WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

БЫКОВ АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВТСП И ЗАМЕЩЕННЫХ МАНГАНИТОВ ЛАНТАНА.

01.04.01 –приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико – математических наук

Красноярск – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН)

Научный консультант: кандидат физико – математических наук, доцент Шайхутдинов Кирилл Александрович, Лаборатория сильных магнитных полей ИФ СО РАН, заведующий лабораторией

Официальные оппоненты:

доктор физико–математических наук, старший научный сотрудник, Панкрац Анатолий Иванович, Лаборатория резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ ИФ СО РАН, заведующий лабораторией.

кандидат физико–математических наук, старший научный сотрудник, Лавров Александр Николаевич, Лаборатория физики низких температур Института неорганической химии им. А.В. Николаева, старший научный сотрудник.

Ведущая организация: Новосибирский государственный университет

Защита состоится _________________2012 г. в _____часов на заседании диссертационного совета Д 003.055.01 по защитам диссертаций при Институте физики им.

Л.В. Киренского СО РАН по адресу: 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, строение 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Автореферат разослан 20 ноября 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ. – мат. наук ________________________________ Втюрин А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) и замещенные манганиты лантана представляют собой сложные оксиды переходных металлов, которые проявляют богатые фазовые диаграммы, включающие области с разнообразными магнитными и электронными свойствами. Такое обилие явлений заманчиво для использования в различных практических приложениях, о чем, например, указано в обзоре авторов [1]. Подобие некоторых свойств ВТСП и других сложных оксидов переходных металлов (сильное взаимодействие носителей с решеточными и спиновыми возбуждениями, изменение транспортных свойств под действием внешних факторов, переход металл– диэлектрик), и сверхпроводимость в одном и ферромагнетизм в другом говорят о том, что ни одно из присущих этим соединениям физических явлений не может рассматриваться изолированно. Можно надеяться, что по мере изучения столь далеких, на первый взгляд, явлений как ВТСП и колоссальное магнитосопротивление (КМС) удастся установить причины аналогий и различий веществ, принадлежащих, по сути, к одному классу соединений – сложным оксидам переходных металлов.

Однако, для выполнения задач, поставленных в работе, было необходимо провести магнитные и транспортные измерения, в том числе и в сильных импульсных магнитных полях, для чего необходимо было выполнить модернизацию и автоматизацию существующих установок и создать установку для измерений в сильных импульсных магнитных полях.

Цель данной работы – модернизация и автоматизация имеющихся в лаборатории СМП экспериментальных установок, экспериментальное исследование магнитотранспортных свойств материалов на основе ВТСП при различной термомагнитной предыстории и замещенных манганитов лантана в сильных импульсных магнитных полях.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи.

1. Модернизация и автоматизация установок СТ–1 и Вибрационный магнетометр 2. Создание установки импульсных сильных магнитных полей 3. Изучение влияния термомагнитной предыстории на зависимости R(T) гранулярных ВТСП и причин различного поведения магнитосопротивления поликристаллических ВТСП иттриевой и висмутовой систем.

4. Изучение механизмов быстрой релаксации в монокристаллах (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnOНаучная новизна: К научной новизне данной работы можно отнести следующее:

1. Обнаружены общие закономерности и различия влияния термомагнитной предыстории на эффекты магнитосопротивления в поликристаллических ВТСП.

2. Обнаружена быстрая релаксация магнитосопротивления после импульсного воздействия магнитного поля в монокристаллических замещенных манганитах лантана, которая связана с примесным фазовым расслоением в них.

Практическая ценность. В данной работе изучаются магнитотранспортные свойства поликристаллических ВТСП на основе иттрия, висмута, а также влияние воздействия импульсного магнитного поля на релаксацию магнитосопротивления в замещенных манганитах лантана. Практический интерес в таких соединениях представляет возможное использование эффектов высокотемпературной сверхпроводимости и колоссального магнитосопротивления. Так же, к практической значимости работы можно отнести разработку и создание новых экспериментальных установок по исследованию магнитотранспортных свойств твердых тел в широком интервале полей и температур.

