Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
Чарикова Татьяна Борисовна
ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЛОИСТЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ СОЕДИНЕНИЯХ С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ БЕСПОРЯДКА
01.04.07 - физика конденсированного состояния
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Екатеринбург - 2010
Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов Уральского отделения Российской Академии наук Официальные Доктор физико-математических наук, оппоненты: профессор, академик РАН Садовский Михаил Виссарионович Доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент РАН Гощицкий Борис Николаевич Доктор физико-математических наук, профессор Рахманов Александр Львович
Ведущая организация: Физический факультет Московского государственного университета, г.Москва
Защита состоится 29 октября в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 004.003.01 при Институте физики металлов УрО РАН по адресу: 620990, г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С. Ковалевской, 18.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН.
Автореферат разослан л __________2010 г
Ученый секретарь диссертационного совета Лошкарева Н.Н.
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы Явление сверхпроводимости в металлах было открыто почти 1лет назад. Это открытие позволило по-новому взглянуть на процесс переноса носителей заряда в твердых телах. К середине прошлого века была разработана микроскопическая теория сверхпроводимости - теория Бардина-Купера-Шриффера (БКШ), в основе которой лежит фононный механизм притяжения между электронами. В 1964 г. было предложено, что в одномерных (В.А.Литтл) и двумерных (В.Л.Гинзбург) структурах можно реализовать сверхпроводимость с более высокими критическими температурами. В 1986 г. Беднорцем и Мюллером было синтезировано соединение La2-xBaxCuO4 со слоистой структурой и критической температурой Tc 30K. В последующие годы исследований высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), имеющих в своей структуре плоскости CuO2, были получены две больших группы купратов: дырочные и электронные. Легирование неизовалентными примесями родительских соединений, которые являются антиферромагнитными диэлектриками, приводит к появлению в купратах дырок или электронов в качестве носителей. Исторически первыми появились дырочные ВТСП-купраты, которые и были активно исследованы. В 1989 г. были синтезированы соединения Ln2-xCexCuO4+ (Ln = Nd, Sm, Pr), носителями заряда в которых являлись электроны.
Дополнительным условием появления сверхпроводимости в данных соединениях было упорядочение нестехиометрических дефектов, возникающих вследствие условий роста соединений. Уже первые исследования физических свойств дырочных и электронных ВТСП показали наличие ассиметрии свойств (по крайней мере, различие фазовой диаграммы). Если для дырочных ВТСП характерна узкая область антиферромагнитного диэлектрика (AF) и широкая область сверхпроводящего состояния (СП) с высокими критическими температурами (Tcmax = 135K), то для электронных ВТСП наблюдалась достаточно широкая область AF диэлектрика, соприкасающаяся на фазовой диаграмме с узкой СП областью. Критические температуры не превышали Tcmax = 25 K. И если для дырочно-легированных сверхпроводников было практически сразу установлено, что спаривание носителей заряда соответствует d-типу, то в электронно-легированных сверхпроводниках до сих пор этот вопрос остается открытым, хотя проделан ряд экспериментов указывающих на реализацию спаривания носителей заряда d-типа.
Следует подчеркнуть, что, несмотря на использование всего накопленного опыта в исследовании многочастичных систем и анализа многочисленных теоретических моделей, однозначная интерпретация ряда физических явлений, а также механизм образования сверхпроводящего состояния до сих пор не установлены. Помимо электрон-фононного механизма сверхпроводимости могут существовать и другие механизмы, связанные с межэлектронным кулоновским взаимодействием. Существуют различные мнения среди исследователей о физической картине нормального состояния ВТСП - почему имеет место линейная зависимость электросопротивления от температуры, существуют ли нарушения в теории ферми-жидкости Ландау для ВТСП.
Сверхпроводящие свойства оксидных соединений существенным образом определяются их электронными свойствами в нормальном состоянии. Долгое время существовало мнение, что оксидные соединения являются изоляторами, и лишь открытие Беднорцем и Мюллером сверхпроводящего соединения La2-xBaxCuO4 стимулировало исследования электронных свойств оксидных соединений с целью поиска других семейств оксидных сверхпроводников. Важной составляющей в получении сведений об электронном строении в нормальной фазе сверхпроводящих соединений является исследование электросопротивления, эффекта Холла, магнитосопротивления.
Решению вопросов, связанных с выяснением механизма высокотемпературной сверхпроводимости, посвящено огромное количество работ. Однако сведения об электронных свойствах в нормальном состоянии в электронных сверхпроводниках носили разрозненный характер, были неполными, а часто просто отсутствовали.
Не проводилось систематических исследований тензора электропроводности и гальваномагнитных эффектов систем с электронным типом носителей заряда при изменении степени легирования и степени кислородного беспорядка. Поэтому данная проблема является, несомненно, актуальной. Более того, наличие полной картины поведения квазидвумерных сверхпроводящих слоистых систем при изменении степени беспорядка необходимо как с физической, так и с прикладной точек зрения.
Исследования по теме диссертации проводились в рамках программы Высокотемпературная сверхпроводимость № гос. проекта 93028 Киноптика, при поддержке Министерства науки, контракты №107-1(00)-П, №40.012.1.1.1146 (договор № 15/02 и №12/04), по теме Квантовая физика конденсированных сред № гос.рег.01.2.006.13394, в рамках ряда программ Президиума РАН и при поддержке проектов РФФИ № 00-02-17427, 04-02-96084-р2004урал, 07-02-00396.
