WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ДУБРОВСКИЙ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОРЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА В КОМПОЗИТАХ НА ОСНОВЕ ВТСП 01.04.07 – физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико – математических наук

Красноярск - 2008

Работа выполнена в Институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Научный консультант: кандидат физико – математических наук, доцент Балаев Д.А.

Официальные оппоненты: доктор физико – математических наук, профессор Патрин Г.С.

доктор физико – математических наук, профессор Вальков В.В.

Ведущая организация: Новосибирский Государственный университет

Защита состоится _26 декабря_2008 г. в _14-30_часов на заседании Диссертационного совета Д 003.055.02 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 “_21_“ноября2008г.

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

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В литературе известны такие явления в гранулярных высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП), как гистерезис магнитосопротивления и критического тока от магнитного поля и временная релаксация сопротивления после воздействия магнитного поля.

Обычно авторы для объяснения этих явлений используют понятие «захваченный образцом поток» ввиду схожести данных явлений с широко известным гистерезисом намагниченности и релаксации намагниченности. Действительно, возможные механизмы, приводящие к этим явлениям, это – либо влияние захваченного в межгранульных границах магнитного потока (пиннингование джозефсоновских вихрей), либо влияние потока, захваченного гранулами ВТСП, на межгранульную среду, либо суперпозиция указанных механизмов. Однако до последнего времени не было предложено четких экспериментальных критериев, указывающих на доминирование того или иного механизма, приводящего к гистерезисным явлениям транспортных свойств в гранулярных ВТСП материалах. Поэтому определение данного критерия и установление механизма, ответственного за гистерезис и релаксацию магнитосопротивления в гранулярных ВТСП является актуальной физической задачей, имеющей фундаментальное значение.

Поликристаллические ВТСП, получаемые стандартной методикой твёрдофазного синтеза, можно упрощенно рассматривать как двухуровневую систему, состоящую из двух подсистем: ВТСП гранул и межгранульных границ. Критический ток, диссипация во внешнем поле (магнитосопротивление) определяются джозефсоновскими слабыми связями на межгранульных границах.

Помимо «чистых» поликристаллических ВТСП, гальваномагнитные явления можно исследовать и в композитах на основе ВТСП. Исследования транспортных и магнитных свойств двухфазных композитов на основе ВТСП показали, что такие объекты можно рассматривать как «модельные» гранулярные ВТСП. Джозефсоновские связи в композитных ВТСП дополнительно ослаблены по сравнению с «чистыми» ВТСП, тогда как свойства ВТСП гранул остаются неизменными. Композитные ВТСП являются более удобным объектом для исследования, поскольку обладают достаточно низкими значениями критического тока (10-210 А/см2) при температуре жидкого гелия. Это позволяет проводить измерения магнитосопротивления в широком интервале температур, используя относительно низкие значения аппаратурного транспортного тока (110 мА).

Цель данной работы – экспериментальное изучение механизма, определяющего гистерезис магнитосопротивления и временную эволюцию электросопротивления в постоянном магнитном поле в различных гранулярных ВТСП (иттриевая, висмутовая, лантановая керамики и композиты на основе иттриевой керамики).

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи.

1. Провести целенаправленное исследование гистерезисных зависимостей критического тока и магнитосопротивления композитов на основе ВТСП (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO) при различных величинах транспортного тока, как меньше критического, так и выше Ic. Интерпретировать полученные результаты и установить критерий определения доминирующего механизма, определяющего данные гистерезисные явления.

2. Провести измерения релаксации остаточного электросопротивления композитов на основе ВТСП (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO) после воздействия магнитного поля при различных величинах транспортного тока. Интерпретировать результаты и проверить справедливость использования теории Андерсона-Кима для расчета энергии пиннингования вихрей из резистивных измерений.

3. Исследовать временную эволюцию электросопротивления композитов на основе ВТСП (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO) в приложенном постоянном магнитном поле.

4. Исследовать гистерезисные зависимости магнитосопротивления и эволюцию электросопротивления в постоянных магнитных полях на «чистых» гранулярных ВТСП классических систем (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7, Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Oх и La1.85Sr0.15CuO4) и выяснить физический механизм, обуславливающий указанные явления в данных объектах.

