Введение к работе
Актуальность теш._ Загадочность многих физических свойств, открывающиеся перспективы технического применения и отсутствие единого взгляда на природу открытых Беднорцом и Мюллером 111 высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) делают задачу по исследованию металлооксидных соединений весьма актуальной. Перспективными для целенаправленного изучения сверхпроводящих корреляций в ВТСП -оказались динамические' методы ЭПР [2], ЯМР [3] и ЯГР [4], позволяющие получить информацию с определенных групп атомов и использующие в качестве локальных зондов электронные магнитные моменты как собственных, так. и примесных ионов, ядерные спины атомов и мессбауэровские метки, замещающие определенные позиции в кристаллической решетке. Выделенное положение динамических методов в понимании механизмов образования сверхпроводящего конденсата связано с тем, что в ВТСП локальные электронные и колебательные характеристики, которые избирательно изучаются резонансными методами, играют значительно большую роль, чем в классических низкотемпературных сверхпроводниках из-за малой длины когерентности в метал-лооксидах < 20 А , т.е. сравнимой с размерами элементарной ячейки кристаллической структуры. Теоретические исследования явлений, проявляющихся в спектрах ЭПР, ЯМР и ЯГР и связанных с кинетикой локальных электронных (локализованные магнитные моменты, населенность штарковских уровней редкоземельных ионов, переменная валентность переходных ионов в ВТСП и др.) и колебательных ( локальные колебания отдельных групп атомов, движение ионов в многоямных потенциалах и др.) состояний как в ВТСП, так и в сверхпроводящих интермегаллических соединениях, несмотря на их многочисленность, не являются к настоящему времени исчерпывающими для понимания совокупности многочисленных экспериментальных данных. Поэтому построение теорий, описывающих кинетику локальных состояний и учитывающих конкретную структуру и свойства сверхпроводников,представляется актуальным как- с точки зрения углубления знаний о природе сложного и проявляющегося в макроскопических масштабах квантового явления сверхпроводимости, так и для дальнейшего изучения возможностей применения радиоспектроскопических и У - резонансных методов для исследования внутренней структуры ВТСП.
-4--Цель работы состояла:
-
В построении теории ЭПР на локализованных магнитных моментах в сверхпроводниках 2-го рода и, в частности, в бесщелевой их фазе.
-
В оценке параметров промежуточного электронно-ядерного резонанса ионов ванфлековского типа в интерметаллических сверхпроводящих соединениях.
-
В изучении возможности исследования зарядового состояния ионов меди в неэквивалентных позициях иттриевых металлоок-сидных керамик методами ЭПР и ЯГР.
-
В исследовании неравновесной кинетики электронов проводимости и парамагнитных ионов в сверхпроводниках.
-
В установлении связи между сверхпроводящими корреляциями и динамикой локальных колебаний атомов медь-кислородной подсистемы в ряде сверхпроводящих купратов.
-
В анализе динамики ионов - носителей локализованных электронных состояний, участвующих' в образовании сверхпроводящего конденсата - движущихся в двухъямных потенциалах.
-
В изучении влияния гранулярной структуры сверхпроводников на их магнитные характеристики.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
-на микроскопической основе получены уравнения движения намагниченности парамагнитных примесей и электронов проводимости в сверхпроводниках 2-го рода;
-на основании уравнений движения намагниченности изучена парамагнитная релаксация локализованных спинов в условиях их связанного движения со спинами электронов проводимости в сверхпроводящей фазе;
-исследовано влияние сверхпроводящих флуктуации на основные параметры ЭПР;
. -определен спектр и форма линии магнитного резонанса в сверхпроводниках с парамагнитными центрами ванфлековского типа;
-показана возможность изучения зарядовых состояний ионов меди в позициях Сиі в несверхпроводяших составах керамики YBajCujO^H на основании микроскопического расчета динамического отклика системы с переменной валентностью парамагнитных ио-
- 5 -ов, дано возможное объяснение резкого падения интенсивности игнала ЭПР при переходе к сверхпроводящим составам этой кера-ики;
- определена зависимость температуры сверхпроводящего пе-
ехода соединения с нецентральными ионами от концентрации ло-
альных электронных пар, конденсирующихся на этих ионах;
-показано, что сверхпроводящие корреляции при сильной лектрон-фононной связи могут приводить к уменьшению ёнергии олебаний ионов - носителей локализованных электронных состоя-ий, гибридизованных с зонными электронами и в некоторых слу-аях могут способствовать образованию двухъямных ионных потен-иалов при переходе образца из нормальной в сверхпроводящую азу;
предложен механизм сверхпроводимости, объединяющий яектронные и колебательные свойства медь-кислородных, цепочек эединений YBa3 СіиО^и позволяющий объяснить взаимосвязь между 2 и изменениями частоты локальных колебаний квазимолекул І-СиІ-04.