Цель и задачи работы Основной целью данной работы было выяснение детальной картины изменения фазовых состояний в слоистых сверхпроводящих системах при изменении нестехиометрического беспорядка и степени изовалентного и неизовалентного легирования, а также получение данных о симметрии спаривания в электронном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- Систематически исследовать тензор электросопротивления и эффект Холла в нормальном состоянии в слоистых сверхпроводящих системах Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO4 в зависимости от нестехиометрического беспорядка и степени неизовалентного и изовалентного легирования для получения данных о механизме переноса носителей заряда, их концентрации и анизотропии проводимости.
- Изучить гальваномагнитные эффекты в слоистой системе Nd2-xCexCuO4+ с разной степенью беспорядка для выяснения влияния содержания нестехиометрического кислорода на изменение электронной структуры.
- Выяснить влияние нестехиометрического беспорядка на наклон верхнего критического поля в электронном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+ для получения сведений о симметрии спаривания.
Новые научные результаты и положения, выносимые на защиту 1. Установлен механизм переноса носителей заряда в родительском соединении Nd2CuO4 электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ - активационная проводимость по локализованным состояниям, находящимся вблизи уровня Ферми.
2. Обнаружена эволюция фазовых состояний нормальной области электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ от трехмерного анизотропного неметалла через квазидвумерное металлическое состояние к трехмерному анизотропному металлу при изменении степени беспорядка при неизовалентном легировании церием.
3. Установлено, что рост степени беспорядка в электронном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+, вызванный увеличением содержания нестехиметрического кислорода, приводит к фазовому изменению нормального состояния от квазидвумерной металлической системы к трехмерной анизотропной неметаллической системе.
4. Установлена корреляция между степенью двумерности сверхпроводящих систем и температурой сверхпроводящего перехода: максимальная анизотропия соответствует максимальной температуре перехода.
5. Установлено, что соединения Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuOявляются сверхпроводниками, находящимися в состоянии андерсоновского диэлектрика с сильно-анизотропной длиной локализации (Rlocab >> Rlocc). Обнаружено, что при определенной степени беспорядка имеет место переход Андерсона металлдиэлектрик.
6. Для электронных сверхпроводников с оптимальным уровнем неизовалентного легирования характерно спаривание d-типа с учетом анизотропного рассеяния электронов на нормальных примесях.
7. Показано, что электронный сверхпроводник Nd2-xCexCuO4+ с разной степенью беспорядка соответствует критерию устойчивости основного состояния типа БКШ (формирование куперовских пар), а не состояния с заранее образованными парами (бозеэйнштейновская конденсация).
Научная и практическая ценность работы Научная значимость работы состоит в том, что в результате исследования тензора электропроводности получена целостная картина поведения сверхпроводящей слоистой системы с электронным типом носителей заряда при изменении степени легирования и степени кислородного беспорядка. До сих пор подобные исследования проводились на сверхпроводниках с дырочным типом проводимости. Практическую ценность имеет косвенный метод оценки содержания нестехиометрического кислорода по измерениям длины свободного пробега носителей заряда в кинетических экспериментах при исследовании монокристаллических пленок, так как классические методы определения содержания кислорода в исследуемых соединениях в случае тонких пленок не применимы. Результаты, полученные в работе для модельного объекта Nd2-xCexCuO4+, который является аналогом двумерной сверхрешетки, представляют интерес для академических и отраслевых организаций при разработке новых функциональных материалов.
Степень достоверности результатов Достоверность представленных в диссертации результатов обеспечивается исследованием аттестованных образцов, применением стандартных методик измерений на аттестованных приборах и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных на автоматизированных установках с различными характеристиками.
Имеется согласие отдельных результатов с данными, полученными другими авторами при исследовании транспортных и магнитных свойств высокотемпературных сверхпроводников.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации - ичный вклад автора состоит в постановке общей цели исследований и проблем в работах, которые составляют основу диссертации.
- Автором разработана методика нанесения омических контактов на монокристаллы и монокристаллические пленки и в сотрудничестве с А.А.Ивановым (МИФИ, Москва) определены условия термической обработки монокристаллических пленок Nd2-xCexCuO4+ с различной ориентацией. Монокристаллы Nd2-xCexCuO4+ были синтезированы в МГУ (Москва) в группе Л.И.Леонюк, в ИФТТ (Черноголовка) в группе Г.А.Емельченко, в Техническом университете Гданска (Польша) в группе В.Садовского, монокристаллы Ca2-xSrxRuO4 - в Университе Киото (Япония) в группе Й.Маено.
- Автором проведены измерения сопротивления для различных кристаллографических направлений, термоэдс и эффекта Холла в магнитных полях до 50 кЭ в интервале температур T = (1.8-300) К.
Измерения сопротивления в магнитных полях до 90 кЭ в интервале T = (1.8-40) К выполнены в Центре магнитометрии ИФМ УрО РАН в кооперации с А.В.Королевым. При непосредственном участии автора проведены измерения полевых зависимостей сопротивления и эффекта Холла в магнитных полях до 120 кЭ при T = (0.4 - 4.2) К в центре сильных магнитных полей и сверхнизких температур ИФМ УрО РАН (Э.А.Нейфельд, В.Л.Константинов, В.Н.Неверов, И.В.
Карсканов).
- Автором проводились обработка и анализ полученных данных на основе имеющихся теоретических представлений, а также обобщение результатов работы в публикациях и отчетах по проектам.
- В дискуссиях в процессе экспериментальных исследований и в обсуждении результатов принимали участие соавторы публикаций А.И.Пономарев, Н.Г.Шелушинина и Г.И.Харус.
Апробация работы.
