WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 5 Механизмы диссипации в джосефсоновской среде на основе ВТСП под действием магнитного поля © Д.А. Балаев, С.И. Попков, К.А. Шайхутдинов, М.И. Петров Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, 660036 Красноярск, Россия E-mail: smp@iph.krasn.ru (Поступила в Редакцию 3 июня 2005 г.) Приведены результаты экспериментального исследования влияния магнитного поля (0-60 kOe) на вид зависимостей R(T) композитов Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO. Данные композиты представляют собой сеть джозефсоновских переходов туннельного типа, в которых несверхпроводящий компонент (CuO) формирует границы (барьеры) между ВТСП-кристаллитами. Зависимости R(T ) композитов имеют двухступенчатую структуру, характерную для гранулярных сверхпроводников: резкий скачок сопротивления при критической температуре ВТСП-кристаллитов и плавный переход в сверхпроводящее состояние, вызванный влиянием границ между ВТСП-кристаллитами. Полученные зависимости R(T) проанализированы в рамках модели Амбегаокара–Гальперина (АГ) для тепловых флуктуаций в джозефсоновских переходах и модели термоактивационного течения потока (крипа потока). Наблюдается кроссовер указанных механизмов с ростом магнитного поля. В диапазоне слабых магнитных полей 0-102 Oe зависимости R(T ) хорошо описываются выражением, следующим из модели АГ. В диапазоне сильных полей 103-6 · 104 Oe диссипация следует закону Аррениуса R exp ( - U(H)/T ), характерному для модели крипа потока с температурнонезависимой энергией пиннинга U(H). Определены величины эффективной энергии джозефсоновской связи и пиннинга, соответствующие режимам АГ и течения потока.

PACS: 74.81.Fa, 74.50.+r Исследование влияния магнитного поля на транспорт- реход. При этом разность фаз волновых функций сверхные свойства высокотемпературных сверхпроводников проводников изменяется скачком — „проскальзывает“ (ВТСП), начатое вскоре после их открытия [1–5], про- на 2, что приводит к появлению ненулевого падения напряжения на контакте. К аналогичному результату должает оставаться актуальным (см., например, [6–15]), поскольку процессы диссипации и разрушения сверх- приводит рассмотрение термоактивационного движения проводимости транспортным током и магнитным по- вихрей в джозефсоновской среде, что было впервые показано в работе [3]. Перескоки вихрей через потенцилем в ВТСП-материалах весьма многообразны и могут быть вызваны множеством причин [16]. В поликри- альные барьеры также вызывают проскальзывание фазы на 2 и появление добавочного сопротивления, что сталлических ВТСП резистивный переход имеет двутакже описывается в рамках модели АГ [3]. Отношение стадийный характер [1,8–12,17]: резкий скачок электроэнергии джозефсоновской связи сопротивления R, который заметно уширяется только в сильных (10-60 kOe) магнитных полях и отражает EJ(T ) = IC(T )/e (1) переход ВТСП-кристаллов в сверхпроводящее состо(где IC(T ) — температурная зависимость критического яние, а также затянутый „хвост“ зависимости R(T ), тока джозефсоновского перехода в отсутствие флукуширяющийся уже в слабых (десятки эрстед) полях, туаций) к величине kBT является мерой подавления который определяется протеканием транспортного тока сверхпроводящих свойств джозефсоновского перехода.

через трехмерную сеть межкристаллитных границ. Эти В случае малого транспортного тока j IC модель АГ границы являются слабыми связями джозефсоновскопредсказывает следующее выражение для сопротивлего типа, что и определяет высокую чувствительность ния, вызванного тепловыми флуктуациями [19]:

электросопротивления поликристаллов ВТСП к слабым магнитным полям. К сети джозефсоновских контактов, R = {I0(EJ(T )/2kBT )}-2, (2) реализующихся в гранулярных ВТСП, применим термин где I0 — модифицированная функция Бесселя. Предста„джозефсоновская среда“ [18].

