2
Содержание
ВВЕДЕНИЕ...........................................................4
1 ПРОБЛЕМАТИКА ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЙ...............................9
1.1 Сущность проблематики предметной области....................9
1.2 Теоретические и экспериментальные изучения взаимодействия куперовских пар с магнитными моментами примесей, внедренных в барьер джозефсоновского перехода..............................10
1.2.1 Теоретические работы...................................10
1.2.2 Экспериментальные работы...............................17
1.3 Постановка задачи..........................................24
2 СИНТЕЗ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНГРЕДИЕНТОВ КОМПОЗИТОВ. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ................................................27
Введение........................................................27
2.1 Синтез соединений Уз/4Ьи1МВА2Сиз07, Уз(Аь1.хРех)50|2.......28
2.2 Приготовление композитных образцов УздЬи.дВАгСизОз+Уз(Аь,. хРЕх)50|2.....................................................31
2.3 Методы экспериментальных исследований......................34
2.4 Магнитные и мЕссбауэровские измерения У3(Аг1.хРех)50|2.....38
2.4.1 Магнитные измерения....................................38
2.4.2 Мессбауэровские измерения системы У3(А11.хРех)5012.....45
Выводы..........................................................46
3 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТОВ 85%Уз/4Ьи,дВА2Сиз07 + 15%У3АЬ50,2 И 85%У3/4Ьи,/4ВА2Си307 + 15%У3ЕЕ5012.................47
Введение........................................................47
3.1 Сравнение транспортных свойств ВТСП композитов 8+15%УзАь50|2 и8+15%УзРе50,2................................................47
3.2 Сравнение магнитных свойств ВТСП композитов 8+15%УзАь5012 и 8+15%У3Ре50|2.................................................54
3.3 Обсуждение результатов.....................................57
Выводы..........................................................58
4 ВЛИЯНИЕ ОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРРИМАГНИТНОЙ КОМПОНЕНТЫ НА ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ
У3/4Ш1/4ВА2Си307 + У% УзБЕзОп, У=3.75; 7.5; 15; 30...............60
Введение........................................................60
4.1 Транспортные свойства композитов с различным объемным содержанием железо-иттриевого граната.........................60
4.2 Обсуждение результатов.....................................69
Выводы..........................................................69
3
5 ЗАВИСИМОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ свойств композитов 92.5%Уз,4Ьи|/4ВА2Си307 + 7.5%Уз(АЬ,.хЕЕх)5012 ОТ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В СОЕДИНЕНИИ Уз(АЬ,.хРЕх)50,2.......................71
Введение..................................................71
5.1 Транспортные свойства композитов с различным магнитным
УПОРЯДОЧЕНИЕМ НЕСВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ИНГРЕДИЕНТА.............72
5.2 Обсуждение результатов...............................80
Выводы....................................................81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................82
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ .85
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................94
4
Определения, обозначения и сокращения
ВТСП - Высокотемпературный сверхпроводник НТСП - Низкотемпературный сверхпроводник 5-^-5, 5-/-5 - контакты сверхпроводник / ферро или ферримагнетик / сверхпроводник, сверхпроводник / диэлектрик / сверхпроводник соответственно.
- термоактивационного проскальзывания фазы механизм БТК теория - Блондера, Тинкхама, Клапвика теория ВАХ- вольт-амперная характеристика
Введение
Актуальность
Многочисленные исследования транспортных и магнитных свойств поликристаллических двухфазных композитных материалов на основе как ВТСП, так и НТСП показали, что эти материалы можно рассматривать как искусственно созданную сеть джозефсоновских переходов. Сверхпроводящий ингредиент композита формирует «берега» джозефсоновского перехода, а несверхпроводящий ингредиент - барьеры, разделяющие сверхпроводящие кристаллиты. Композитные материалы на основе как ВТСП, так и НТСП, в которых слабая связь формируется металлом, полупроводником или диэлектриком, изучены достаточно полно. Кроме этого, в литературе есть ряд работ, в которых изучалось влияние парамагнитных примесей внедренных в несверхпроводящую прослойку джозефсоновских переходов на их транспортные свойства. Однако, экспериментальных работ, в которых бы изучались транспортные свойства джозефсоновских переходов при плавном изменении характера магнитного упорядочения в диэлектрическом барьере (парамагнетик -суперпарамагнетик - ферри или ферромагнетик), в литературе нет, что обуславливает актуальность данной работы. Целью данной работы явилось экспериментальное изучение влияния магнитных центров рассеяния в
5
несверхпроводящем компоненте У3(А11.хРех)5012 и влияние магнитных
свойств таких соединений на транспортные свойства композитов
Уз/4Ьи1/4Ва2Сиз07+Уз(А11.хРех)5012 моделирующих сеть джозефсоновских
переходов типа сверхпроводник - ферри-парамагнетик - сверхпроводник.