Результаты работы были доложены на XXX, XXXI, XXXII, XXXIII Совещаниях по физике низких температур (Дубна 1994 г., 1998 г., Казань 2000 г., Екатеринбург 2003 г.), на 4-ой, 6-ой, 7-ой, 9-й международных конференциях УМатериалы и механизмы сверхпроводимости и высокотемпературной сверхпроводимости (Гренобль 1994 г., Хьюстон 2000 г., Рио де Жанейро 2003 г., Токио 20г.), на 5-ом Всемирном конгрессе по вопросам сверхпроводимости (Будапешт 1996 г.), на 10-ой международной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Штуттгарт 1996 г.), на 5-ом Совещании по вопросам высокотемпературной сверхпроводимости Применение высокотемпературных сверхпроводников (Эгер 1999 г.), на Международном Симпозиуме - EASTMAG 2001 (Екатеринбург 20г.), на 6-ой Международной Конференции по вопросам межмолекулярных взаимодействий в веществе (Гданьск 2001 г.), на 23-ей Международной Конференции по физике низких температур (Хиросима 2002 г.), на Международной Конференции Новейшие проблемы сверхпроводимости (Ялта 2002 г.), на Международной Конференции по сильнокоррелированным электронным системам (Карлсруе 2004 г.), на VII и VIII Российских конференциях по физике полупроводников (Москва 2005 г., Екатеринбург 2007 г.), на Уральских зимних школах по физике полупроводников (Екатеринбург 1999, 2002, 2004, 2006, 2008 гг.), на VI Международной конференции по квантовым явлениям в сложных соединениях STRIPES08 (Эриче 2008 г.), на 1-ой, 2-ой и 3-ей Международных конференциях Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости (МоскваЗвенигород 2004, 2006, 2008 гг.).
Публикации:
Материалы диссертации изложены в 29 публикациях в журналах, включенных ВАК в Перечень ведущих рецензируемых журналов, и в сборниках трудов конференций. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 2страницы, включая 106 иллюстраций, 15 таблиц и список цитируемой литературы из 171 наименования.
Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цели и задачи работы, а также основные положения, выносимые на защиту и составляющие научную новизну и практическую ценность диссертации.
Первая глава Кристаллическая структура и гальваномагнитные эффекты в слоистых высокотемпературных сверхпроводниках носит обзорный характер и посвящена обсуждению современных представлений об особенностях кристаллической и электронной структур слоистых соединений электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ и сверхпроводника Ca2-xSrxRuO4. Приводится также обзор экспериментальных результатов исследования гальваномагнитных эффектов, полученных в мире для данных соединений.
егированный церием купрат Nd2-xCexCuO4+ и легированный стронцием рутенат Ca2-xSrxRuO4 имеют слоистую квазидвумерную перовскитоподобную кристаллическую структуру. В семействе купратных сверхпроводников Nd2-xCexCuO4+ обладает многими уникальными свойствами, которые делают его удобным объектом для исследования. Это сверхпроводник с электронным типом проводимости, в структуре которого имеется только одна плоскость CuO2 на элементарную ячейку, а в оптимально отожженных кристаллах нет вершинных (апексных) атомов кислорода между соседними проводящими плоскостями CuO2. Соединение Nd2-xCexCuO4+ характеризуется способностью обратимо поглощать и выделять кислород, и его свойства сильно чувствительны к содержанию кислорода. Чистый Nd2CuO4 является диэлектриком и сверхпроводимость появляется только у твердых растворов на его основе как, например, Nd2-xCexCuO4+ (0.14 x 0.2) при дополнительном отжиге в бескислородной атмосфере.
Исследование SrxRuO4 представляет интерес по нескольким причинам. SrxRuO4 аналогичен по структуре высокотемпературным сверхпроводникам, но, в отличие от них, сверхпроводящая фаза появляется только в недопированных и в стехиометрически чистых образцах. Также, в противоположность высокотемпературным купрaтам, в SrxRuO4 не наблюдается значительной зависимости Tc от содержания нестехиометрического кислорода, но существует очень сильная зависимость от содержания немагнитных примесей. Система Ca2-xSrxRuO4, получаемая путем изовалентного замещения стронция кальцием, обладает богатым набором электронных, магнитных и структурных фазовых переходов.
Результаты исследования гальваномагнитных эффектов в слоистых сверхпроводящих соединениях с беспорядком на момент начала исследований нами электронных ВТСП Nd2-xCexCuO4+ с различным содержанием церия и кислорода и слоистого соединения Ca2-xSrxRuO4 с различным содержанием кальция представляли собой единичные, несистематизированные данные, эксперименты были выполнены преимущественно на отдельных образцах. Результаты исследований магнитосопротивления и эффекта Холла были противоречивы, носили взаимоисключающий характер. Поэтому направлением наших исследований было получение на сериях качественных образцов Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO4 с различной степенью беспорядка (как объемных монокристаллов, так и монокристаллических пленках) надежных результатов исследования электросопротивления, магнитосопротивления, эффекта Холла электронных высокотемпературных сверхпроводниках Nd2-xCexCuO4+ и слоистых сверхпроводниках Ca2-xSrxRuO4.
Вторая глава Методика эксперимента и приготовление образцов характеризует методики проведения эксперимента и методики приготовления образцов.
В этой главе представлены экспериментальные установки, на которых проводились измерения. В ходе работы проводились исследования электросопротивления, продольного и поперечного магнитосопротивления, эффекта Холла в стационарных магнитных полях до H=120 кЭ в интервале температур T = (0.4 - 300) K.
В этой главе перечислены технологии получения исследованных соединений и представлена информация о методике создания беспорядка в соединениях:
1. Изменение содержания кислорода при определенном уровне легирования в соединениях Nd2CuO4 и Nd2-xCexCuO4+.
2. Неизовалентное замещение при оптимальном отжиге в соединении Nd2-xCexCuO4+.
