прямой метод изучения ядерних квадрупольних Езаимодайствий-метод ядерного квад-рупольного резонвнса сяКРэ.

Методы ЯМР, ЭПР в течение сравнительно длительного времени эффективно используются в исследованиях физики металлического состояния. В отличии от указанных методов, широкое применение спектроскопии ЯКР в этой области началось лишь в самое последнее время и непосредственно связано с открытием в 1986 г. Беднорцем и Миллером высокотемпературной сверхпроводимости сВТСШ. Известно, что открытие ВТСП, имевшее большое теоретическое и практическое значение, вызвало наступление особенно бурного периода исследовательской активности, в том числе, и в области ЯКР спектроскопии. Большое число радиоспвктроскопических работ, по изучению ВТСП, выполненных за прошедшие несколько лет, посвящено ЯКР-исследованиям в ВТСП.

Спектры ЯКР в металлическом состоянии исключительно чувствительны к различного рода сверхтонким взаимодействиям. Высокая чувствительность связана с отличительной особенностью ЯКР: основной спиновый гамильтониан в данном случав целиком определяется внутренними взаимодействиями в кристалле. В практике научных исследований методы спектроскопии. ЯКР могут быть использованы, в принципе, для изучения любых явлений, прямо или

косвенно связанных с изменениями локального электрического поля на резонансных ядрах. Методы ЯКР, являясь прямыми методами исследования, представляют собой наиболее аффективные и точные метода изучения ядерных квадрупольяых взаимодействий. При исследовании этих взаимодействий возможно получение сведений о симметрии кристаллов, фазовых переходах, характеристиках химической связи. Следует отметить, что методы ЯКР-спвктроскопии позволяют определить параметры ядерных квадрупольных взаимодействий независимо для отдельных неэквивалентных кристаллографических позиций КЕЭдрупольных атомов.

Особенно ценную информации на микроскопическом уровне далге исследования процессов ядерной релаксации. Важное. преимущество методов ЯКР в этом случав состоит в том, что измерения релаксационных параметров могут быть выполнена без приложения внешнего магнитного поля, что значительно упрощает анализ экспериментальных данных. Чзмерения скорости ядерной спин-решеточной релаксации позволяют получить сведения о природе низкочастотных спиновых флуктуации и величину энергетической ЩЭЛИ; измерения могут быть выполнены как в нормальном, так и в сверхпроводящем состояниях.

Методы ЯКР, благодаря большому числу и разнообразив квадрупольных ядер, оказались чрезвычайно полезными, и в последние годы наблюдается значительное увеличение количества работ, посвященных изучению кристаллов с особыми физическими свойствами ЯКР спектроскопией. Все больше новых обьектов СВТСП, соединения с тяжелыми фершонами, спиновые стекла', квазиодномерные органические комплексы с перекосом зарядаэ становятся предметами глубоких исследований. В настоящее время спектроскопия ЯКР заняла прочное место среди физических методов исследования сверхпроводящих соединений. В представленной работе метода ЯКР выбраны в качестве основных методов исследования.

Шёь^вбдти. Настоящая диссертация посвящена экспериментальным исследованиям некоторых вопросов физики сверхпроводников методами ЯКР сЯКР ⁹³кь. ^63,6Scu. ^13аио.

Перечисленные экспериментальные методы применялись для решэния следущих основных задач:

I. Изучение ядерных квадрупольных взаимодействий, ниобия с ыьэ

в интерметаллических соединениях с кристаллической структурой типа A-I5.

1. Исследование особенностей электронного строения тройных твердых растворов на основе соединения Nt>₃Al.

2. Исследование структурных переходов и процессов нятеркали-рования в дихалькогенидах ниобия.

3. Изучение ядерных квадругольных взаимодействий ^e3,6Gcu в образцах керамики 1-2-3, обработанных в парах галогенов.

4. Исследование магнитных свойств системы La₂cu_IXZn_xo₄ сх » о-олэ импульсным методом ЯКР ¹³⁹La.

Научная_новизна и.практическая ценность работы состоят в

1. Впервые на основе данных ЯКР определены параметры ядорных
квадругольных взаимодействий ^ь в двойных интерметалличоских
соединениях с кристаллической структурой типа A-I5 - ыь₃х сх = ai.

Ga. Ge. Sn. I г . Pt. SbO .

5. Установлены особенности электронного перераспределения при образовании тройных фаз на основе интерметалличвского соединения Nb₃Al.

6. Обнаружено аномальное возрастание скорости спин-решеточ-ной релаксации ядер ниобия с мю вблизи температуры перехода в сверхпроводящее состояние в соединении МЬ„А1.