На защиту выносятся:

1. Модернизированные и автоматизированные экспериментальные установки «Автоматизированный вибрационный магнетометр со сверхпроводящим соленоидом», установка для измерения транспортных свойств тврдых тел в магнитных полях СТ-1, созданная, с участием автора, установка сильных импульсных магнитных полей и поставленная методика измерения сопротивления в сильных импульсных магнитных полях.

2. Результаты измерения магнитных и транспортных характеристик поликристаллических YBa2Cu3O7, Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox и текстуры Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox + Ag, а именно зависимостей R(T), R(H), M(H), M(T).

3. Результаты измерений вольт–амперных характеристик вышеуказанных образцов.

4. Результаты измерений релаксации магнитосопротивления в замещенных манганитах лантана (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3 после выключения сильного импульсного магнитного поля.

Анализ полученных результатов согласно общепризнанным представлениям о магнитосопротивлении в замещенных манганитов лантана.

Личный вклад автора. При участии автора создана установка импульсных сильных магнитных полей, модернизированы и автоматизированы установки СТ–1 и Вибрационный магнетометр. Автор принимал активное участие в интерпретации полученных результатов, подготовке к публикации научных статей и тезисов конференции.

Апробация. Результаты, полученные в работе, докладывались на конференциях Фундаментальные проблемы сверхпроводимости III 2008 13–17 Октября 2008 года г.

Звенигород; Фундаментальные проблемы сверхпроводимости IV 2011 3–7 октября 20года г. Звенигород; V Байкальская международная конференция «Магнитные материалы.

Новые технологии» 21-25 Сентября 2012, г. Иркутск.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах, публикации в сборниках тезисов конференций и 1 электронная публикация.

Благодарности. Автор искренне благодарен научному руководителю Шайхутдинову К.А.

за постановку задачи и руководство работой, а также Балаеву Д.А., Попкову С.И., Дубровскому А.А., Балаеву А.Д. за помощь при выполнении работы. Также хочется выразить признательность за предоставленные образцы М.И. Петрову и К.А. Саблиной.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, приложения, и список цитированной литературы (90 наименований). Содержит 101 страницу машинописного текста, включая 40 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении указана актуальность темы, сформулирована цель, показаны новизна и практическая ценность исследований, приведена аннотация полученных результатов и структура диссертации.

В первой главе проведен обзор экспериментальных работ, посвященных магнитосопротивлению систем на основе ВТСП, обзор работ, посвященных магнитосопротивлению замещенных манганитов лантана. В конце литературного обзора дана постановка задачи.

Во второй главе описаны основные принципы работы установки сильных импульсных магнитных полей (подробное описание и электрическая схема приведены в приложении), созданной при участии автора. Для создания импульса магнитного поля используется разряд батареи конденсаторов через охлажденный медный соленоид биттеровского типа (рис. 1).

Технические характеристики установки: рабочий диаметр соленоида 13 mm; длительность импульса 5–20 ms; максимальная индукция магнитного поля 400 kOe; диапазон рабочих температур от 77,4 K до 300 К. Для сбора данных и управления экспериментом используются цифровой осциллограф и ЭВМ с программой, написанной на языке программирования LabView.

Также в главе описано проведенная модернизация и автоматизация установки «Вибрационный магнетометр со сверхпроводящим соленоидом» для замены морально и физически устаревшей системы сбора данных на базе ЭВМ Электроника 60 и стандарта КАМАК.

Для проведения транспортных измерений свойств тврдых тел в постоянных магнитных полях в магнитных полях до 15 kOe автором была автоматизирована установка СТ-1 на основе электромагнита ФЛ–1. Приводится описание данной установки и алгоритмов автоматизации измерений.

Рис. 1. Общий вид и схема соленоида (справа) и его чертеж (слева). Цифрами обозначено: 1 – стягивающие болты; 2 – токонесущие шины; 3 – медные диски; 4 – рабочий объем.

В главе описываются методы измерения сопротивления в импульсном магнитном поле с использованием фазочуствительной фильтрации сигналов и в постоянном магнитном поле четырехзондовым методом. Также в данной главе описаны методики приготовления образцов и их микрофотографии, а именно: поликристаллических YBa2Cu3O7, Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox, текстуры Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox + Ag и замещенных манганитов лантана (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3.