3. Изовалентное замещение в соединении Ca2-xSrxRuO4.
Большой раздел работы посвящен обсуждению проблем подготовки образцов к измерениям и методам нанесения электрических контактов на различные виды образцов.
Третья глава Кинетические эффекты в родительском соединении Nd2CuO4 посвящена исследованию температурной зависимости электросопротивления в плоскости CuO2 в родительском соединении Nd2CuO4, подвергнутом отжигу при различных условиях для изменения содержания кислорода, а также исследованию проводимости в направлении, перпендикулярном плоскостям CuO2 (c - направление) и температурной зависимости коэффициента анизотропии сопротивления в данном соединении.
Результаты исследований опубликованы в работах [3,4,8-10,23].
Измерения электросопротивления были проведены на трех группах образцов:
1. Монокристаллические пленки Nd2CuO4/SrTiO3 с ориентацией (001) - ось c перпендикулярна плоскости пленки и с ориентацией (10) - ось c лежит в плоскости пленки, были выращены методом импульсного лазерного напыления в МИФИ А.А.Ивановым [Л1]. В дальнейшем пленки были подвергнуты термообработке (отжигу) при различных условиях для получения образцов с разным содержанием кислорода. В результате получено три вида образцов:
"as grown" - без отжига; "optimally reduced in vacuum" - оптимальноотожженные в вакууме (t = 60 мин, T = 7800С, p = 10-2 мм.рт.ст.);
"oxidized" - отожженные в кислороде (t = 60 мин, T = 5000С, p = 7мм.рт.ст.). Толщина пленок составляла 1800 .
2. Объемные монокристаллы Nd2CuO4 были получены методом выращивания из расплава, после чего заключены в капсулу из керамического материала Nd1.85Ce0.15CuO4 и отожжены в течение час. в аргоне при различных температурах (10000С;10250С;10500С) [Л2].
3. Объемные монокристаллы Nd2CuO4, выращенные модифицированным TSSG методом, которые не подвергались дополнительному отжигу (as grown) [Л3].
Размеры монокристаллов - (2 x 1.5 x 0.5) мм3.
Результаты исследования температурных зависимостей сопротивления для нелегированного неотожженного образца Nd2CuO4 в плоскости CuO2 (ab(T)) и вдоль оси c (c(T)) приведены на рис. 1(a,b).
Коэффициент d/dT отрицателен во всем исследованном интервале температур T = (115 - 300) K для ab и T = (130 - 300) K для c.
Поведение ab(T) образца Nd2CuO4 наилучшим образом можно описать зависимостью ab(T) ~ T2exp(E/kT) с энергией активации E 58 мэВ, которая вдвое больше тепловой энергии даже при самой высокой температуре эксперимента 300 K (E/kT 2). Поведение c(T) этого образца подчиняется зависимости c(T) ~ exp(E/kT) в интервале T = (150 - 300) K с энергией активации E 81 мэВ, что существенно больше, чем энергия активации для проводимости в плоскости CuO2.
Величина энергий активации E не является шириной какой-либо зонной щели и, по-видимому, соответствует величине активационной энергии прыжковой проводимости по локализованным состояниям.
Nd2CuONd2CuO4 b a 10-110-13 4 5 6 7 8 9 3 4 5 6 7 103/T (K-1) 103/T (K-1) Рис.1. Зависимость ab(T) ~ T2exp(E/kT) и c(T) ~ exp(E/kT) для родительского соединения Nd2CuO4.
При исследовании температурных зависимостей удельного сопротивления на нелегированных монокристаллах Nd2CuO4 с разной температурой отжига и монокристаллических пленках Nd2CuO4/SrTiO3 с различной ориентацией, подвергнутых термическому отжигу, впервые исследованных в нашей группе, были получены следующие результаты:
в плоскостях CuO2 отжиг в вакууме приводит к уменьшению величины сопротивленпия ab на один-два порядка и уменьшению энергии активации E в 2 раза (таблица 1), а в направлении оси с, перпендикулярно плоскостям CuO2, имеет место увеличение с на порядок и смена активационной зависимости сопротивления на степенную (c(T)~1/T).
Таблица 1. Параметры, полученные для соединения Nd2CuO4.
Образец Отжиг с () T (K) E (мЭв) Nd2CuO4/SrTiO3 Отжиг в вакууме 12.185 70-180 Без отжига 12.177 80-150 Отжиг в 12.160 80-150 кислороде Nd2CuO4 Без отжига - 80-290 Nd1000 Отжиг при 12.143 - - t = 10000C Nd1025 Отжиг при 12.138 80-170 t = 10250C Nd1050 Отжиг при 12.134 - - t = 10500C Этот факт свидетельствует о том, что при отжиге соединения Nd2CuO4 в бескислородной атмосфере из решетки удаляется лишний нестехиометрический кислород, который занимает апексные (вершинные) позиции между CuO2-плоскостями. Соединение c ( Ом см ) ab /T ( Ом см /K ) становится более двумерным: коэффициент анизотропии сопротивления увеличивается после отжига Nd2CuO4 в вакууме и растет с уменьшением температуры (рис.2).
2 Nd2CuO4/SrTiOРис.2.
отжиг в вакууме Температурная зави - Nd2CuO4/SrTiO1симость коэффици- без отжига ента анизотропии Nd2CuO4/SrTiO1 отжиг в кислороде сопротивления c/ab(T) соединения Nd2CuO4.
100 150 200 250 3T (K) В результате исследований показано, что перенос заряда осуществляется путем активированных прыжков по локализованным состояниям, причем изменение энергии активации в зависимости от степени нестехиометрического беспорядка свидетельствует об изменении распределения локализованных состояний, находящихся вблизи уровня Ферми, по которым происходят перескоки. В результате исследований обнаружено изменение в поведении удельного сопротивления при изменении содержания кислорода в родительском соединении Nd2CuO4 и выяснены условия оптимального отжига, как монокристаллов, так и монокристаллических пленок.