Основные научные результаты диссертационной работы
1. Синтезированы двухфазные композитные образцы на основе ВТСП
(УВСО 1-2-3) в которых в качестве второго (несверхпроводящего) ингредиента использовались соединения структуры граната У3(А11. хРе^О^. В данном соединении (У3(А11.хРех)50|2) при изменении концентрации железа л: изменяется тип магнитного упорядочения от ферри (при ;с=1) до парамагнитного (при малых х), при этом кристаллическая структура остается неизменной.
2. На основании исследований транспортных свойств композитов
(температурных зависимостей электросопротивления, ВАХ) с разным объемным содержанием соединения УзРезО^, а также с различными значениями концентрации железа х в соединении У3(А11.хРех)5012 экспериментально показано подавление сверхпроводящих свойств слабых связей. При этом обнаружено необычное поведение
температурных зависимостей электросопротивления в некотором
температурном интервале Тс-Тт ниже температуры сверхпроводящего перехода ВТСП гранул.
3. Доказано, что в температурном интервале Тс - Тт имеет место только
одночастичное туннелирование, как и выше Тс. Ниже температуры Тт протекание тока обусловлено джозефсоновским туннелированием.
4. Впервые получена зависимость критического тока двухфазных ВТСП
композитов с соединением У3(А11.хРех)5012 от концентрации железа х (т.е. от типа магнитного упорядочения в несверхпроводящем
ингредиенте) в данном соединении.
5. Из семейства температурных зависимостей электросопротивления
определена пороговая концентрация железа х = 0.15 в композитах
6
92.5o6.%Y3/4Lui/4Ba2Cu307 + 7.5o6.%Y3(Ali.xFex)50i2 при которой режим джозефсоновского туннелирования сменяется на режим одночастичного туннелирования.
Публикации:
По данным диссертационной работы опубликовано четыре статьи в центральной научной печати.
1. К.А. Шайхутдинов, Д.А. Балаев, С.И. Попков, М.И. Петров. Транспортные и магнитные свойства композитов Y3/4Lui/4Ba2Cu307+Y3Fe50i2 , представляющих сеть слабых связей джозефсоновского типа сверхпроводник-ферримагнетик-
сверхпроводник // ФТТ. -2003. -т.45, -в. 10. -С.1776-1783.
2. К.А. Shaihutdinov, D.A. Balaev, D.M. Gokhfeld, S.I. Popkov, M.I. Petrov. Transport properties of HTSC-based composites: modeling the random networks of Josephson weak links with magneto-active barriers // Journal of Low Temperature Physics. -2003. -vol.130. -№ 3/4. -pp.347-382.
3. D.A. Balaev, K.A. Shaihutdinov, S.I. Popkov, M.I. Petrov. The effect of ferromagnetic ordering in insulating component of composites HTSC+ Yttrium Iron Garnet on its transport properties // Solid State Communications. -2003. -vol.125. -pp.281-285.
4. Д.А. Балаев, С.И. Попков, K.A. Шайхутдинов, М.И. Петров. Исследование джозефсоновской связи через магнитоактивный барьер (ферримагнетик, парамагнетик) в композитах УзмЬщмВагСизСЬ+УзСАЬ. xFex)50,2 // ФТТ. -2006. -т.48, -в.11. -С.1929-1937.
