РОССИЙСКАЯ Официальные оппоненты: ГОСУДАРСТВЕННАЯ
д.ф-м.н., проф. Ацаркин В. А. БИБЛИОТЕКА
д.ф.-м.н. Рязанов В. В.
д.ф.-м.н., проф. Бразовский С. А.
Ведущая организация: Институт неорганической химии Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Защита состоится 10 марта в 10.00 на заседании диссертационного совета Д.002.74.10 в Институте радиотехники и электроники РАН, по адресу: 103907 Москва, Моховая, 11.
С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Института радиотехники и электроники РАН.
Диссертация в виде научи- клах.. , Февраля 2000 г.
Ученый секретарь дисс;:; гг?- юнного с д.ф.-м.н., проф. /*У
С //
С.Н.Артеменко
Общая характеристика работы:
Исследования систем и материалов с пониженной размерностью за последние 20-30 лет ыросли в одно из важнейших направлений физики твердого тела. Достаточно упомянуть о аких крупных открытиях в этой области, как переход Пайерлса и волны зарядовой и ИНОВОЙ цлотности, квантовый эффект Холла, высокотемпературная сверхпроводимость, огие черты этих явлений еще остаются не ясными, и физические представления еще аходятся в стадии формирования. В этой связи исследования низкоразмерных материалов родолжают оставаться актуальнььми. Настоящая работа посвящена исследованиям двух пов низкоразмерных материалов: квазиодномерных проводников с волной зарядовой отности (материалы типа МХз, М= Та, ЫЬ, Х=8, Бе; К0.3М0О3) и квазидвумерных оводников типа В'^ЭггСаСигОз+х (Вх-2212), в которых проявляется высокотемпературная ерхпроводимость (ВТСП).
Исследования квазиодномерных проводников с ВЗП проводились более 10 лет. Они чинались с изучения однородных, объемных свойств ВЗП и были затем последовательно правлены на изучение свойств ВЗП на все меньших и меньших длинах, сначала авнимых с длиной релаксации фазы , а затем и модуля параметра порядка ВЗП £4(~ 100 ). При этом на малых масштабах длин были обнаружены новые свойства конверсии тока ЗП в ток нормальных носителей, а также квантовые интерференционные эффекты ижущейся ВЗП.
Исследования слоистых ВТСП материалов (В1-2212) начинались с изучения двумерной ецифики сверхпроводящих свойств в плоскости слоев, и были продолжены следованиями поперечного транспорта. Здесь также оказалось, что транспортные свойства ественно зависят от латеральных размеров образца, Ь. Характерные длины - это ндоновская глубина проникновения поперек слоев Лс ~ 20 мкм и джозефсоновская убина проникновния Я/- 1-2 мкм. Исследования были проведены начиная с образцов с I ~ 0'мкм, в которых, как было показано, свойства определяются динамикой и пиннингом . фефсоновских вихрей, и до образцов микронных и субмикронных размеров, на которых
оделяются квантовые интерференционные эффекты связанные с межслоевым
1
. озефсоновским туннелированием куперовских пар. На этих малых образцах было жазано, что межслоевое туннелирование определяется ^/-волновой симметрией параметра
3
порядка и существенным вкладом процессов когерентного туннелирования как для куперовских пар, так и для квазичастиц.
Таким образом, целью работы явился поиск и исследование когерентных и квантовых явлений в низкоразмерных структурах на основе материалов с ВЗП и ВТСП на разных масштабах характерных длин этих конденсированных состояний.
В первой части работы, посвященной исследованию квазиодномерных соединений, рассмотрены некоторые эффекты, обусловленные возможностью коллективного транспо ВЗП в исследовавшихся квазиодномерных проводниках и микроструктурах на их основе, второй части иследованы кинетические и диссипативные свойства слоистых сверхпроводников, обусловленные их квазидвумерной природой. Пониженная размерное этих сверхпроводников определяет возможность наблюдения на них перехода Березинск Костерлица-Таулесса, известного раньше для чисто двумерных систем; образования в магнитном поле специфических для слоистой структуры магнитных вихрей: двумерных магнитных вихрей, джозефсоновских вихрей, пиннинг и крип которых определяет коллективный диссипативный вклад в проводимость. Исследована также возможйость наблюдения эффектов Джозефсона на естественной слоистой структуре квазидвумерных сверхпроводников.
В качестве объектов исследований были использованы монокристаллы квазиодномер соединений о-Т.а8з, ш-ТаЭз, ТаБе?, ЫЬ8ез и мезоскопические структуры на основе МЬБез; ВТСП-монокристаллы УВагСизОт-х и В128г2СаСи208+х (В1-2212) а также нитевидные монокристаллы В1-2212 и многослойные микроструктуры на их основе для изучения транспорта поперек слоев.