В четвертой главе Анизотропия гальваномагнитных эффектов в Nd2-xCexCuO4+ с различным содержанием кислорода основное внимание уделено исследованию проводимости и эффекта Холла в электронных сверхпроводниках с различным содержанием кислорода. В данной главе проведен анализ полученных результатов на основе представлений теории неупорядоченных 2D-систем и обсуждается переход металл-диэлектрик в системе Nd2-xCexCuO4+, обусловленный беспорядком. Результаты опубликованы в работах [6, 7, 10-13, 17].
Как уже отмечалось, соединение Nd2-xCexCuO4+, как и все перовскиты, обладает отличительной особенностью: хорошо поглощать и выделять кислород. Поэтому была поставлена задача исследовать влияние различных режимов отжига, которые приводят к изменению содержания кислорода в соединении Nd2-xCexCuO4+, на температурные c ab / зависимости сопротивления для различных кристаллографических направлений (в проводящих плоскостях и поперек проводящих плоскостей). Цель отжига - добиться оптимального режима для исследования свойств системы Nd2-xCexCuO4+ наиболее близкой по содержанию кислорода к стехиометрической (0).
Пленки, исследованные в работе, приготовлены методом импульсного лазерного напыления в МИФИ А.А.Ивановым [Л1]. Две серии эпитаксиальных пленок Nd2-xCexCuO4+ (с x = 0.0; 0.12; 0.14; 0.15;
0.17; 0.18 и 0.20) с различной ориентацией оси c относительно подложки: пленки со стандартной ориентацией (001) - ось c перпендикулярна подложке SrTiO3 с ориентацией (001) и пленки с ориентацией (10) - ось c параллельна подложке SrTiO3, были подвергнуты термообработке (отжигу) при различных условиях для получения образцов с разным содержанием кислорода.
Пленки с ориентацией (10) были синтезированы впервые специально для исследования процессов переноса носителей заряда в направлении, перпендикулярном проводящим плоскостям.
В настоящее время большую трудность представляет определение точного значения содержания кислорода в монокристаллических пленках. Определить изменение концентрации кислорода возможно только в объемных образцах (напр., в керамике) термогравиметрическим методом. В пленках невозможно определить изменение концентрации кислорода в процессе обработки.
Основные трудности в определении содержания кислорода в пленках связаны с тем, что:
1). Сложно приготовить однофазные образцы Nd2-xCexCuO4+, т.к. в этом материале содержатся фазы CuO, CeO2 и фазы бинарных систем Nd-Cu.
2). В Nd2-xCexCuO4+ имеет место внутренняя негомогенность.
3). Валентность церия может изменяться от +3 до +4 при низком давлении кислорода и точно не определяется.
4). Относительные изменения содержания кислорода очень малы в ходе отжига (порядка 1%), масса самой пленки тоже очень мала. Поэтому изменения содержания кислорода невозможно зафиксировать гравиметрическими методами.
5). Параметры решетки, в отличие от YBaCuO, не зависят от кислородного индекса.
Поэтому приходится использовать достаточно грубые понятия: "as grown" - "без отжига", "optimally reduced" - "оптимальный отжиг" и "oxidized" - "отжиг в кислороде". Однако, в результате длительных и многократных исследований, было установлено, что для "оптимально отожженных" монокристаллических пленок (0) имеет место максимально возможная температура сверхпроводящего перехода и минимальное удельное сопротивление в проводящих плоскостях CuOдля составов с различным содержанием церия. Для исследованных нами "оптимально отожженных" пленок Nd2-xCexCuO4+ наблюдается прекрасное совпадение Tc(x) с фазовой диаграммой Nd2-xCexCuO4+, представленной в научной литературе.
Известно, что отжиг в инертных средах (N2, вакуум) при температуре выше комнатной приводит к удалению кислорода из соединений, а отжиг в кислороде, напротив, приводит к добавлению кислорода. Для объемных образцов (керамики, монокристаллы) известно, что изменение содержания кислорода лежит в очень узком интервале = 0.0-0.04 [Л4] и очень мало по сравнению с изменением кислорода в системе YBa2Cu3O7-x (где x=0.0-1.0). В системе YBa2Cu3O7-x изменение содержания кислорода приводит к изменению концентрации носителей. В Nd2-xCexCuO4+ изменение содержания кислорода не является причиной изменения концентрации носителей тока, а, в основном, влияет на беспорядок в системе (амплитуду хаотического примесного потенциала). В настоящее время в результате экспериментов по нейтронной дифракции установлено [Л5-Л7], что "as grown" монокристаллы Nd2-xCexCuO4+ содержат избыток кислородных атомов ( > 0), которые располагаются в апексных положениях кристаллической решетки.
На рис.3 представлены температурные зависимости сопротивления ab(T) и c(T) для соединения Nd2-xCexCuO4+ с x=0.15 и с различным содержанием кислорода. На рис.3а видно, что в оптимально отожженном соединении характер сопротивления в проводящих CuO2 - плоскостях - металлический (dab/dT > 0): ab(T)~T2 в интервале Tc < T < 300K. Величина сопротивления в плоскости при температуре начала СП перехода (Tconset = 21 K) мала и составляет ab = 27 мкОмсм.