на основании анализа результатов микроскопического рас-гта предложено возможное объяснение наблюдаемых температурных юмалий относительной вероятности эффекта Меесбауэра в соеди-гниях со структурой (123), заключающееся в изменении потенци-яьнрй энергии локальных колебаний квазимолекул (М-СиІ-04 при эреходе в сверхпроводящую фазу;
получена формула для температурной зависимости среднек-здратичного смещения ионов, движущихся в двухъямных потенциа-ах как в нормальной,, так и в сверхпроводящей фазе,и выявлены зновные параметры,"управляющие" динамикой нецентральных ионов
металлооксидных соединениях при описании ВТСП в рамках модели БКШ и сверхпроводимости локальных пар;
исследовано поведение отклонения населенности основного тнглетного уровня ванфлековских ионов, находящихся в сверх-эоводящих электродах туннельного контакта SIS, при различных шряжениях на контакте и при разных значениях параметра раз-гшения куперовских пар;
на микроскопической основе получены и решены уравнения га неравновесной спиновой кинетики в туннельном контакте фер-
- б -
ромагнетик - сверхпроводник с парамагнитными примесями;
обсуждена возможность размытия пика в скорости релакс ции ядерных спинов в сверхпроводящей фазе вблизи критическ температуры и отклонения от закона Корринги в нормальной фа в гранулированных сверхпроводниках из-за неодновременности у тановления сверхпроводящэго порядка в отдельных гранулах межгранульного взаимодействия квазичастиц;
с помощью численного эксперимента на ПЭВМ исследова распределение токовых путей в тонких гранулированных пленках изучены некоторые магнитные свойства, связанные с экранироЕ нием сверхпроводящими токами нормальных и диэлектрических с ластей пленки.
Практическая ценность работы заключается в согласии с новных, полученных в ней результатов с экспериментом. Т изученный в работе и находящийся в резком противоречии с с явствовавшими ранее результатами, следовавшими из теории ШЕ сверхпроводниках, эффект сужения линии ЭПР при переходе сверхпроводящую фазу в условиях "узкого электронного горі находится в согласии с наблюдавшимся экспериментально сужен* линии резонанса на магнитных состояниях Ег в соединении La-[53. Сопоставление экспериментальных и теоретических крив для параметров ЭПР в несверхпроводящих составах иттриевой ъ рамики состава (1S3) позволило сделать выводы о характе распределения заряда ионов меди в позициях Си1 и объясни наблюдавшееся во многих экспериментах С6,73 резкое падение у тенсивности сигнала ЭПР при переходе к сверхпроводящим сосі вам этой керамики. В согласии с экспериментом находится и ие ченный в работе эффект уменьшения относительной вероятное эффекта мессбаузра вблизи Те в соединениях со структурой (її Е43. Практическое значение имеют результаты численного зкеї римента, позволившие на основании задания случайных прос ранственных распределений нормальных и сверхпроводящих гра* понять ряд особенностей в протекании замкнутых сверхпроводяї токов в тонкой гранулированной пленке и получить согласующие с экспериментом температурные кривые для диамагнитной восщ имчивости. Получены также и другие важные для изучения прирс
СВерХПрОВОДЯЩеГО СОСТОЯНИЯ результаты, Которые МОГУТ CTHMyj
- 7 -вать новые эксперименты. К таким относятся, во-первых, ре-льтаты исследования неравновесных сверхпроводников показы-ощие, что редкоземельные ионы могут выполнять зондирующие якции и дать наибольшую информацию при изучении неравновес-к ВТСП, где из-за близости величин энергетического расщепле-ї штарковских уровней ионов и сверхпроводящей щели, будет эисходить сильное изменение населенности уровней парамагнит-с ионов, вызванное отклонением" от равновесия системы элект-юв проводимости. Во-вторых, предложенный в диссертационной 5оте метод исследования механизмов рассеяния квазичастиц с эеворотом спина в сверхпроводниках, основанный на спиновой секции в неравновесном контакте ферромагнетик-сверхпроводник кет составить конкуренцию ЭПР и в некоторых случаях превзой-его по информативности (из-за возможности изучения кинетики цественно неравновесных спиновых систем) и точности- (из-за :утствия необходимости использования магнитных полей и учета )аничений, связанных со скин-слоем и неоднородностью в распадении вихревого магнитного поля). В-третьих, проведенный в юте с точек зрения различных механизмов сверхпроводимости шиз динамики ионов-носителей локализованного электронного ітояния, находящегося по энергии вблизи уровня Ферми , может [ получении соответствующих экспериментальных результатов 'Ь вполне определенные ответы относительно природы сверх-«одимости в ряде ВТСП.
Апробация работы. Основные результаты работы докладыва-!Ь на семинарах кафедры теоретической физики КГУ (Кавань); Всесоюзной школе-симпозиуме физиков-теоретиков "Коуров-16" (Свердловск,1977); на XX Международном Амперовском ігрессе (Таллинн,1978); на кафедрах физики университетов США liversity of Texas at Arlington, Arlington, Texas, 1985-86; versity of Miami, Coral Sables, Florida, 1986);на Мартовс-\ митинге Американского физического общества (March Kfeeting American Physical Society, Las Vegas, Nevada, 1986); на ce-rape лаборатории строения вещества Института химической фи-си РАН,(Москва, 1991); на XII Всесоюзной №оле по магнитному юнансу (Пермь,- 1991); на 29-м Совещании по физике низких шератур (Казань, 1992); на итоговых научных конференциях
Казанского и Марийского университетов.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 29 нау ных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух пр ложений. Она содержигЗіО страниц машинописного текста, вкл чая 39 рисунков. Список литературы включает 187 наименований