7. Методом ЯКР мь определено существование орторомбических соизмеримых доменов в низкотемпературной ВЗП фазе интерметаллического СОЭДИНОНИЯ 2H-NbSe₂.

8. Выполнена -оценка переноса заряда пря интеркалированш 2н модификации дисульфида ниобия гн-мьэ₂ элементами третьей группы

СМ» = В. AI . Ga. 1пГ>.

е. Установлено существование сравнительно однородной по электронным состояниям атомов cueгз структуры медно-кислородпых плоскостей сио_а в керамике 1-2-3, обработанной в парах галогенов

СВг, I)

7. Впервые МеТОДОМ ЯКР ^I39La 0ПрвД8ЛЄІШ МОГНИТНЯЯ фЗЗОВЕЯ Диаграмма CHCTeMU La_?CCu,Zr0 0₄.

Работа имеет практическую ценность, поскольку получоптше экспериментальные данные вошли в известный спраіючшш параметров

СПвКТрОВ ЯКР CLandolt - Bernstein, v. го. Nuclear Quadrupola

Resonance Spectroscopy Data, 1997. H.Chihara. N.Nakamura) И МОГУТ

быть использованы при рассмотрении теоретических моделей электронной структуры интэрметаллических соединений.

ЙШЙ^ШШЗ-Е^бо* Основные результаты диссертации были представлены на хх конгрессе ampere сТаллин, I978>, vi и xi Международных симпозиумах по ЯКР-спектроскошаї с Москва, 1981; Лондон, 1991:>, хи Европейском кристаллографическом конгрессе с Москва, ieea), xv Международном кристаллографическом конгрессе сБордо, 1990), Первом Совэтско - Индийском симпозиуме по актуальным проблемам спектроскопии магнитного резонанса сДушанбе, 1982), Международной амперовской школе сНовосибирск, 1987); докладывались и обсуждались на ххп и xxvi Всесоюзных совещаниях по физике низких температур с Кишинев, 1982; Донецк, І99(ї», і. 11 и ні Всесоюзных конференциях по высокотемпературной сверхпроводимости сХарьков, 1988; Киев, 1989; Харьков, 1991), хіх Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений сТашкент, 1991), і Всесоюзном совещании по проблемам диагностики ВТСП с Черноголовка, 1989), Всесоюзных симпозиумах по ЯКР сКоломна, I97S, 1978, 198b, Всесоюзной конференции по магнитному резонансу в конденсированных сродах сказань, 1984), iv совещании по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий сУЕГород, I99D, Всесоюзном совещании "Химическая связь, электронная структура и физико-химические свойства полупроводников и полуметаллов с Калинин, 1985), координационном совещании по проблемам реальной структуры ВТСП с Черноголовка. 1989), 8, 9, 12 Всесоюзных школах по магнитному резонансу с Таллин, 1983; Кобу лети, 1985; Пермь, I99D, сессии научного совета по магнетизму с апрель, 1990), семинарах КФТИ РАН, института физики металлов УрО РАН, 1ТУ, ШРГТ РАН.

02^іІ2Шіо_Ш2Мьтатн_і_вшюсими8_на_заіщтуц

1. Результаты исследования ядерних квадруполышх взаимодействий ниобия с ыь) в интерметаллических соединениях с кристаллической структурой типа A-I5, которые подтвердили важное значение в формировании сверхпроводящих свойств ц&почвчной структури соединений.

2. Результаты экспериментального исследования стш-решеточ-иой релаксации ядер ниобия c⁹⁵nlo в нормальном состоянии в шп-ер-

шталлпчесіоїх соединениях со структурой Л-І5.

3. Обнаружение методом ЯКР ^ыь существования орторомбическ-
ких соизмеримых доменов в низкотемпературной ВЗП фазе шггормвтал-
лпчвского соединения гН-NbSo

4. Результати исследования характеристичесісих параметров
спектров ЯКР ^^3,6^ в керамике 1-2-3, обработанной в парах
галогенов. Анализ поведения ЯКР параметров позволяет считать, что
ГВЛОГЄНИ38ЦШІ ведет к перетеканию отрицательного заряда в цепочіш
н образованию дырок в мзднокислородннх плоскостях сио_а.

в. Выявление закономерностей и особенностей в магнитной релаксации ядер лаптапа в система La₂ccu₃ __xZti_xdo₄.

Публикации!. Основное содержание дпссерт8цип изложено в 2S публикациях в центральной печати. Список публикаций приведен в кощо автореферата.

Q3bOM_n_CTpyKTypa_pa6gTiij. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основних вшюдоз и списков авторской и цитированной литературы. Общий обьэм диссертации составлявт 277 страниц основного текста с включая 61 рисунок, 15 таблиц н 213 литературных ссылою.