WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 3 Нижние критические поля сверхпроводника Y–Ba–Cu–O © В.Е. Милошенко, И.М. Шушлебин, О.В. Калядин Воронежский государственный технический университет, 394026 Воронеж, Россия E-mail: miloshenko@mail.ru (Поступила в Редакцию в окончательном виде 18 марта 2005 г.) Экспериментально изучено поведение сверхпроводника Y–Ba–Cu–O в малых магнитных полях. Определен ряд критических полей, характеризующих последовательное проникновение гипервихрей и вихрей Джозефсона в систему слабых связей сверхпроводящей керамики.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы „Университеты России“ (грант № 3013-05).

PACS: 74.25.Op, 74.72.Bk Высокотемпературные керамические сверхпроводни- P = 15 MPa. Легирование серебром осуществлялось на ки представляют собой пример естественных джозеф- стадии зашихтовки в количестве 0, 0.5, 1, 3, 5, 7 соновских сред. Хорошо известно, что здесь реализу- и 15 вес.%.

ются различные виды вихрей: Абрикосова, Джозефсона Исследования в магнитных полях выполнены индук(флаксоны) и гипотетические гипервихри [1–6]. В этой тивным методом, как в работе [7]. Чувствительным связи высокотемпературный сверхпроводник необходи- элементом служила катушка (N = 500 витков медномо характеризовать набором нижних критических по- го провода диаметром 0.07 mm), плотно наматываемая лей [7], который включает: так называемое динамическое на образец (20 3 3mm). Сигнал с чувствительного критическое поле b ; поле начала проникновения в элемента поступал на вход измерительного модуля — c1 слабые связи Bs и поле окончания данного процесса усилитель с регулируемым коэффициентом усиления cl Bs [3]; первое критическое поле гранул Bc1 и поле в пределах 103-105 (разработан и модернизирован в c2 перегрева B [8–10]. Известны экспериментальные дан- Воронежском НИИ связи), способный выделить низcl ные, указывающие на то, что ВТСП на основе иттрия кочастотный (102-103 Hz) сигнал на уровне 10-7 V.

в области магнитных полей b < B < Bs имеют еще При воздействии на сверхпроводник переменного поля c1 cодно критическое поле, в таллиевых же ВТСП оно B(t) =B0 sin t в ходе экспериментов измерялась велине обнаружено [7]. В последующих экспериментах с чина амплитуды ЭДС индукции в катушке U0(B0). Вданметаллооксидами на основе иттрия также наблюдалось ной максимально простой экспериментальной ситуации три критических поля, тогда как в таллиевых керами- U0 = NB0S(B0); U0 = N0, где 0 — ЭДС индукции, ках лишь два [11]. Наличие еще одного критического наводимая (в среднем) в одном витке. Величина S(B0) — поля (пусть и только у одного ВТСП) оказалось, по площадь системы образец–катушка, пронизываемая магнашему мнению, существенным препятствием для ин- нитным полем. Следовательно, линейная зависимость терпретации результатов в рамках известных представ- ЭДС от амплитуды поля в некотором интервале полей лений [1,2,12,13], говорящих о возможности присутствия подразумевает сохранение площади S(B0) =const, в слув ВТСП трех форм вихрей, из которых в рассматрива- чае сверхпроводящего образца проникновение магнитемом интервале полей могут реализоваться две. Хотя ного поля в него не начиналось или же завершилось.

значение определенного в [7] динамического критиче- Чувствительность аппаратуры позволяет определить при ского поля b и согласуется с предсказанным в [12,13] полях B0 = 10-6 T появление в сверхпроводнике магнитcдля полей возникновения гипервихрей, делать выводы ных объектов с линейным размером порядка 10-5 m, без возможности общей интерпретации представлялось что соответствует параметрам макровихрей (гипервипреждевременным. хрей) [12,13]. Все измерения проведены при температуре До настоящего времени были известны только кос- жидкого азота. Внешнее поле направлялось вдоль больвенные подтверждения гипотезы гипервихрей (напри- шей оси образца. Контрольные измерения проводились мер, [14,15]), следовательно, начальный этап проникно- с использованием образцов из чистой меди и латуни. Их вения магнитного потока в ВТСП оставался неясным. отклик U0(B0) имел линейный характер.