Апробация
Результаты полученные в работе докладывались на следующих конференциях:
1. D.A. Balaev, S.I. Popkov, K.A. Shaihutdinov, V.A. Knapf, A.F. Bovina, and M.I. Petrov. Magnetic properties of Y3(AliJFex)50i2 (0 <x < 1) system I I Book
7
of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow, June 25-30,-2005. P.658-659.
2. S. Popkov, D. Balaev, K. Shaykhutdinov, M. Petrov. Crossover from S-I-S to S-F-S junctions in composites Y3/4Lui/4Ba2Cu307+Y3(Ali.xFex)50i2 (0.0<x<1.0) // 8th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors Dresden, Germany July 9-14 2006.
3. S. Popkov, M. Petrov D. Balaev, K. Shaykhutdinov. Crossover from S-I-S to S-F-S junctions in composites Y3/4Lui/4Ba2Cu307+Y3(Alj.xFex)50i2 // Ph.D. Seminar, Friberg, Germany, October 23л-25л, 2006.
Структура диссертации
В первом разделе проведен обзор теоретических и экспериментальных работ, в которых исследуются джозефсоновские структуры с магнитным упорядочением в несверхпроводящем слое, обладающем различным типом проводимости (металл, диэлектрик, полупроводник). Такие структуры изучаются как на основе низкотемпературных сверхпроводников, так и на основе ВТСП.
В конце литературного обзора дана постановка задачи.
Во второй главе приведены методики синтеза ингредиентов (Уз/Дл11/4Ва2СизС>7 и Y3(Al|.xFex)50i2) и композитных образцов на основе ВТСП, а так же результаты рентгеноструктурного анализа полученных ингредиентов и композитов. Далее в разделе описаны экспериментальные методики измерения транспортных характеристик поликристаллических композитных ВТСП при различных температурах, основанные на стандартном 4-х зондовом методе. К ним относятся: плотность критического тока, электросопротивление, вольт-амперные характеристики (ВАХ). Так же описан метод измерения намагниченности на установке «вибрационный магнетометр со сверхпроводящим соленоидом». В конце раздела приведены
8
результаты магнитных и мессбауэровских измерений гранатов У3(А11.
В третьем разделе приведены результаты экспериментального исследования транспортных и магнитных свойств композитов УзмЬишВагСизСЬ+УзАЬОи и УзяЬи^ВагСизСЬ+УзРезОи. Здесь композит с аллюмо-итгриевым гранатом играет роль т.н. «реперного» образца, это означает, что его транспортные характеристики схожи с полученными на композитах с диэлектриком ВТСП+СиО. При сравнении результатов полевых измерений намагниченности удалось оценить объем редуцированного слоя ВТСП гранул в композите из-за близости ферримагнитного железо-иттриевого граната.
В четвертом разделе приведено исследование транспортных свойств композитов с ферримагнитным У3Ре50|2 при разной объемной концентрации граната в композите 3.75, 7.5, 15, 30 об.%. Показан значительный эффект влияния ферримагнетика на транспортные свойства такой сети джозефсоновских слабых связей.
В пятом разделе приводятся результаты исследования транспортных свойств двухфазных композитов с несверхпроводящим ингредиентом, представляющим собой кроссовер по магнитному упорядочению от «немагнитного» (соединение У3А150|2) до ферримагнитного (соединение УзБезО^). В промежуточных соединениях алюминий замещается железом.
В заключении сформулированы основные выводы данной работы.
В приложениях приведены результаты работ по автоматизации научного эксперимента выполненных в Институте Физики им. Л.В. Киренского и в Институте физики твердого тела и материаловедения, г. Дрезден, Германия.
Таким образом, работа состоит из пяти основных разделов, а так же введения, заключения и отдельного раздела с приложениями. Содержит 31 рисунок, 84 библиографические ссылки и занимает объем 100 страниц печатного текста.
- Київ+380960830922