В третьей главе исследуются общие закономерности влияния термомагнитной предыстории на эффекты магнитосопротивления, а также проявление при таких измерениях режимов диссипации в подсистемах межкристаллитных границ и кристаллитов для классических ВТСП систем (иттриевая, висмутовая). На рис. 2a приведены зависимости R(T) образца YBa2Cu3O7(YBCO), измеренные при различной термомагнитной предыстории в поле 150 Oe. Подобно большинству слабосвязанных сверхпроводников эти зависимости имеют двухступенчатый характер: резкий скачок, соответствующий переходу сверхпроводящих гранул, и плавный переход до температуры TC0 (критическая температура), уширяющийся в магнитном поле, который определяется переходом джозефсоновских связей. Величину RNJ, показанную на рис. 2a, можно считать нормальным сопротивлением джозефсоновской сети [2–4]. Видно, что при повышении температуры разрушение сети джозефсоновских переходов происходит раньше для случая ZFC; иными словами, TC0(ZFC) < TC0(FC) < T или R C0(FC,H=0) R FC R ZFC (при T = const, FC(H=0)– режим охлаждения в поле с последующим его FC(H=0) выключением).

Типичные температурные зависимости магнитного момента M(T) образца YBCO, измеренные в тех же режимах, что R(T), приведены на рис. 2b. Они типичны для ВТСП:

|M FC| < |M ZFC|. Положительная величина магнитного момента MFC(H=0) > 0 объясняется захватом магнитного потока в ВТСП–гранулах при охлаждении в поле.

Температуру, при которой зависимости M(T)FC и M(T)ZFC для одного значения H начинают совпадать, определяют как температуру необратимого поведения 1.0 1.a ZFC YBCO (N1) FC 0.8 H = 150 Oe 0.FC (H =0) H = Tirr(M(T) data) 0.6 0.0.4 0.TC0(FC) TC0(FC H=0) TCTC0(ZFC) RNJ (H=0) 0.2 0.0.0 0.70 75 80 85 90 T, K 0.b YBCO (N1) 0.0.-0.Tirr -0.H = 150 Oe ZFC -0.FC FC (H = 0) 80 85 90 T, K 1,Bi-text/Aga c H || c 1,0,Bi-poly H = 80 kOe 0,H = 60 kOe H = 60 kOe H = 10 kOe 0,6 H = 20 kOe 0,H = 2 kOe H = 1 kOe H =350 Oe 0,H = H = 0,0,0,40 60 80 100 1T, K 0,0,20 40 60 80 100 1T, K Рис.2 R(T) и M(T) для различных режимов термомагнитной предыстории для YBa2Cu3O7 и Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox. Видно различие магнитосопротивления ВТСП b систем: двухступенчатость иттриевой и плавный вид зависимостей для висмутовой.

Bi-text/Ag0,0,H || c Bi-text/Ag30 H || cH = 1 kOe 0,6 H = 300 Oe FC H = 3 kOe H = 100 Oe ZFC H = 3 kOe H = 30 Oe R, М, emu / g R / R (120 K) R / R (120 K) R(120 K) намагниченности Tirr, а значение этого поля называют полем необратимости Hirr при данной температуре [5]. Пример определения Tirr показан на рис. 2b.

Объяснить различия в поведении зависимостей R(T) при использованных режимах термомагнитной предыстории можно используя модель гранулярного ВТСП [6]. Линии магнитной индукции, индуцированные магнитными моментами ВТСП–гранул, замыкаются через межгранульное пространство, а значит межгранульные границы находятся в эффективном поле Beff — суперпозиции внешнего и индуцированного поля:

Beff (H) = H + 4(H) M(H). |MZFC| > |MFC| при T < Tirr, следовательно, Beff ZFC > Beff FC. Из этого рассмотрения следует, что при T Beff(FC (H=0)). В случае, когда диссипация происходит только в межгранульных границах, магнитосопротивление определяется величиной Beff. Очевидно, что R Beff. Такое рассмотрение объясняет разницу R(T) в исследованных режимах (рис. 2a). Кроме того, с ростом температуры разница |MZFC - MFC | уменьшается (рис. 2b). Ввиду этого по мере приближения температуры к Tirr значения Beff для режимов FC и ZFC также становятся близкими.