Условием проводимости по делокализованным состояниям в разупорядоченной двумерной системе в металлической фазе, согласно представлениям теории неупорядоченных 2D-систем [Л8], является выполнение условия kF > 1 (kF - волновой вектор на уровне Ферми, - средняя длина свободного пробега электрона). Параметр kF служит мерой беспорядка системы и может быть найден из экспериментальной величины ab: kF = hc0/ab e2, где c0 - расстояние между слоями (c0 = 6 для Nd2-xCexCuO4), e - заряд электрона. Для оптимально отожженного образца параметр kF = 51.6, что соответствует хорошему металлу.
0,5 Nd2-xCexCuO4+/SrTiO3 (001) a x=0. оптимальный отжиг 0, без отжига отжиг в кислороде 0,0,0,1 0,0 100 200 3T (K) Nd2-xCexCuO4+/SrTiO3 (110) b оптимальный отжиг x=0. без отжига отжиг в кислороде 0 100 200 3T (K) Рис.3. Температурные зависимости ab и c(T) в соединении Nd2-xCexCuO4+ с x=0.15 и с различным содержанием кислорода.
В соединении "as grown" - без отжига, когда содержание кислорода больше стехиометрического, величина сопротивления в проводящих плоскостях возрастает на порядок и равна ab = 200 мкОмсм при Tconset 12 K (параметр kF =8.6). Следует отметить, что зависимость ab(T) носит металлический характер в интервале температур T = (140 - 300) K с признаками слабой локализации носителей в плоскости (ab(T) ~ -ln T) при T<100K, характерной для двумерных систем. Показано, что соединение без отжига в этой области температур является 2D металлом, сопротивление которого определяется интерференционными квантовыми поправками к проводимости Друде. Поведение ab ab ( мОм см ) ( мОм см ) c ( мОм см ) сопротивления в соединении без отжига ярко демонстрирует сосуществование слабой локализации носителей тока и сверхпроводимости, так как в образце наблюдается полный СП переход при Tc = 3.0 K.
При дальнейшем увеличении содержания кислорода ("отжиг в кислороде") сопротивление в CuO2-плоскости увеличивается еще на порядок, остается практически постоянным в интервале температур T = (100 - 300) K и составляет ab = 2-3 мОмсм. А при температурах ниже T < 100K резко растет и при T 1.6 K составляет ab = 5 мОмсм.
Сопротивление образца, отожженного в кислороде, при низких температурах T = (3 - 45) K зависит от температуры активационным образом ab(T) ~ exp(T0/T)1/2. Это может быть связано с прыжковым механизмом проводимости. Для этого образца параметр kF = 0.7, то есть соединение находится на диэлектрической стороне перехода металл-диэлектрик.
В качестве количественной величины изменения содержания кислорода в соединении мы приняли изменения параметра kF = (hc0)/abe2 Цпараметр беспорядка для разупорядоченных электронных систем.
Подобное изменение в характере температурной зависимости сопротивления при различных режимах отжига и, следовательно, при различном содержании кислорода было установлено также для соединений с х = 0.12; 0.17 и 0.20.
Температурные зависимости сопротивления ab(T) оптимально отожжённых соединений с х = 0.12; 0.15; 0.17 и 0.20 в интервале T = (50 - 300) К хорошо описываются полиномом ab(T) = 0 + АT + ВT2, где А = (0.7 - 2.1)10-4 мОмсм/К, а В = (1 - 2.2)10-6 мОмсм/К2.
Наблюдаемая квадратичная температурная зависимость сопротивления может быть связана с электрон - электронным (е-е) взаимодействием, которое сильно возрастает из-за двумерной природы СП купратов.
Полученные результаты соответствуют ферми-жидкостному описанию нормального состояния допированных электронами оксидов меди, при этом линейное по температуре слагаемое соответствует вкладу электрон - фононного рассеяния.
На всех образцах с х = 0.12, 0.15, 0.17 и 0.20 при Т = 77 К был измерен эффект Холла и определены основные параметры образцов. Из экспериментальных величин abmin и коэффициента Холла RH были найдены проводимость одного CuO2 слоя s = (ab/c0)-1, а также объемная n = (eRH)-1 и поверхностная (ns = nc0) концентрации носителей тока (c0 = 6). Из выражения kF = hc0/abe2, где kF = (2ns)1/2, была определена средняя длина свободного пробега электронов в образцах с разным содержанием кислорода.
Установлено, что в соединении Nd2-xCexCuO4+ с содержанием церия x = 0.12 и 0.15 коэффициент Холла действительно имеет отрицательный знак и меняет знак с ростом содержания церия. В соединении без отжига и с оптимальным отжигом (х = 0.15) коэффициент Холла отличается вдвое, а сопротивление в пять раз. Это означает, что изменение содержания кислорода в этом соединении в результате различных режимов отжига приводит в основном к изменению примесного рассеяния, мало влияя на концентрацию носителей тока. В то же время для образца, отожженного в кислороде, коэффициент Холла резко отличается от коэффициентов Холла других образцов этой серии, превышая их более чем в 10 раз. Это может быть связано с тем, что хаотический примесный потенциал, создаваемый избыточным кислородом в соединении, отожженном в кислороде, настолько велик, что локализует носители тока.
Таким образом, с ростом содержания кислорода, во-первых, на два порядка увеличивается величина сопротивления в проводящих плоскостях, во-вторых, имеет место переход от диффузионного переноса носителей в CuO2-плоскостях в оптимально отожженных образцах к неметаллической зависимости ab(T) для образцов с высоким содержанием кислорода. Это связано, по-видимому, с тем, что избыточные атомы кислорода садятся в позиции "апексного" или вершинного кислорода над или под проводящими плоскостями. Такие избыточные кислородные атомы образуют хаотический потенциал (потенциал беспорядка), на котором локализуются носители.