Экспериментальное исследование проблемы представля- Исследование Y–Ba–Cu–O в переменных полях мается интересной задачей низкополевой электродинамики лой амплитуды позволило установить (рис. 1) следувысокотемпературных сверхпроводников. ющее: в области амплитуд переменного поля порядка В настоящей работе изучалась металлокерамика 10-6 T наблюдается первая особенность на зависимоY–Ba–Cu–O (1 : 2 : 3), приготовленная по двухстадийной стях U0(B0) (рис. 1, a). Данное значение соответствует технологии: синтез при температуре 945C в течение „динамическому критическому полю“ b. Далее, как c13 часов и отжиг при 950C 10 часов (проводились и во всех исследованных сверхпроводниках на основе в протоке воздуха) при давлении компактирования иттрия, обнаружена особенность на кривых U0(B0) в 2 404 В.Е. Милошенко, И.М. Шушлебин, О.В. Калядин Таким образом, сверхпроводник Y–Ba–Cu–O характеризуется более широким, чем считалось ранее (например, в [7]), набором значений критических полей.

Для дальнейшего анализа обратим внимание на то, что сверхпроводники на основе иттрия и таллия значительно различаются своей морфологией, как это видно из сравнения результатов микроскопических исследований, например, в [11]. Если существенны форма гранул и особенности их соединения, то естественно предположение о том, что воздействие легирующих добавок серебра способно прояснить ситуацию, поскольку известно [16], что легирование иттриевых керамик серебром позволяло наблюдать (для вихрей Абрикосова) явления, схожие с обнаруженными в таллиевых.

Результаты исследования керамик с добавками серебра представлены на рис. 2 и 3. При введении минимального количества серебра изменились лишь величины критических полей (рис. 2): подробно этот вопрос будет обсуждаться далее. Дальнейшее же увеличение содержания Ag вызвало существенные изменения — поле зарождения вихрей Джозефсона Bs стало экспериментально cнеразличимо (рис. 3). В целом зависимости критических значений от содержания серебра представлены на рис. 4.

Рис. 1. Полевые зависимости отклика металлооксида Y–Ba–Cu–O. Частота f = 600 Hz, число витков катушки N = 500.

полях порядка 10-5 T (рис. 1, b). Это значение поля назовем „второе динамическое критическое поле“ bx1.

c Следует подчеркнуть, что при этом „второе“ означает только порядковый номер, т. е. не подразумевается гипотеза об окончании какого-либо процесса. При дальнейшем увеличении амплитуды переменного поля до значений, превышающих 10-4 T, фиксировалась третья особенность на кривых U0(B0); согласно [7], это „поле начала проникновения в слабые связи“ Bs [3] — cпоявление флаксонов. Таким образом, в (сверх)малых магнитных полях сверхпроводник Y–Ba–Cu–O характеризуется тремя критическими значениями поля начала проникновения.

Очевидно (рис. 1), что в исследованной области полей происходят некоторые процессы, разделенные областями линейного изменения U0(B0). Для характеристики таких процессов необходимо ввести еще два параметра — b и bx2, которые будем называть верхc2 c нее первое динамическое критическое поле и верхнее второе динамическое критическое поле. Слово „нижнее“ Рис. 2. Влияние содержания серебра на отклик металлооксида в дальнейшем изложении выделяет введенные ранее Y–Ba–Cu–O (содержание Ag 0.5%). Частота f = 600 Hz, число динамические критические поля b и bx1. витков катушки N = 500.

c1 c Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Нижние критические поля сверхпроводника Y–Ba–Cu–O Применяемая индуктивная методика с непосредственным размещением катушки на образце [17] особенно удобна для определения начала проникновения поля.