вим (2) в виде Для описания транспортных свойств гранулярных R = {I0(C(H)JC(T )/2T )}-2, (3) ВТСП в магнитных полях был предложен ряд механизмов (см., например, [16]). В настоящей работе мы где JC(T ) =IC(T )/IC(0K), C(H) — параметр, характерассматриваем диапазоны применимости двух из них:

ризующий „силу“ джозефсоновской связи, зависящий от модели Амбегаокара–Гальперина (АГ) [19] и механизма приложенного магнитного поля, крипа магнитного потока [20]. В модели АГ [19] теплоC(H) = IC(H, 0K)/kBe = EJ(H, 0K)/kB. (4) вые флуктуации в джозефсоновском переходе приводят к разрушению фазовой когерентности между двумя Модель АГ применялась для описания транспортсверхпроводниками, образующими джозефсоновский пе- ных свойств как одиночных джозефсоновских перехоМеханизмы диссипации в джосефсоновской среде на основе ВТСП под действием магнитного поля дов [21,22], так и поликристаллических ВТСП [8,23–25] и ВТСП-композитов [16,26] в магнитных полях. В двух последних случаях трехмерная сеть джозефсоновских переходов заменяется эффективным контактом;

правомочность такого подхода обсуждалась в работах [16,23,25].

Кроме механизма АГ термоактивационное движение вихрей также описывается моделью крипа магнитного потока [20]. Зависимость R(H, T ) в этой модели выражается законом Аррениуса [2] R = R0 exp ( - U(H, T )/kBT ), (5) где R0 — предэкспоненциальный множитель, U(H, T ) — полевая и температурная зависимость потенциала пиннинга, т. е. средняя величина энергетического барьера, который преодолевает вихрь (или связка вихрей) магнитного потока при движении в межгранульном пространстве, что в конечном счете приводит к появлению электросопротивления. Результаты ряда экспериментов на поликристаллических ВТСП (вторая часть зависимости R(T )) были интерпретированы в рамках указанного подхода [4,11,12,27]. В некоторых случаях наблюдается „классическое“ температурно-независимое поведение U(H, T ) =U(H) [4,27].

Однако в указанных работах, посвященных поликристаллам и композитам, использованные диапазоны полей, на наш взгляд, не достаточны для выявления полной картины поведения транспортных свойств джозефсоновской среды в магнитном поле. Данные по R(T ) были измерены и анализировались в следующих диапазонах: 0-130 Oe [23], 0-75 Oe [25], 0-3.5kOe [26], 1-17 kOe [8] (в рамках модели АГ); 0.3-20 kOe [11], 0-10 kOe [12], 0-300 Oe [27] (в рамках модели крипа потока).

В настоящей работе приводятся результаты измерений и интерпретация зависимостей R(T ) композитов из Рис. 1. Температурные зависимости электросопротивления ВТСП Y3/4Lu1/4B2Cu3O7 и оксида меди CuO в диапазоне образца YBCO + 30CuO, измеренные в диапазоне магнитных магнитных полей от 0 до 60 kOe. Двухфазные композиты полей 0-183 Oe (a) и 1-60 kOe (b).

на основе ВТСП представляют собой искусственно созданную сеть джозефсоновских переходов [28,29]. Роль материала, формирующего барьеры между сверхпроприкладывалось перпендикулярно направлению тока, обводящими гранулами (т. е. джозефсоновскую связь) в разцы охлаждались в нулевом поле. Величина плотнокомпозитах, выполняет несверхпроводящий компонент сти транспортного тока составляла j 0.03 A/cm2, что причем „силу“ (энергию джозефсоновской связи) можсоответствовало значению, меньшему 1% от критичено регулировать соотношением объемов компонентов.

ского тока образцов при 4.2 K ( jC(4.2K) =3-6A/cm2).

Поскольку при температурах ниже 100 K сопротивлеЭто, по нашему мнению, обеспечивало условие j jC.