Иная картина наблюдается для текстуры и поликристалла Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox (BSCCO) – данные для R(T) (рис. 2c) в режимах FC и ZFC совпадают, хотя Tirr на зависимостях M(T) указать можно. Причину различия поведения иттриевой и висмутовой систем можно понять, рассмотрев поведение линий необратимости Hirr(T) и величины температуры TC0 (рис. 3) в координатах H-T. На рисунке видно относительное положение линий необратимости Hirr(T) и зависимостей TC0(ZFC) (H) – для YBCO зависимость TC0(ZFC)(H) в координатах H-T располагается всегда ниже линии необратимости Hirr(T): TC0(ZFC) < Tirr при H = const, тогда как для висмутового образца значения TC0 больше величин Tirr при данной величине H. Для иттриевой системы есть достаточно большой диапазон температур между TC0 и Tirr при H = const, в котором и наблюдаются эффекты влияния термомагнитной предыстории (FC и ZFC) на зависимость R(T), в то время как для висмутовой системы зависимости M(T) в режимах FC и ZFC начинают совпадать при температуре, меньшей TC0. Можно заключить, что для висмутовой системы одновременно переходят в резистивное состояние и слабые связи на межгранульных границах, и сами ВТСП–кристаллиты.

Эффекты термомагнитной предыстории в транспортных измерениях для висмутовых соединений, однако, можно наблюдать, если во внешнем поле H, меньшем Hirr (при данной T), целенаправленно перевести подсистему слабых связей в резистивное состояние транспортным током – то есть провести измерения ВАХ в режимах FC и ZFC. На рис. приведены ВАХ образца BSCCO (ориентация Hc) при T = 77.4 K в режимах FC и ZFC, а также при H = 0. Видно, что магнитосопротивление в случае ZFC больше, чем в случае FC, подобно данным для YBCO. В поле H = 700 Oe этот эффект становится практически незаметным, поскольку разница |MZFC - MFC | при T = 77.4 K уменьшается и ее влияние на эффективное поле в межгранульной среде становится незначительным.

Двухступенчатый переход в сверхпроводящее состояние, наблюдающийся при измерениях R(T) во внешних полях, проявляется и в изотермах R(H). На рис. 5 приведены зависимости R(H) при различных температурах. Для YBCO (рис. 5а) при температурах, достаточно далеких от TC, диссипация происходит только в межгранульных границах, и зависимости R(H) имеют тенденцию к насыщению. С повышением температуры на зависимостях R(H) появляется особенность — точка перегиба при H = H*. Слева от H* R(H) определяется диссипацией в межгранульных границах, справа, очевидно, — диссипацией в ВТСП–гранулах. Смена знака кривизны соответствует переходу от одного режима к другому. Величина RNJ – значение R в точке перегиба – является „максимальным магнитосопротивлением от подсистемы слабых связей. Это можно видеть, сравнивая зависимости R(T) (рис. 2а) и R(H) (рис. 5а). Зависимости R(H) образца BSCCO, измеренные при T = 77.4 K, ориентации Hc и различных значениях транспортного тока, приведены на рис. 5b. «Двухфазность» системы, проявляемая в тенденции к насыщению, а затем, с ростом внешнего поля, к появлению смены знака кривизны зависимости R(H), появляется только при токе I 200 mA. При I = 0.81.0 A зависимости R(H) для образца BSCCO подобны аналогичным зависимостям R(H) для иттриевой системы. Смена знака кривизны происходит при H* 2 kOe (Hc), причем эта величина H* близка к значению Hirr при 77 K.