Сопротивление вдоль оси c (рис.3b) также возрастает с увеличением содержания кислорода, однако не столь существенно: в 2 раза. Характер температурной зависимости c(T) для образцов с различной величиной остается неметаллическим: c(T) ~ 1/T. Аналогичные результаты были получены на Nd-системе с x=0.12 и 0.17.
Таким образом, ab гораздо более чувствительно к режиму отжига, чем c. Это различие особенно заметно при низких температурах: c изменяется в несколько раз, а ab - в десятки и даже в сотни раз.
Итак, с увеличением содержания кислорода и ростом степени беспорядка в системе, вызванного содержанием нестехиметрического кислорода, происходит переход от квазидвумерной металлической системы (ab(T) - металлическое поведение, c(T) - неметаллическое поведение) к трехмерной анизотропной неметаллической системе с сильным беспорядком, что выражается в резком изменении, как величины, так и температурной зависимости коэффициента анизотропии сопротивления c/ab(T) (рис.4).
Рис.4.
1Nd2-xCexCuO4+/SrTiOТемпературная x=0.зависимость 1 оптимальный отжиг, коэффициента Tonset= 21.7 K 80 анизотропии без отжига, Tonset= 12.2 K сопротивления.
отжиг в кислороде 0 100 200 3T(K) Рис.5 демонстрирует, что рост степени беспорядка в системе (уменьшение kF), вследствие увеличения содержания кислорода, приводит как к подавлению сверхпроводимости, так и к уменьшению низкотемпературного коэффициента анизотропии сопротивления.
Рис.5.
Nd2-xCexCuO4+/SrTiO1Зависимость коэф x=0.100 фициента анизотро c/ab пии сопротивления и температуры начала СП перехода от па - Tconset 20 раметра беспорядка в соединении Nd2-xCexCuO4+ с x = 0.15.
0 0 10 20 30 40 50 kFl Обнаружена корреляция между величиной коэффициента анизотропии сопротивления в нормальной фазе и температурой сверхпроводящего перехода: максимальная анизотропия соответствует максимальной температуре перехода.
В монокристаллах Nd2-xCexCuO4+ при оптимальном легировании с 0 было установлено, что механизм проводимости различается в abплоскости и c-направлении: проводимость является металлической c ab / onset c ab c без отжига "as grown" / T (K) оптимальный отжиг отжиг в кислороде (металлическая зависимость сопротивления: dab/dT > 0) в ab-плоскости и неметаллической (неметаллическая зависимость сопротивления:
dc/dT < 0) в c-направлении. С увеличением содержания кислорода ( > 0) в купратной системе проводимость в ab-плоскости становится неметаллической (dab/dT < 0). Такое поведение в слоистой квазидвумерной системе можно понять, если допустить, что соединение находится в фазе андерсоновского диэлектрика, обусловленной наличием в нем сильного внутреннего беспорядка, с сильно анизотропной длиной локализации носителей в проводящей плоскости и в направлении, перпендикулярном к ней (Rlocab >> Rlocc) [Л9, Л10].
Изменение поведения сопротивления (переход от металлической зависимости к неметаллической), по-видимому, связано с тем, что в случае, когда состояния вблизи уровня Ферми локализованы, все зависит от соотношения между радиусом локализации Rloc носителя и длиной его диффузии за характерное время процессов неупругого рассеяния, L D (D - коэффициент диффузии, - время фазовой когерентности). На основании результатов экспериментальных измерений были сделаны оценки длины локализации носителей в плоскости ab:
ab Rloc l exp (1) 2kF l и длины неупругого рассеяния:
h kFl Lab Dab =, (2) 2mkT ln(kFl) Сравнение величин Rlocab и Lab дает информацию о характере температурной зависимости сопротивления в проводящих плоскостях ab.
Была оценена длина локализации в направлении оси c при движении носителей между проводящими CuO2 - плоскостями:
c c Rloc , (3) ln(esc / ) где esc - время ухода из данной CuO2 - плоскости в соседнюю, - время релаксации носителей в плоскости, c - расстояние между проводящими CuO2 - плоскостями. Для одномерного движения носителей вдоль оси c esc/ определяется по формуле:
esc (c / l)2(c / ab) . (4) ( /8) n3DcСравнение величин Rlocc и расстояния между CuO2-плоскостями (c 6 для монокристаллов Nd2-xCexCuO4+) дает информацию о характере температурной зависимости сопротивления при движении в направлении оси c.
Так для оптимально легированного Nd2-xCexCuO4+ (x = 0.15) были получены следующие результаты:
1). Уoptimally reducedФ - оптимально отожженная пленка в вакууме (kF=51.6): Lab 1200 , Rlocab (Lab < Rlocab), что соответствует металлическому характеру температурной зависимости сопротивления в плоскости ab; Rlocc 5.5 , c 6 (Rlocc < c), что свидетельствует о неметаллическом характере температурной зависимости сопротивления в направлении c.
2). Уas grownФ - без отжига (kF=8.6): Lab 380 , Rlocab 2108 (Lab < Rlocab), т.е. металлический характер температурной зависимости сопротивления в плоскости ab; Rlocc 3.4 , c 6 (Rlocc < c), т.е.
неметаллический характер температурной зависимости сопротивления в направлении c.
3). Для пленки, отожженной в кислороде (kF=0.7), Lab , Rlocab 10.5 (Lab >> Rlocab), т.е. неметаллический характер температурной зависимости сопротивления в плоскости ab; Rlocc 1.5 , c 6 (Rlocc < c), т.е. неметаллический характер температурной зависимости сопротивления в направлении c.
