Работа выполнена в Институте теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, академик РАН, профессор Г.М. Элиашберг - ИТФ им. Л.Д. Ландау РАН доктор физико-математических наук, чл.-корр. РАН, профессор В.Ф. Гантмахер - ИФТТ РАН доктор физико-математических наук, чл.-корр. РАН, профессор Л.А.Максимов - ИАЭ
Ведущая организация - Институт физических проблем РАН
Защита состоится 30 июня 2000 года в 11 час 30 мин на заседании Диссертационного совета Д 002.41.01 в Институте теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН (142432, Московская область, п. Черноголовка).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН.
Автореферат разослан " " 2000 года.
Учёный секретарь
Диссертационного совета,
доктор физико-математических наук
Л.А. Фальковский
2
Содержание
0.1 Введение ............................................. 4
X Квантовый крип 12
2 Влияние анизотропии на магнитные свойства ВТСП 22
3 Эффект Холла в смешанном состоянии 29
4 Макроскопические вопросы динамики смешанного состояния 33
5 Геометрический и поверхностный барьер в высокотемпературных сверхпроводниках 43
6 Флуктуационное притяжение вихрей в анизотропных сверхпроводниках 50
7 Плавление вихревой решётки 58
8 Фазовый переход в квазидвумерой решётке 70
9 Заключение 74
10 Работы, представленные на защиту 77
11 Список литературы 79
3
0.1 Введение
Магнитное поле проникает у сверхпроводники второго рода в виде абрикосов-ских вихревых нитей [1|, каждая из которых несёт квант магнитного потока Ф0 = кс/'2е « 2 • 10”7Гссм2. Электромагнитные свойства, получающегося смешанного или абрикосовских состояния определяются свойствами вихрей. Например, электрический ток, текущий по сверхпроводнику, приводит к силе Лоренца ^ = (Фо/сУ х п (п-единичный вектор вдоль вихря), действующей на вихри. В сверхпроводнике без дефектов единственной силой, уравновешивающей силу Лоренца, является сила вязкого трения /ч = —г)\. Движение вихрей приводит к электрическому нолю Е = В х у/с. В результате, идеальный сверхпроводник в смешанном состоянии не обладает главным сверхпроводящим свойством - нулевым сопротивлением. К счастью, дефекты кристаллической решётки приводят к пиннингу (зацеплению) вихрей. При этом сила Лоренца уравновешивается силой гшннинга /рт и электрическое поле становится равным нулю. Увеличение тока выше критического значения ус приводит к отрыву вихрей от центров пиннинга и к возникновению сопротивления. Таким образом, сопротивление и критический ток сверхпроводника в магнитном поле определяются взаимодействием вихрей с неоднородностями материала.
В обычных сверхпроводниках, где флуктуации малы, магнитные свойства очень хорошо описываются в рамках фазовой диаграммы Абрикосова (1|, полученной в приближении среднего поля. Согласно этой Н —Т диаграмме (рис.1) сверхпроводник В слабых ПОЛЯХ, ниже первого критического ПОЛЯ Не 1, находится в мейсснеровском состоянии. В этом состоянии магнитное поле не проникает В сверхпроводник. В ПОЛЯХ выше 7/С1, в смешанном состоянии, вихри образуют треугольную рещётку. С увеличением магнитного поля расстояние между вихрями уменьшается, и при втором критическом паче происходит фазовый переход второго рода в нормальное состояние.
Открытие высокотемпературной сверхпроводимости Беднорцем и Мюллером в 1986 году [2) привело к возникновению новой области в физике твёрдого тела и в науке о вихрях. В результате особых свойств высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) их поведение в смешанном состоянии качественным образом отличается от поведения обычных сверхпроводников. Высокая температура перехода Тс, сильная слоистость соединений и малая длина когерентности £ приводят к тому, что флуктуации в ВТСП (тепловые и квантовые) нельзя считать слабыми. Сила этих флуктуаций определяется параметром Гинзбурга [3) (Тс/#2б£3 (е - параметр анизотропии сверхпроводника ) и квантовым сопротивлением = (е*/Ь){рп/£€) (Рп - нормальное сопротивление). В то время, как в классических сверхпроводниках Сг ~ 10~8, С^и ~ 10_3, вышеуказанные
4
Рис.. 1: Магнитная фазовая диаграмма обычных сверхпроводников II рода.
особенности параметров ВТСП приводят к значительно большей величине параметра Гинзбурга а ~ 10"2 и квантового сопротивления Ци ~ 10-1 [4).
В результате тепловых флуктуаций магнитная фазовая диаграмма ВТСП (рис. 2 ) существенно отличается от классической фазовой диаграммы Абрикосова (рис. 1). Вихревая решётка плавится, и в значительном интервале магнитных нолей и температур абрикосовские вихри образуют жидкость. Ниже линии плавления сверхпроводник находится в состоянии вихревого стекла. Сильные тепловые флуктуации приводят к гигантскому крипу магнитного потока, а квантовые флуктуации к заметному движению вихрей при сверхнизких температурах - квантовому крипу. Сильная анизотропия ВТСП приводит к специфическим угловым зависимостям магнитных свойств, а слоистость этих соединений - к дополнительным фазовым переходам.
Основной целью диссертационной работы является построение теоретического описания необычных электромагнитных свойств ВТСП.
Научная новизна и достоверность. Основные результаты, положенные в ос-
5
Рис. 2:
иову диссертации, получены впервые, а её научные положения и выводы обоснованы, во-первых, согласием теоретических выводов с экспериментальными результатами, во-вторых, более поздними расчётами других авторов, и в-третьих, взаимным согласованием полученных результатов с выводами, полученными другими авторами в рамках известных ранее более простых моделей.
На защиту выносятся следующие результаты:
1. Построена теория квантового коллективного крипа вихрей. Сосчитана релаксация намагниченности. Показано, какие параметры ВТСП приводят к сильному квантовому крипу в этих соединениях.
2. Получена зависимость евклидова действия от тока для различных режимов коллективного крипа.
3. Предложена процедура анизотропного рескейлинга, позволяющая получить ответы для анизотропного сверхпроводника с помощью простою преобразования результатов, полученных для изотропного случая.
Магнитная фазовая диаграмма высокотемпературного сверхпроводника.
6
- Київ+380960830922