ние CuO велико (> 108 · cm), в композитах из ВТСП Уменьшение величины плотности измерительного тока и CuO реализуется сеть контактов туннельного типа ниже указанной величины уже практически не влияло Композиты были приготовлены методом быстрого спекания, описанным в работе [28]. Температурный ре- на вид зависимости R(T ). Увеличение j, напротив, вело жим: 2 min при 910C, затем 3 h при 350C. Транспорт- к уширению резистивного перехода.

На рис. 1, 2 приведены зависимости R(T) компоные свойства образцов в отсутствие магнитного поля приведены в работе [28]. Обозначим далее композиты зитов YBCO + 30CuO, YBCO + 15CuO в координатах -как YBCO + V CuO, где V — концентрация CuO (в vol.%) lg R-T. Видно, что в полях, меньших 200 Oe в композите; содержание сверхпроводника — 100% — (рис. 1, a и 2, a), эти зависимости не имеют линейV. Зависимости R(T ) измерялись стандартным четырех- ного участка, а в больших полях (1, 10, 60 kOe для зондовым методом в режиме отогрева образца, пред- образца YBCO + 30CuO (рис. 1, b) и 0.4, 1.1, 5.0 kOe варительно охлажденного до 4.2 K. Магнитное поле H для образца YBCO + 15CuO (рис. 2, b)) они, напротив, Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 782 Д.А. Балаев, С.И. Попков, К.А. Шайхутдинов, М.И. Петров использовали классическую зависимость Амбегаокара– Баратова (АБ) [30] для туннельного джозефсоновского перехода. Ранее именно она была использована при описании R(T) композитов ВТСП + CuO в отсутствие магнитного поля [28] в рамках модели АГ.

Таким образом, кроме слабо варьируемых параметров:

R(TCJ) — сопротивления барьеров, разделяющих ВТСПкристаллиты (величина второй ступени R(T )), и величины TCJ — критической температуры, при которой все ВТСП-кристаллиты уже перешли в сверхпроводящее состояние, остается только один подгоночный параметр — C(H), определяемый выражением (4). На рис. 3, 4 приведены результаты подгонки экспериментальных зависимостей R(T ) в магнитных полях по модели АГ с помощью выражения (3) для композитов YBCO + 30CuO и YBCO + 15CuO соответственно. Оси X, Y и Z соответствуют температуре, магнитному полю и сопротивлению, нормированному на значение R в начале перехода ВТСП-кристаллитов (TC = 93.5K), неизменному для всех композитов. Зависимости R(T ) композитов характеризуются двухступенчатой структурой (см. выше). Теория АГ описывает температурное поведение второй, плавной части R(T ). Наблюдается хорошее согласие между экспериментом и теоретическими кривыми для полей до 150 Oe. Оно сохраняется и в диапазоне малых значений R, на три порядка меньших величины R(TCJ), что хорошо видно из рис. 3, b и 4, b, на которых данные по сопротивлению приведены в логарифмической шкале. Обращает на себя внимание несовпадение эксперимента и теории АГ в полях, больших 150 Oe (см. зависимости R(T ) при H = 180 Oe на рис. 3, a и 4, a). В полях 0.4, 1, 5, и 60 kOe это расхождение для исследованных образцов увеличивается и достигает 100%.

На основании результатов, приведенных выше, можно заключить, что в полях до 102 Oe диссипация в Рис. 2. Температурные зависимости электросопротивления сети джозефсоновских переходов происходит по сцеобразца YBCO + 15CuO, измеренные в диапазоне магнитных нарию модели АГ, а в сильных магнитных полях, полей 0-180 Oe (a) и 0.4-5.0kOe (b).

больших 103 Oe, имеет место крип магнитного по тока, в этом случае R определяется выражением (5).