Основные результаты работы, выносимые на защиту, состоят в следующем:
1. Впервые исследован эффект Холла при полном пайерлсовском переходе (ПП) в о-Т [ 1]. Из термоактивационной зависимости константы Холла ниже ПП определена энергетическая щель ВЗП. Обнаружено падение концентрации носителей при температур намного выше ПП, свидетельствующее об образовании псевдощели. Показано, что температурная зависимость подвижности носителей имеет аномальный провал в области вследствие дополнительного рассеяния на фононах ‘‘Мягкой’’ моды. Обнаружен предсказанный теоретически, но не наблюдавшийся ранее вклад движущейся ВЗП в холловскую ЭДС [5,6].
2. Исследован ВЧ-отклик ВЗП в о-ТаЭз, m-Tas3, NbSes [7, 8]. На высококачественных образцах NbSe3 субмикронных поперечных размеров обнаружен СВЧ-отклик когерентно движущейся ВЗП, в том числе осцилляции порогового поля срыва ВЗП от амплитуды СВЧ поля. Показано, что отклик хорошо описывается моделью скольжения "жесткой" ВЗП [9].
3. Исследована конверсия тока ВЗП в мезоскопических структурах на основе NbSe3 [39, 50-52]. Найдено значительное уменьшение напряжения проскальзывания фазы при уменьшении расстояния между токовыми контактами с нескольких микрон до нескольких
есятых микрона. Предполается, что при этом появление нового периода ВЗП на одном онтакте и его исчезновение на другом становятся коррелированными во времени[51-52].
4. Обнаружены квантовые интерференционные эффекты движущейся ВЗП на олоннообразных дефектах, содержащих магнитный поток. Период соответствующих сцилляций магнето-сопротивления соответствует “сверхпроводящему” кванту потока с/(2е) на дефект [37, 45-47, 50].
5. С помощью микроконтактной спектроскопии впервые исследовано отражение осителей на границе нормальный металл (Au) - пайерлсовский проводник (К0.3М0О3, bSej) [33,38,44]. Обнаружено избыточное сопротивление микроконтакта при энергии нжектируемых носителей меньше лайерлсовской щели Л. Установлено, что эффект пределяется направлением инжекции вдоль проводящих цепочек. Результаты согласуются механизмом, согласно которому импульс отраженной частицы с энергией меньше Л епосредственно передается в движущийся конденсат.
6. Исследованы магнетотранспортные свойства слоистых ВТСП в области ерхпроводящих флуктуаций [28,29]. Показано что магнетосопротивление в плоскости оев в флуктуационной области хорошо описывается моделью Асламазова-Ларкина в умерном случае вплоть до температур - 250 К. Пренебрежимо малый вклад поправок аки-Томпсона указывает на малость электрон-фононных времен в слоистых ВТСП.
5
7. Обнаружен фазовый переход Березинского-Костерлида-Таулесса в слоистых ВТС (Bi-2212) с температурой перехода Твкг~ на 3 К ниже температуры сверхпроводящего перехода Тс0 [14-16,20]. Показано, что переход обусловлен возбуждением двумерных (2 пар вихрь-антивихрь термическими флуктуациями в индивидуальных купратных слоях слоистого сверхпроводника, рассмотрена специфика перехода, обусловленная взаимодействием слоев.
8. Изучена природа магнетосопротивления слоистых сверхпроводников в плоскости слоев при высоких температурах [1.8,21]. Предложены^ экспериментально обоснованы новые механизмы магнетосопротивления, обусловленные возбуждением 2Д-вихрей и их взаимодействием с экранирующими токами (И < Hci) [17] и с абрикосовскнмивихревым нитями (Я > #£/) [21].
9. Исследованы магнетотранспортные свойства монокристаллов слоистых ВТСП (Bi-2212) при протекании тока поперек слоев в сильных магнитных полях (до 14 Тл)-[23-25]. Показано, что энергия активации сопротивления поперек слоев и вдоль слоев одинакова поперечном магнитном поле что указывает на единый механизм диссипации. Этот механизм, теоретически обоснованный позднее, связан с диффузионным термоактивационным движением 2Д-вихрей. При исследовании поперечного транспорта параллельных магнитных полях обнаружена немонотонная зависимость.критического то от поля (пик-эффект) и аномально большая энергия активации магнетосопротивления. ! результаты явились первыми указаниями существования в слоистых ВТСП бескерновых магнитных вихрей (типа джозефсоновоких) и были объяснены их крипом (с большой энергией активации) и пиннингом на абрикосовских вихревых нитях (пик-эффект).
10. Найден кроссовер в зависимости критического тока поперек слоев 1С от магнитног поля, параллельного слоям Я, с уменьшением латерального размера-образца L [30-32]. П L > Lo » 20 мкм наблюдается монотонное падение ЦН), не зависящее от размеров образц При L < Lo появляется осциллирующая компонента IC(H) ос \sinx/x\ (x-nsL И/ Фо), s-расстояние между элементарными сверхпроводящими слоями, Фо~ he/ 2 е, свидетельствующая о наличии внутреннего стационарного эффекта Джозефсона.
- Київ+380960830922