Для ориентации Ha-b зависимости R(H) также демонстрируют указанные особенности (вставка к рис. 5b), смена знака кривизны происходит в окрестности H* 4 kOe. Рост R(H) в полях выше 4 kOe происходит медленнее, чем в случае Hc. Эти особенности наблюдаются при условиях, когда транспортный ток сравним с IC(H=0) при данной температуре. При относительно малых величинах транспортного тока диссипация в диапазоне слабых полей, как и в случае гранулярного YBCO, обусловлена разрушением носителей при туннелировании через межкристаллитные границы. Однако при величине H*, при которой появляется магнитосопротивление в кристаллитах BSCCO, магнитосопротивление подсистемы межкристаллитных границ еще далеко от насыщения.

При H > H* процессы диссипации происходят как в кристаллитах, так и в границах. Поэтому не наблюдается резкого увеличения магнитосопротивления при H H*. Относительно большой транспортный ток переводит подсистему межкристаллитных границ в резистивное состояние при меньшей величине внешнего поля (или при H = 0, если I > IC (H = 0)). Поэтому только при достаточно больших величинах I наблюдается тенденция к насыщению на зависимости R(H). При этом появление диссипации в кристаллитах при H H* четко проявляется на зависимости R(H). Для иттриевой системы такое поведение проявляется при достаточно малых величинах транспортного тока.

Наблюдаемое различие в магниторезистивных свойствах этих классических ВТСП можно интерпретировать следующим образом. Для YBCO энергия джозефсоновской связи, характеризующая подсистему межгранульных границ, много меньше соответствующей характеристики самих гранул YBCO; иными словами jCJ <

1e+1e+1e+Hirr - Bi-text (H || c) TCO - Bi-text (H || c) Hirr - YBCO(N2) 1e+TCO(ZFC) - YBCO(N2) 1e+20 40 60 80 1T, K Рис. 3. Поведение линии необратимости Hirr, а также Tco(ZFC)(H) в координатах H–T.

H, Oe Bi-text/Ag0,4 H = 700 Oe ZFC H = 700 Oe FC H || c H = 375 Oe ZFC H = 375 Oe FC 0,H = 240 Oe ZFC H = 240 Oe FC H = 40 Oe ZFC H = 40 Oe FC 0,H = 0, IC(H=0) 0,0,0 0,2 0,4 0,I, A Рис. 4. ВАХ BSCCO при T=77.4 K в режимах FC и ZFC и при H = 0.

0,a a YBCO(N2) T = 85 K 77.4 K 0,H* 70 K RNJ 60 K 0,0,0,0,0 10 20 30 40 50 60 70 H, kOe 0,0,b I = 1 A Bi-text/AgYBCO(N3) b 800 mA H || c 600 mA 0, T = 90 K 0,12 400 mA 87.5 K 200 mA 85.0 K 100 mA 0, 82.5 K 1.0 mA 0,H || a-b 0,0H* H* 0,H* 0,RNJ 0,00,0,H, Oe 0,00 4000 8000 1200,0,0 10 20 30 40 50 60 70 0 5000 10000 15000 20000 25000 300H, kOe H, Oe Рис. 5 Зависимости R(H) при различных температурах для YBa2Cu3O7 (a);

и при различных токах для Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox (b, T=77.4 K).

U, mV R / R(95K) R / R(95K) R(H) / R(T=120K) R(H) / R(T=120K) Именно относительно низкие значения полей необратимости системы BSCCO обусловливают отличие поведения ее магниторезистивных свойств от YBCO. Во внешних полях порядка Hirr процессы диссипации могут происходить и в подсистеме границ, и в кристаллитах BSCCO. Указанное свойство системы BSCCO проявляется и в отличии формы зависимостей R(T) во внешних полях от системы YBCO. Для YBCO можно четко разделить вклад от межгранульных границ и их сопротивление в „нормальном состоянии – RNJ (рис.

