Введение к работе
Актуальность темы. Вот уже 10 лет продолжаются интенсивные и разносторонние исследования физических свойств высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [I,2). Неослабевающий интерес к исследованиям ВТСП определяется, ко крайней мере, двумя важными обстоятельствамп: во-первых, фундаментальной значимостью исследований, направленных на выяснение механизма высокотемпературной саерхпроводимостя, а во-вторых, появлением широких возможностей использования ВТСП в прітагадньгх целях.
Уже первые исследования [2, 3] показали, что ВТСП являются сверхпроводниками II рода, как правило, представляющими собой весьма сложные джозефсоновасне среды (ДС), состоящие из ВТСП гранул, соединенных между собой слабыми джозефсоновскиия связями. Как гранулы, так и межгранульные прослойки (слабые связи) существенно различаются по химическому н фазовому составу п по структуре, что приводят к большому разбросу локальных значений их критических сверхпроводящих (СП) параметров. При этом физические макросвойства ВТСП, в основном, определяются невысокими значениями СП параметров слабых связей, в частности, критический ток ВТСП образцов ограничивается критическим током наиболее "слабых" связей ДС Щ.
Так как величины критических СП параметров: температуры Тс, токаре, аапряженностей магнитного доля Не), На являются определяющими при отборе сверпроводннжов для прикладных целей [4], то, естественно, что в последние годы исследования ВТСП значительной мере направлены на изучение физических процессов, происходящих в слабых связях.
В этой связи как с приклади ой, так и с фундаментальной точек зрения весьма актуальным и интересным представляется обнаружение н исследование новых физических эффектов, происходящих в джозефсоновских средах, я их практическое использование.
Одним из наиболее информативных и удобных методов исследования джозефсоновских ВТСП сред является изучение их иапшт-ных свойств. Известно, что магнитным свойствам ВТСП, также как и магнитный свойствам "классических" жестких сверхпроводников II рода, свойственен гистерезис, связанный с явлением захвата магнитного потока (ЗМП) [5]. Однако, если механизм ЗМП в "классических" сверхпроводниках, заключающийся в проникновении магнитного потока в виде абрикосовскнх вихрей в сверхпроводник н в их пинЕинте на хаотически распределенных внутри сверхпроводника дефектах, изучен достаточно полно (в частности, известно, что от распределения абрюсосовских вихрей, силы их шшшшга и вх крипа зависят величина критического тока и магнитные свойства сверхпроводника) [6,7], то механизм ЗМП в ВТСП подробно не изучен.
Если принять во внимание важную роль ЗМП в формировании физических нахросаойств "классических" сверхпроводников и механизм ЗМП в них, связанный с пиннингом вихрей на дефектах, то становится очевидным, что изучение ЗМП может служить Еысокоинформатнвяыи методом диагностики ВТСП керамик а пленок. Кроме того, как известно из исследований "классических" сверхпроводников Щ, наличие юти отсутствие захваченного магнитного вихря мозкет служить источником информации. Поэтом)' очевидно, что исследование явления ЗМП в ВТСП является весьма актуальной задачей.
Цельто настоящей работы является комплексное экспериментальное исследование захвата магнитного потока в БТСП: пространственно -временных характеристик ЗМП я их зависимостей от внешнего магнитного поля, температуры, транспортного тока, толщины образца, технологии изготовления образцов и т. д.
Основные задачи проведенных исследований заключаются в:
- последовательном изучении механизма ЗМП в "односвязных"
Y-ВТСП керамиках.
- построении физической модели "односвязных" Y-ВТСП с ЗМП,
адекватно описывающей их остаточную намагниченность в широ
ком днадазоне магнитных полей.
- изучении принципиальной возможности создания приборов на
основе явленая ЗМП в ВТСП-керамиках и пленках, определения
характеристик и области применения таких приборов.
- анализе возможности использования измерений ЗМП как метода
диагностики качества ВТСП-керашие п пленок.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые детально изучены механизмы ЗМП в "односвязных" Y-ВТСП керамиках Показано, что в зависимости от технологии изготовления образца, области внешних магнитных полей, температуры и режима захвата можно варьировать парциальные вклады различных механизмов в ЗМП (1. захват вихрей в замкнутых СП контурах, состоящих из СП гранул, соединенных слабыми джозефсововсгаши связями: 2. захват абршсосовских вихрей в СП гранулах к т. д.), что позволило:
- впервые обнаружить новый тип немонотонных магннтополевых
зависимостей захваченного иагннтного поля в слабых полях, свя
занный с захватом магнитного потока в СП контурах (состоящих
из СП гранул, соединенных слабыми джозефсоновскнми связями) и
взаимодействием между піші..