Идея же подхода — появление в сверхпроводнике магнитного потока (или же новой формы квантов потока) — означает уменьшение объема (площади) ранее экранированной области пространства. Это будет не так, если изменения экранированного объема отсутствуют — новая форма вихрей возникает в той же области сверхпроводника, где ранее возникла и распространилась другая. Иными словами, если флаксоны появляются в результате „простой“ трансформации неких уже заполнивших джозефсоновскую среду ВТСП объектов.

Проведем интерпретацию полученных результатов на основе последнего утверждения. В иттриевой керамике без серебра (рис. 1) при достижении нижнего второго динамического критического поля bx1 возникли c макровихри [12,13], охватывающие несколько гранул ВТСП. Когда внешнее поле достигло величины верхнего второго динамического критического поля bx2, такие c гипервихри полностью заняли доступный им объем джозефсоновской среды — при B0 > bx2 зависимость c U0(B0) допускает линейную аппроксимацию (рис. 1).

С дальнейшим ростом прикладываемого поля при Bs cв пространстве слабых связей появляются меньшие по своим размерам флаксоны, заполняющие в конечном счете межгранульный объем ВТСП.

Хорошо известно, что при легировании серебро окуРис. 3. Влияние содержания серебра на отклик металлооксида тывает гранулы ВТСП [16] и с ростом концентрации Y–Ba–Cu–O (содержание Ag 1%). Частота f = 600 Hz, число увеличивается его плотность. В результате растет глувитков катушки N = 500.

бина проникновения (в рассматриваемых материалах следует говорить об увеличении всех характеризующих их глубин проникновения [12,13]). Однако добавка нормального металла должна усиливать и корреляции Отметим, что формально такая картина (рис. 3) между контактами [18], способствуя распространению в соответствует ранее полученной в исследованиях талджозефсоновской среде области когерентного поведения лиевых керамиках [11]. Но напрашивающийся вывод о ее общем характере представляется внутренне противоречивым. Аргументом в пользу такого мнения служит следующее. В таллиевых керамиках наблюдались [11] в полях до 15 mT явления, объясняемые [7] динамикой флаксонов и затем вихрей Абрикосова. Это заставило допустить [11], что здесь особенность в полях 10-5 T связана с зарождением флаксонов, но ощутимая неясность ситуации не позволяла расширить подход и говорить о гипервихрях. Действительно, из дальнейшего изложения станет понятна опосредственная связь этого критического значения с зарождением флаксонов.

В результате подобных исследований рассматриваемых иттриевых керамик с серебром, в том числе содержанием серебра выше одного процента, были обнаружены эффекты, связанные с динамикой флаксонов.

Результаты будут представлены отдельно, в настоящей работе ограничимся утверждением о том, что нет никаких оснований для выводов об отсутствии вихрей Рис. 4. Изменение величин критических полей с ростом Джозефсона в этих материалах. содержания Ag.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 406 В.Е. Милошенко, И.М. Шушлебин, О.В. Калядин (появление контактов типа S–N–S). Следует ожидать, ВТСП. Их размеры и значение bx1 также должны завиc b что при этом уменьшится поле Bs, пропорциональ- сеть именно от eff. Другие процессы были рассмотрены cное 1/dJ, причем как за счет роста джозефсоновской выше.