2а). Для текстурированного BSCCO невозможно выделить участок зависимости R(T), определенно соответствующий вкладу от той или иной подсистемы (рис. 2с). Величина R, при которой после резкого падения сопротивления начинается „плавная часть зависимости R(T), увеличивается с ростом внешнего поля. Такое поведение характерно не только для текстурированного ВТСП, но и для поликристаллов ВТСП на основе висмута [8,9]. Другим фактором, влияющим на появление особенностей на зависимостях R(H), соответствующих началу диссипации в кристаллитах BSCCO, является анизотропия самих кристаллитов. В случае H||a-b смена знака кривизны зависимости R(H) выражена слабее (вставка на рис. 5b);

кроме того, значение H* выше, чем для случая Hc. При хаотической ориентации кристаллитов в поликристалле висмутового ВТСП следует ожидать, по крайней мере, размытия данной особенности.

В четвертой главе описывается поведение релаксации магнитосопротивления с временами порядка 10–3 s монокристаллического замещенного манганита лантана (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnOв импульсном магнитном поле вплоть до 250 kOe и в различных температурах, а также проведен анализ и предложен механизм такой релаксации –релаксация проводящей и диэлектрической фаз.

На рис. 6 [10] приведены температурные зависимости электросопротивления монокристаллического образца (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3, в различных постоянных внешних магнитных полях Н = 0, 20, 50, 90 kOe, а также в импульсном магнитном поле Н=250 kOe, при котором наблюдается полное насыщение магнитосопротивления. На вставке к рис. представлены значения магниторезистивного эффекта MR = R(Н)/R(0), %. На рис. приведены временные зависимости приложенного импульсного магнитного поля, и магнетосопротивления образца. Из рисунка видно, что в момент включения магнитного поля наблюдается эффект отрицательного магнитосопротивления. Затем, когда магнитное поле спадает, величина сопротивления стремиться вернуться в свое исходное значение. Момент выключения поля хорошо виден по узкому пику на 15 ms импульса – этот скачок соответствует закрытию тиристора в колебательном контуре соленоид – конденсаторы импульсной установки. Видно, что при выключении поля остается некоторый уровень сопротивления, релаксирующий со временем (~ 15 ms) до первоначального сопротивления образца.

Ранее, некоторыми авторами [11,12], наблюдавшими релаксацию магнитосопротивления со временами порядка миллисекунд в больших магнитных полях на поликристаллических пленках, высказывалось предположение, что такая релаксация связана со спин–зависимым транспортом при туннелировании носителей тока через антиферромагнитные границы ферромагнитных гранул манганита. Однако, наблюдаемая нами схожая релаксация на монокристаллическом образце исключает возможность такого механизма, из–за отсутствия самих границ гранул. Возможно, что подобные явления происходят на границах двойникования и дефектах в кристалле, однако не исключено что, релаксация связана с изменением соотношения между проводящей и диэлектрической фазами в объеме кристалла под действием магнитного поля.

На рис. 8 приведены зависимости сопротивления от времени при различных температурах, начало кривой совпадает с моментом выключения поля, амплитудой H=250 kOe, при котором величина магниторезистивного эффекта максимальна и достигает насыщения (см. рис. 6). Узкий пик на начальном участке кривых не связан с магнитосопротивлением образца, а обусловлен электромагнитным импульсом, сопровождающим размыкание колебательного контура соленоид – конденсаторы.

Рис. 6. Зависимость R(T) и R/R0(T) в различных полях [10]. Видно, что при H=250 kOe магнитосопротивление полностью насыщается.

Рис. 7. Зависимости приложенного поля H(t) и сопротивления образца R(t) от времени.

Рис. 8. Зависимости R(T) для различных температур и поля H=250 kOe. Представлена только релаксация – часть кривой после выключения магнитного поля.

Рис. 9. Зависимость параметра от температуры, сглаженная кривая (t), и R(T) того же образца.