- впервые построить модель "односвязного" Y-ВТСП с ЗМП, адекватно описывающую пространственные распределения захваченного потока в широком диапазоне магнитных полей (определяемые ЗМП в слабых связях в области слабых полей и подавлением СП слабых связей абрихосовскимп вихрями гранул при переходе в область сальных полей).
Научная и практическая ценность, работы определяется тем, что она существенно расширяет имеющиеся представления о механизмах явления ЗМП в ВТСП. Результаты диссертации могут служить началом работы по созданию управляемых токон элементов нашли, реверсивных запоминающих сред с высокой разрешающей способностью, созданию чувствительных датчиков магнитного поля, его пикового значения и широкодиапазонных магнитных, компараторов, разработки эффективных методов диагностика ВТСП материалов и т.д..
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработав и реализован оригинальный универсальный автоматизированный измерительный комплекс для комбинированного исследования магнитных свойств ВТСП: для изучения пространственно-временных характеристик, магнетополевых, температурных и токовых зависимостей ЗМП и т. д.
-
Проведен комплекс экспериментальных исследовании явлений захвата магнитного потока (ЗМП) в односвязных керамических Y-ВТСП: магнетополевых и пространственно-временных характеристик ЗМП и их зависимостей от температуры, транспортного тока, толщины образца, технологии их изготовления и тд.,что позволило более детально изучить механизмы явления ЗМП в ВТСП керамиках и, в частности, показать, что в зависимости от технологии
изготовления образцов, области внешних магнитных полей, температуры н режима захвата можно варьировать парциальные вклады различных механизмов в ЗМП ( ЗМП в замкнутых СП контурах, захват абрнкосовских вихрей в СП гранулах н т.д.)-
-
Обнаружен новый тип немонотонных ыагнитополевых зависимостей захваченного магнитного поля - эффект "отрицательного захвата" в слабых полях. Для объяснения обнаруженных особенностей предложена модель взаимодействующих сверхпроводящих контуров ("колец") с разными критическими параметрами. Оценены характерные размеры СП колец.
-
Изучена эволюция пространственного распределения магнитных полей, захваченных в цилиндрических односвязных Y-Ba-Cu-0 керамических ВТСП, при изменении внешних магнитных полей ог очень слабых до сильных. Показано, что в области слабых полей Но й 50 Э остаточная намагниченность количественно хорошо описывается моделью Бнна, в области полей Но 1 кЭ - моделью однородной намагниченности, а а диапазоне полей 50 Э < Но < 1 кЭ происходит плавный переход между соответствующими про-странствеяньшя распределениями.
Показана важность з-чета пространственного распределения захваченного магнитного поля при выборе моделей, адекватно описывающих остаточную намагннченость Y-Ва-Со-О керамики в широком диапазоне внешних магнитных полей.
5. Обнаружено сильное влияние геометрических факторов на
релаксационные характеристики: ЗМП, а частности, показано, что
с увеличением расстояния между ДХ и образцом (по оси образца)
и при радиальном перемещении ДХ но поверхности от центра к
краю образца нормированная скорость логарифмической релаксации ЗМІЇ растет и что с уыевыденвш толщины образца скорость релаксации ЗМП уменьшается.
-
Продемонстрирована принципиальная возможность использования макроодаосвязвых ВТСП керамик и пленок с ЗМП в качестве реверсивных запоминающих сред, элементов памяти, датчиков магнитного поля и пикового значения: магнитного ноля, а также широкодиапазонного магнитного компаратора. Указаны пута улучшения характеристик н некоторые области применения этих приборов.
-
Предложено использовать явление ЗШІ для неразрушающего экспресс-контроля качества Y-ВТСП образцов я для диагностики технологии изготовления Y-ВТСП. Показано, в частности, что используя реверс внешнего магнитного пола, ножно добиться контрастного выделения дефектов с разиерами ДХ, а с помощью сканирования датчиком Холла во поверхности ВТСП - построить ю-погранму распределения дефектов в ВТСП образце.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных конференциях Materials Research Society (MRS) 1995 Fall Meeting, Boston 1995; MRS 1996 Spring Meeting, Saa Francisco, 1996; MRS 199« Fall Meeting, Boston, 199«.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 22 печатных работы, в той числе б изобретений. Список трудов приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ш введения, четырех глав, заключения и приложения и содержит 137 страниц текста, в том числа 42 рисунка к список литературы из 65 наименований.
![Детекторные характеристики YBa2Cu3O7-x бикристаллических джозефсоновских переходов с взаимнонаклоненными осями [001] в терагерцовой области частот](/i/i/4489/166246.png "Детекторные характеристики YBa2Cu3O7-x бикристаллических джозефсоновских переходов с взаимнонаклоненными осями [001] в терагерцовой области частот Лятти Матвей Валерьевич")