глубины проникновения J, так и увеличения размеров Предложенная интерпретация нуждается в теоретичепереходов d (рис. 2 и 4). В рамках представлений о ском обосновании возможности возникновения гипотегипервихрях естественно ожидать и распространения ги- тических взаимопроникающих сеток контактов. С экспервихрей в большей части объема слабых связей ввиду периментальной точки зрения аргументом в ее пользу увеличения области когерентного поведения — рост bx2 является то обстоятельство, что изменение как b, c c(рис. 2 и 4). Эти тенденции развиваются с ростом так и bx1 с увеличением добавок Ag действительно c содержания серебра (рис. 3), приводя в конечном счете определяется одним физическим параметром (в нашей b к зарождению флаксонов в условиях, когда пространство интерпретации eff) — сравните соответствующие крислабых связей уже заполнено гипервихрями (рис. 4). Это вые на рис. 4.

позволяет понять и поведение таллиевых керамик [11], зарождение флаксонов здесь протекало подобным обраСписок литературы зом, но тогда поле bx1 неуместно характеризовать как c „дополнительное“. Наличие двух критических полей b c[1] Э.Б. Сонин. Письма в ЖЭТФ 47, 8, 415 (1988).

и bx1 оказывается общим свойством и должно допускать c [2] Э.Б. Сонин, А.К. Таганцев. ЖЭТФ 95, 3, 994 (1989).

объяснение с общих позиций.

[3] Е.З. Мейлихов. СФХТ 2, 9, 5 (1989).

Согласно модели [19], глубина проникновения eff [4] G.W. Grabtee, D.R. Nelson. Physics Today. 50, 1, 38 (1997).

(характеризующая экранирующие свойства сверхпровод- [5] E.H. Brandt. Physica C 196, 1, 91 (1991).

[6] L. Xing. Phys. Rev. B 46, 17, 11 084 (1992).

ников в полях, меньших поля проникновения абрико[7] И.М. Шушлебин. Изв. АН. Сер. физ. 57, 11, 178 (1993).

совских и джозефсоновских вихрей) существенно ани[8] И.М. Шушлебин, В.Е. Милошенко. СФХТ 2, 12, 79 (1989).

зотропна. В направлении оси b решетки сильная связь [9] В.Е. Милошенко, И.М. Шушлебин, Г.С. Бурханов, гранул и большой их размер приводят к малой глуМ.И. Бычкова, И.Д. Петренко. СФХТ 4, 6, 1158 (1991).

b бине проникновения eff. В направлении оси a решетки [10] В.Е. Милошенко, И.М. Шушлебин. СФХТ 5, 8, гранул слабая связь гранул и малый размер гранул (1992).

a обусловливают большую глубину проникновения eff.

[11] И.М. Шушлебин, А.И. Акимов, А.П. Чернякова. СФХТ 6, Авторы [19] полагали, что эффект существен в тонких 11–12, 2067 (1993).

пленках, текстурированных керамиках и т. п., а в силу [12] М.А. Зеликман. СФХТ 5, 1, 60 (1992).

хаотического распределения гранул в рассматриваемых [13] М.А. Зеликман. СФХТ 5, 10, 1819 (1992).

металлокерамиках анизотропия не должна бы суще- [14] В.К. Игнатьев. ФНТ 23, 7, 686 (1997).

[15] Н.Д. Кузьмичев. ФТТ 43, 11, 1934 (2001).

ственно влиять.

[16] V.F. Shamrai, Yu.V. Efimov, T.M. Frolova, et. al. Practical Однако модель [12,13] описывает поведение неиденMetallography 29, 2, 85 (1992).

тичных джозефсоновских контактов усредненным обра[17] А. Роуз-Инс, Е. Родерик. Введение в физику сверхпровозом. В трехмерной джозефсоновской среде существовадимости. Мир, М. (1972).

ние гипервихрей, согласно [13], обусловлено взаимным [18] К.К. Лихарев. Введение в динамику джозефсоновских (индуктивным) влиянием контактов, в том числе и переходов. Наука, М. (1985).

достаточно удаленных, которое и позволяет избежать [19] А.С. Петров, Е.Е. Слядников. СФХТ 6, 6, 538 (1993).

перехода в стеклообразное состояние, обусловливая возможность возникновения гипервихрей.

Pages:     || 2 |



© 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.