Полученная временная зависимость R(t) легко аппроксимируется функцией вида R(t) = Rn – R0exp(–(t–t0)/ ), где R0, Rn, t0 – подгоночные параметры, отвечающие за совпадение начальных точек кривых, а – параметр, характеризующий коэффициент затухания. Выбор параметров аппроксимация кривой происходил путем минимизации ошибки между экспериментом и получаемой функцией. После обработки кривых релаксации магнитосопротивления, при всех указанных температурах, была получена кривая параметра от температуры (T), представленная на рис. 9. Видно, что температурная зависимость параметра качественно совпадает с температурной зависимостью электросопротивления образца. Качественно такое поведение можно объяснить, приняв во внимание энергию границ ферромагнитных областей. При охлаждении образца, согласно модели фазового расслоения [13], в образце появляются ферромагнитные области. Насыщение магнитосопротивления в полях ~250 kOe означает, что весь объем материала занят ферромагнитной фазой и фазового расслоения не наблюдается. После выключения магнитного поля начинается обратный процесс фазового расслоения, при этом, количество проводящих и диэлектрических областей в кристалле определяется температурой. При температуре перехода металл–диэлектрик в образце начинает формироваться бесконечный проводящий кластер, а количество проводящих и диэлектрических областей, а соответственно, и межфазных границ максимально. Именно при данных температурах и наблюдается наибольшая релаксация магнитосопротивления. По мере удаления от температуры перехода металл–диэлектрик как в область более высоких, так и в область более низких температур, степень фазового расслоения уменьшается, что также соответствует уменьшению параметра .

В заключении диссертации сформулированы основные выводы диссертационной работы:

1. Модернизирована и автоматизирована экспериментальная установка «Автоматизированный вибрационный магнетометр со сверхпроводящим соленоидом» 2. Автоматизирована экспериментальная установка для измерения транспортных свойств тврдых тел в магнитных полях СТ–1.

3. Создана, с участием автора, установка сильных импульсных магнитных полей и поставлена методика измерения сопротивления в сильных импульсных магнитных полях.

4. Поведение зависимостей R(T) гранулярных ВТСП в различных режимах термомагнитной предыстории объяснено различным вкладом магнитных моментов сверхпроводящих гранул в эффективное поле в межгранульной среде.

5. Обнаруженное различие в поведении магнитосопротивления для классических иттриевой и висмутовой ВТСП систем объяснено более низкими величинами полей необратимости висмутовых ВТСП.

6. Исследовались изотермы магнитосопротивления замещенных манганитов лантана (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3 в импульсных полях, которые демонстрируют небольшой гистерезис и релаксацию. Зависимость параметра (T) релаксации магнитосопротивления с характерным временем ~10–3 s в полях свыше 250 kOe качественно согласуются с ходом зависимости R(T), параметр релаксации отражает количество границ в объеме.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Балаев Д.А., Быков А.А., Семенов С.В., Попков С.И., Дубровский А.А., Шайхутдинов К.А., Петров М.И. Общие закономерности магниторезистивных эффектов в поликристаллических иттриевой и висмутовой системах ВТСП // ФТТ.

- 2011. - Vol.53, №5. - C. 865- 874.

2. Balaev D. A., Popkov S.I., Semenov S.V., Bykov A. A., Sabitova E.I., Dubrovskiy A.

A., Shaikhutdinov K. A., Petrov M.I. Contributions from Inter–grain Boundaries to the Magneto–resistive Effect in Polycrystalline High–T C Superconductors. The Underlying Reason of Different Behavior for YBCO and BSCCO Systems // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. - 2011. - Vol.24, №7. - P. 2129–2136.

3. Balaev D. A., Popkov S.I., Semenov S.V., Bykov A. A., Shaykhutdinov K. A., Gokhfeld D.M., Petrov M.I. Magnetoresistance hysteresis of bulk textured Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Ox+Ag ceramics and its anisotropy // Physica C: Superconductivity.

- 2010. - Vol.470, №1. - P. 61–67.

4. Bykov A.A., Popkov S.I., Shaykhutdinov K.A., Sablina K.A. Magnetoresistance relaxation in (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3 single crystals under the action of a pulse magnetic field. // URL: http://arxiv.org/abs/1204.3987. Дата обращения:1.04.205. А.А. Быков, Д.А. Балаев, С.И. Попков, К.А. Шайхутдинов, М.И. Петров.

Резистивный переход поликристаллического ВТСП в магнитном поле. Роль эффективного поля в межгранульной среде. // Сборник трудов. Третья международная конференция «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости» ФПС’08 13–17 Октября 2008 года г. Звенигород C.113–114.

6. А.А. Быков, Д.А. Балаев, С.И. Попков, С.В. Семенов, С.В. Сабитова, К.А.