Научная новизна:

1. Впервые продемонстрирована взаимосвязь гистерезиса критического тока IC(Н) и появление таких характерных особенностей гистерезисной зависимости магнитосопротивления R(H), как остаточное сопротивление, участок с нулевым сопротивлением или минимум на ветви обратного хода зависимости R(H) в гранулярных ВТСП и показано, что гистерезисные явления транспортных свойств гранулярных ВТСП обусловлены только влиянием магнитных моментов сверхпроводящих гранул на межгранульную среду, а пиннинг вихрей в джозефсоновской среде несущественен.

2. Впервые показано, что эффект релаксации остаточного сопротивления гранулярного ВТСП после воздействия магнитного поля вызван только релаксацией магнитного потока в ВТСП гранулах, а транспортный ток регулирует “чувствительность” отклика электросопротивления и остаточного сопротивления на величину магнитной индукции в межгранульной среде.

3. Впервые обнаружена смена характера временной эволюции электросопротивления гранулярного ВТСП (как композитов, так и «чистых» ВТСП Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 ) в постоянном внешнем магнитном поле. При возрастании, а затем остановке внешнего поля магнитосопротивление релаксирует (уменьшается с течением времени). При уменьшении, а затем остановке поля сопротивление возрастает, а в области полей, меньших точки минимума обратного хода зависимости R(H), магнитосопротивление снова релаксирует с течением времени.

4. Впервые показано, что полевая ширина гистерезиса магнитосопротивления гранулярных ВТСП является универсальным, независящим от транспортного тока параметром, характеризующим внутригранульный пиннинг и сжатие магнитного потока в межгранульной среде. Это указывает на то, что доминирующим механизмом, определяющим гистерезис R(H), является захват магнитного потока в ВТСП гранулах и влияние магнитных моментов ВТСП-гранул на поле в межгранульной среде.

Практическая ценность Целенаправленно экспериментально исследованы гистерезисные зависимости магнитосопротивления гранулярных ВТСП систем (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7, Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Oх, La1.85Sr0.15CuO4 и композитов Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO) и временная эволюция электросопротивления таких систем в постоянном внешнем магнитном поле. На основании полученных результатов была развита модель гранулярного ВТСП, подтверждающая, что гистерезисные зависимости транспортных свойств и временная эволюция электросопротивления в гранулярных ВТСП определяются влиянием потока, захваченного в ВТСП гранулах.

На защиту выносятся:

1. Результаты измерения гистерезисных зависимостей магнитосопротивления композита Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO. Анализ полученных результатов в рамках модели гранулярного ВТСП.

2. Результаты измерений релаксации остаточного сопротивления в композитах Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO после воздействия магнитного поля.

3. Результаты измерений временной эволюции сопротивления композитов Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO в постоянном приложенном магнитном поле.

4. Результаты измерений гистерезисных зависимостей магнитосопротивления и временной эволюции электросопротивления в «чистых» гранулярных ВТСП классических систем (Y-Ba-Cu-O, Bi-Ca-Sr-Cu-O, и La-Sr-Cu-O).

Апробация. Материалы диссертации были представлены на международных конференциях по ВТСП: 8-th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors (M2S-HTSC-VIII), Dresden, Germany 9-14 July 2006, Вторая международная конференция Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости (ФПС 06’), Москва, Звенигород 9-13 октября 2006 г, 25-th Conference on low temperature physics (LT 25), Amsterdam, 6-13 August 2008.

Публикации По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 108 стр. машинописного текста, включая 32 рисунка и список цитированной литературы (85 наименований).

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 исследованию транспортных свойств ВТСП в магнитных полях на примере композитов и «чистых» гранулярных ВТСП; особое внимание уделено гистерезисным явлениям и релаксационным процессам в поликристаллических ВТСП-материалах. В конце литературного обзора дана постановка задачи.

Во второй главе приведены методики синтеза ВТСП-поликристаллов классических соединений (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7, Bi1.8Pb0.3Sr1.9Ca2Cu3Oх и La1.85Sr0.15CuO4) и композитных образцов на основе ВТСП (Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO) [1], а так же результаты рентгеноструктурного анализа полученных ингредиентов и композитов. Далее в разделе описаны экспериментальные методики измерения транспортных характеристик поликристаллических композитных ВТСП в магнитных полях при различных температурах, основанные на стандартном 4-х зондовом методе. Также описан метод измерения намагниченности на установке «вибрационный магнетометр со сверхпроводящим соленоидом».

