РАЗДЕЛ 2
ПОДПОРОГОВОЕ ДЕФЕКТОБРАЗОВАНИЕ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ МАЛЫМИ ДОЗАМИ БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ И
g-КВАНТОВ
2.1. Введение
В настоящей главе представлены результаты исследований дефекто-образования в
соединениях YBa2Cu3O7-d и (Bi0.8Pb0.2)2Sr2Ca2Cu3O10 при облу-чении малыми
дозами быстрых нейтронов и g-квантов. Показано, что в высоко-температурных
сверхпроводниках малые дозы облучения, создавая низкое число радиационных
дефектов за счет ударного механизма, стимулируют более интенсивное подпороговое
создание дефектов. Такое дефектообразование реализуется преимущественно в
промежуточных слоях сверхпроводников и сопровождается переносом и увлечением
атомов вдоль оси с, изменениями радиуса и числа вакансионных кластеров,
немонотонным поведением крити-ческой температуры и ослабевает по мере понижения
содержания кислорода.
Воздействие малых доз радиационного облучения в металлах и полу-проводниках,
как правило, приводит к понижению числа дефектов, упорядо- чению
кристаллической решетки и более однородному распределению дефек-тов в объеме
[98-100]. При более высоких дозах превалирует создание радиа-ционных дефектов,
число которых превышает количество собственных дефектов, разупорядочение
кристаллической решетки, образование областей неоднородного распределения
дефектов. В высокотемпературных сверхпровод-никах интервал малых доз можно
определить по зависимости критической температуры и сопротивления от величины
дозы. Установлено [101-140], что при флюенсах быстрых нейтронов fі1017 см-2 и
дозах g-облучения D>2-4 MГр Тс падает с ростом дозы, а металлический ход
температурной зависимости сопротивления R(T) трансформируется на
термоактивационный. Падение Тс начинается с концентрации радиационных дефектов
Nd і5Ч1021 cм-3 при значительном разупорядочении решетки. Поведение R(T) и Тс
связывается с локализацией носителей и усилением рассеяния носителей на
дефектах. Плавное понижение Тс и изменение зависимости R(T) с ростом дозы
является универсальным для ВТСП при fі1017 см-2 и не зависит от природы
радиационных частиц (электроны, протоны, ионы, нейтроны или g- кванты). При
этом система YBCO характеризуется большей радиационной стойкостью по сравнению
с висмутовыми, таллиевыми или ртутными сверхпроводниками.
Отметим стимуляцию высокотемператуpной сверхпроводимости в диэлектрике La2CuO4
при облучении быстрыми нейтронами с fі1018 см-2 [141], когда разупорядочение
ведет к образованию областей с избытком кислорода, где происходит допирование
диэлектрика до сверхпроводящей фазы La2CuO4+d.
Таким образом, интервал малых доз для YBCO и BSCCO сверхпровод- ников
ограничен флюенсами нейтронов f<1016-1017 см-2 и дозами g- квантов D<2-4 МГр.
При облучении малыми дозами быстрых нейтронов и g- квантов Тс и R(T), как
правило, не меняются. Однако при отсутствии влияния на Тс и R(T) имеют место
изменение поверхностного состава, образование кластеров дефектов размером до 10
нм [142,143], увеличение плотности критического тока, уменьшение количества
сверхпроводящей фазы.
Действие малых флюенсов f<1015-1016 см-2 заряженных частиц подобно влиянию
нейтронного облучения [139,140,144-148]. Температура Тс, как правило, не
меняется или слабо растет, повышается плотность критического тока и меняется
элементный состав кристаллитов [149]. В работе [150] облучение малыми дозами
электронов с энергией 1 МэВ пленок YBa2Cu3O7 наряду с повышением Тс приводило к
понижению критического тока, что связывалось с влиянием дислокаций. При
интенсивном электронном и ионном облучении изменяется морфология поверхности
[91,151]. Бомбардировка пленок YBa2Cu3O7 ионами H+, O+, N+ с f<1015 см-2
приводит к немонотонному росту Тс с максимумом при f= 1011 см-2, величина
которого определяется качеством образцов [142]. Отметим, что смещение Тс
указывает изменение концентрации дырок в купратных слоях под действием малых
доз радиацион-
ного облучения.
Таким образом, облучение ВТСП малыми дозами частиц может стиму-лировать
изменение числа дырок в купратных слоях и немонотонное поведение Тс, реакции
ассоциации дефектов, которые ведут к образованию кластеров и изменению
элементного состава поверхности. Такие процессы происходят одновременно с
радиационно-стимулированной диффузией дефектов, направ-ленной на
совершенствование решетки и залечивание дефектов.
Кроме того, в ВТСП облучение малыми дозами нейтральных частиц может
стимулировать или усилить коллективные возбуждения при диссипации энергии в
сверхпроводниках и создании радиационных дефектов в решетке. Появление дефекта
в окрестности n-го узла с координатой приводит к возмущению зарядовой плотности
dZie(r- и смещению ионов из узлов решетки dRn, возмущенный гамильтониан
взаимодействия которых с более тяжелыми носителями [41]
, (2.1)
где – кулоновская часть экранированного электрон-плазмонного взаимодей-ствия
дефекта с зарядом dZie, и матричный элемент электрон-плазмонного взаимодействия
с возмущениями зарядовой плотности
, (2.2)
где - блоховские волновые функции электрона в l-зоне , jq = 4pdZie(q)/q2 -
фурье компонента потенциала. Кулоновское взаимодействие носителей с
возмущениями dZie(r- увеличивает спектральную плотность и число возбуждений в
объеме кристалла. Распространение возбуждений вдоль с оси может сопровождаться
подпороговым созданием дефектов, переносом и увлечением атомов поперек CuO2
слоев.
Отметим, что первое слагаемое возмущенного гамильтониана вносит вклад в
электрон-фононное взаимодействие
, (2.3)
где -вектор поляризации фонона, Vil- экранированный ион-электронный
псев-допотенциал.
Рассмотрим влияние облуче
- Київ+380960830922