Шайхутдинов, А.А. Дубровский, М.И. Петров. Причина различного поведения магниторезистивных свойств гранулярных ВТСП иттриевых и висмутовых систем.

// Сборник расширенных тезисов, Четвертая международная конференция «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости» ФПС’11 3–7 Октября 2011 Года Г. Звенигород C. 179-180.

7. А.А. Быков, С.И. Попков, К.А. Шайхутдинов, К.А. Саблина. Релаксация магнитосопротивления (La0.5Eu0.5)0.7Pb0.3MnO3 после воздействия импульсного магнитного поля. Материалы конференции, V Байкальская международная конференция «Магнитные материалы. Новые технологии» 21-25 Сентября 2012, г. Иркутск, С. 130.

Цитированная литература 1. Hwang H.Y., Iwasa Y., Kawasaki M., Keimer B., Nagaosa N., Tokura Y. Emergent phenomena at oxide interfaces. // Nature materials. – 2012. – Vol.11, №2. – P. 103–113.

2. Gaffney C., Petersen H., Bednar R. Phase–slip analysis of the non–ohmic transition in granular YBa2Cu3O6.9 // Physical Review B. – 1993. – Vol.48, №5. – P. 3388–3392.

3. Gamchi H.S., Russell G.J., Taylor K.N.R. Resistive transition for YBaCuO composites:

Infiuence of a magnetic field // Physical Review B. – 1994. – Vol.50, №17. – P. 12950– 12959.

4. Балаев Д.А., Попков С.И., Шайхутдинов К.А., Петров М.И. Механизмы диссипации в джосефсоновской среде на основе ВТСП под действием магнитного поля // Физика Твердого Тела. – 2006. – Vol.48, №5. – C. 780–785.

5. Гинзберг Д.М. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. – М.:

Мир. 1990. – 543 с.

6. Балаев Д.А., Гохфельд Д.М., Дубровский А.А. Гистерезис магнитосопротивления гранулярных ВТСП как проявление магнитного потока, захваченного сверхпроводящими гранулами, на примере композитов YBCO // ЖЭТФ. – 2007. – Vol.1340, №6. C. 1340–1351.

7. Cohen L.F., Jensen H.J. Open questions in the magnetic behaviour of high–temperature superconductors // Reports on Progress in Physics. – 1997. – Vol. 60. – P. 1581–1672.

8. Pop A., Deltour R. Effect of Fe substitution for Cu in the mixed state of (Bi,Pb): 22superconductor // Superconductor Science and Technology. – 1997. – Vol.843. – P. 843–846.

9. Nkum R., Datars W. Weak link in ceramic In–doped BiPbSCaCuO // Superconductor Science and Technology. – 1995. – Vol.822. – P. 822–826.

10. Shaykhutdinov K.A., Popkov S.I., Balaev D.A., Semenov S.V., Bykov A.A., Dubrovskiy A.A., Sapronova N.V., Volkov N.V. Non–linear current–voltage characteristics of LaEuPbMnO single crystals: Possible manifestation of the internal heating of charge carriers // Physica B: Condensed Matter. – 2010. – Vol.405, №24. – P. 4961–4965.

11. Balevicius S., Vengalis B., Anisimovas F., Novickij J. Dynamics of resistivity response of La0.67Ca0.33MnO3 films in pulsed high magnetic fields // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2000. – Vol.211. – P. 243–247.

12. Kozlova N., Walter T., Drr K., Eckert D., Handstein A., Skourski Y., Mller K.–H., Schultz L. Intergrain magnetoresistance and resistance relaxation of La0.7Sr0.3MnO3 thin films in pulsed magnetic fields up to 60T // Physica B: Condensed Matter. – 2004. – Vol.346–347. – P. 74–78.

13. Нагаев Э. Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитным сопротивлением // Успехи физических наук. – 1996. – Vol.166, №8. – C.

833–858.

Подписано в печать 19 ноября 2012. Заказ № Формат 6090/16. Уч.–изд. л. 1.0.0 Тираж 70 экз.

Типография Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.