В третьей главе приведены результаты исследования гистерезисных зависимостей магнитосопротивления R(H) и критического тока IC(Н) композитов из ВТСП Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 и CuO. Данные композиты являются «модельными» гранулярными ВТСП с ослабленными джозефсоновскими связями. Измерения температурных зависимостей намагниченности композитных образцов показали, что все образцы имеют одинаковую температуру начала перехода, равную 93.5 К, что соответствует ТС исходного ВТСП.

В главе подробно рассмотрена модель гранулярных ВТСП как двухуровневая сверхпроводящая система [2, 3]: ВТСП – кристаллиты с сильной сверхпроводимостью и межкристаллитные границы, формирующие слабые связи джозефсоновского типа. Практически всегда в области низких температур в эксперименте выполняются неравенства H << HC2G (HC2G – верхнее критическое поле для ВТСП гранул) и j << jCG (jCG – плотность критического тока для ВТСП гранул). Поэтому если гранулярный ВТСП обладает ненулевым электросопротивлением, то вся диссипация как в присутствии внешнего магнитного поля, так и без него, происходит только в джозефсоновской среде. Поле, большее HC1J, проникает в систему межкристаллитных границ в виде гипервихрей или джозефсоновских вихрей, размер которых уменьшается с ростом поля. Из-за сильной зависимости критического тока (а значит и сопротивления) джозефсоновских переходов от магнитного поля [4], а также огромного числа межкристаллитных границ (~ 103 на 1 mm) в поликристалле, эти объекты демонстрируют высокую чувствительность к внешнему полю.

Вначале упростим вышеупомянутую двухуровневую систему, считая, что пиннинг в джозефсоновских барьерах, т.е. в межгранульных границах пренебрежимо мал и магнитный поток захватывается только внутри сверхпроводящих гранул. Примем также, что и вклад межгранульных границ в диамагнитный отклик образца тоже пренебрежимо мал. В этом случае при H > HC1J на каждую точку джозефсоновской среды действует локальное поле Blocal – векторная сумма внешнего поля H и поля Bind, индуцированного диамагнитным откликом гранул, окружающих данную точку:

Blocal = H + 4 M k, Bind = 4 M k (1) где k – коэффициент, зависящий от расположения и формы гранул, окружающих данную точку, М - намагниченность гранул ВТСП. На рис. 1 схематично показаны линии магнитной индукции Bind в джозефсоновской среде, возникшие от диамагнитного отклика ВТСП гранул. Рассмотрим направление Bind в области границ между гранулами ВТСП, через которую туннелируют носители тока.

Рис. 1. Схематическое представление гранулярного ВТСП во внешнем поле H. MG – дипольный магнитный момент гранул ВТСП, MJ - магнитный момент от джозефсоновской среды; он гораздо меньше по значению, чем MG. Пунктирные a b линии - линии напряжённости магнитного поля, индуцированного магнитным откликом ВТСП гранул Поскольку j H, то в случае возрастания внешнего поля (рис. 1 а) в большей части переходов, по которым течёт транспортный ток, линии магнитной индукции Bind направлены преимущественно в ту же сторону, что и внешнее поле Н. Поэтому локальные поля в указанной области границ между гранулами будут больше внешнего поля. Если внешнее поле убывает Н = Н, рис. 1 b, и Н находится достаточно далеко от Hmax, то намагниченность гранул становится положительной (это следует из классического рассмотрения пиннинга абрикосовских вихрей). Тогда в рассматриваемой области границ между ВТСП гранулами линии магнитной индукции Bind направлены уже против внешнего поля. Можно говорить об эффективном поле Beff, в котором находится джозефсоновская среда, если усреднить значения модуля | Blocal | по всем межгранульным границам, через которые туннелируют носители:

Beff = <|Bi local|> = H - 4 M(Н). (2) Выражение для эффективного поля усложнится, если учесть пиннинг в джозефсоновской среде и её намагниченность MJ. MJ является откликом джозефсоновской среды на суперпозицию внешнего поля Н и поля, индуцированного гранулами Bind. В общем случае MJ направлена в ту же сторону, что и MG – намагниченность гранул. В области рассматриваемых межгранульных границ MJ даёт вклад в Blocal, противоположный Bind, см. рис. 1.

По аналогии с (2) можно записать:

Pages:     || 2 | 3 |






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