Такая картина представляется авторами реалистичной, линейны в широком интервале температур. Это ука- и существует несколько возможных объяснений такого зывает на выполнение закона (5) при приблизительно поведения на качественном уровне. Во-первых, согласно температурно-независимой энергии пиннинга. Подобно широко признанной модели джозефсоновской среды [18], тому как это было сделано авторами ряда работ (см., на- уже в нулевом поле мейсснеровское состояние в подпример, [11,25]), можно найти функциональную зависи- системе межкристаллитных границ является разрушенмость U(T ) в виде U(T ) =(1-T /TC)q в слабых маг- ным: магнитное поле проникает в образец в виде манитных полях. Действительно, можно определить, что лоподвижных сетчатых гипервихрей, размеры которых q 2.9 при H = 0Oe, q 2.3 при H = 38 Oe, q 2.2 уменьшаются, а их число растет с увеличением поля.

при H = 79 Oe, q 1.6 при H = 180 Oe для этого образ- При достижении некоторого поля HJ гипервихри трансца (причем такой подход не позволяет описать область формируются в вихри Джозефсона [7,18]. В работе [7] малых значений сопротивления R/R(TC) < 10-2). Одна- это поле HJ было сопоставлено с полем необратимого ко далее показано, что возможен другой подход к опи- поведения зависимости намагниченности от магнитного санию R(T) композитов в диапазоне слабых (< 200 Oe) поля Hirr в магнитных измерениях. Значения Hirr из магнитных полей. работы [7] и других экспериментов на иттриевой ВТСПДля описания экспериментальных R(T ) в рамках мо- системе [9,31] составляют десятки эрстед в районе 77 K.

дели АГ необходимо определить зависимость JC(T ). Мы Ясно, что в окрестности HJ или Hirr, где происходит Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Механизмы диссипации в джосефсоновской среде на основе ВТСП под действием магнитного поля десятки и сотни эрстед [9,13,15,18]. Становится вероятным процесс взаимодействия двух вихревых подсистем:

джозефсоновские вихри из слабых переходят в гранулы в виде абрикосовских вихрей (и наоборот). Эти процессы могут отразиться и на температурном поведении сопротивления сети слабых связей, что видно в эксперименте.

И наконец, как было отмечено в работе [16], формально механизмы АГ и крипа потока различаются только выбором потенциала пиннинга, в модели АГ потенциал периодический (уравнение поведения джозефсоновского контакта эквивалентно описанию броуновской частицы в периодическом потенциале [19]), тогда как в модели крипа потока нет строгих ограничений на расположение центров пиннинга относительно друг друга. С ростом магнитного поля вследствие действия силы Лоренца Рис. 3. a — температурные зависимости электросопротивления композита YBCO + 30CuO в зависимости от приложенного магнитного поля (точки). Сплошные линии — результаты наилучшей подгонки по модели АГ [19]: с помощью выражения (3) при значениях C(H), равных 1760, 1080, 860, 620 при возрастании поля. b — то же в логарифмической шкале по R.

R(TCJ) и TCJ — параметры, использованные для построения теоретических зависимостей R(T).

перестройка структуры вихрей, можно ожидать и изменения характера магнитосопротивления сети слабых связей. В образцах, исследованных в настоящей работе, величина Hirr составляет 38 Oe при 77 K — как по данным электрических (R(H)), так и по данным магнитных измерений. Возможно, что ввиду разброса геометрических параметров сети джозефсоновских пеРис. 4. a — температурные зависимости электросопротивлереходов в композитах YBCO + CuO смена характера ния композита YBCO + 15CuO в зависимости от приложенномагнитосопротивления оказывается трудноопределимой.

го магнитного поля (точки). Сплошные линии — результаты Во-вторых, при некоторой величине магнитного понаилучщей подгонки по модели АГ [19]: с помощью выражеля HC1g для кристаллитов начинается процесс проникния (3) при значениях C(H), равных 3000, 1980, 1500, 1150, новения поля уже в сверхпроводящие гранулы, причем 1000, 820 при возрастании поля. b — то же в логарифмической значение HC1g в районе 77 K также может составлять шкале по R.

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.