Полученные из оценок характеристики ab(T) и c(T) для оптимально легированного Nd1.85Ce0.15CuO4+ коррелируют с экспериментально наблюдавшимися температурными зависимостями сопротивления в этих пленках (рис.3). Таким образом, для соединений без отжига и в оптимально отожженных соединениях наблюдалась комбинация металлической зависимости электросопротивления в плоскости ab и неметаллического поведения в направлении c. Такая комбинация температурных зависимостей сопротивления для одних и тех же образцов является внутренним свойством квазидвумерных систем. Однако, с ростом беспорядка вследствие увеличения содержания нестехиометрического кислорода (образцы, отожженные в кислороде), температурные зависимости сопротивления как в плоскости ab, так и в направлении c становятся неметаллическими.
Для соединения Nd2-xCexCuO4+ с другим содержанием церия также наблюдается хорошая корреляция теоретических оценок локализационных параметров и длин неупругого рассеяния и температурного поведения сопротивления.
Таким образом, в квазидвумерной системе Nd2-xCexCuO4+ рост степени беспорядка за счет увеличения содержания кислорода приводит к переходу металл-диэлектрик андерсоновского типа.
Пятая глава Влияние легирования на сопротивление и эффект Холла в Nd2-xCexCuO4+ посвящена исследованию температурных зависимостей сопротивления и эффекта Холла в оптимально-отожженных соединениях Nd2-xCexCuO4+ с разным уровнем легирования церием. Результаты исследований опубликованы в работах [5, 14, 15, 17, 21, 24-27].
Проведены измерения сопротивления в интервале температур T = (1.8 - 300) K вдоль CuO2-плоскостей ab(T) для оптимально отожженных монокристаллических пленок Nd2-xCexCuO4+ (0) с 0 x 0.20.
Оптимально отожженными принято считать образцы с максимальной температурой Tc при заданном x. Температурные зависимости ab(T) представлены на рис.6.
0, x = x = 0. x = 0. x = 0.0,2 x = 0. x = 0.0,0,0,0 0,0 100 200 3T (K) Рис.6. Температурные зависимости сопротивления ab(T) в оптимально отожженном Nd2-xCexCuO4+ с различным уровнем легирования церием.
На рис.7a представлен график зависимости сопротивления от содержания Ce для нашей серии образцов. Для сравнения представлены результаты измерений ab(x) системы Pr2-xCexCuO4+ с 0.13 x 0.20, сделанных в группе Фурнье [Л11]. На рис.7b приведена фазовая диаграмма Tc(x) для тех же образцов, что и на рис.7a, а также имеющиеся в литературе данные для наиболее качественных монокристаллов Nd2-xCexCuO4+ (0). С ростом содержания церия наблюдается резкое падение сопротивления в недолегированных образцах с x < (0.12 - 0.14) (для Nd2CuO4 при T = 116 K ab = 10.3 Омсм, что более чем на четыре порядка превышает величину ab для x = 0.12); уменьшение сопротивления ab еще в 5-7 раз для соединения с x = (0.15 - 0.17) и слабый рост сопротивления ab от x для составов с x 0.18. Уменьшение сопротивления на несколько порядков при увеличении содержания Ce от x = 0 до x = (0.12-0.14), несомненно, связано с переходом от режима сильной экспоненциальной локализации к режиму слабой логарифмической локализации носителей в купратных плоскостях (переход диэлектрик-металл в неупорядоченной двумерной ab ( Ом см ) ab ( мОм см ) (2D) системе). Об этом свидетельствует характер температурной зависимости сопротивления. Для соединения с x = 0 ab(T) ~ exp(E/kT) c E 25 мэВ, как было показано в главе 3, а в соединении с x = 0.12 - отчетливо выражены эффекты слабой 2D-локализации:
огарифмический рост ab(T) ~ - ln T при понижении температуры и отрицательное магнитосопротивление.
Рис.7.
Зависимость сопротив - - наши измерения (Nd) a ления ab (a) и темпера - - измерения Фурнье и др.(Pr) [Л11] туры сверхпроводящего перехода Tc (b) от содер- жания церия x: светлые 0,кружки - наши измере - ния, T=Tc - для сверх - проводящих составов, 0,T=4.2 K - для x = 0.12;
0,00 0,05 0,10 0,15 0, ромбы - данные [Л11], Содержание церия - x светлый квадрат - дан ные [Л12], темный тре - угольник - данные b [Л13], звездочка - дан - ные [Л14].
0,15 0,Содержание церия - x Таким образом, замещение Nd3+ на Ce4+ приводит, с одной стороны, к появлению электронов в CuO2-плоскости, а с другой, к беспорядку, порождаемому случайным распределением ионов Ce. Как и в полупроводниках, локализация или делокализация носителей зависит от соотношения кинетической энергии (энергии Ферми, F) и потенциальной энергии взаимодействия электронов с примесями (амплитудой хаотического потенциала, ) [Л15]. Для 2D-систем F ns, где ns- двумерная концентрация электронов, а амплитуда флуктуаций примесного потенциала Ns, где Ns=ns есть поверхностная плотность примесей. При малых концентрациях электронов >> F, это ab ( мОм см ) c T (K) условие соответствует диэлектрику (сильная локализация). При больших концентрациях F >> и реализуется квазиметаллический режим длины свободного пробега с квантовыми интерференционными поправками из-за эффектов слабой локализации. Условие F >> соответствует тому, что электроны ``заливают'' потенциальный рельеф на дне зоны, по которой идет проводимость (двумерной pd -зоны, образованной состояниями электронов в CuO2-плоскости [Л16]). В области F происходит переход диэлектрик-металл андерсоновского типа.
Температурная зависимость сопротивления в проводящих CuO2 - плоскостях для всех исследованных концентраций церия имеет металлический характер (dab/dT > 0) (рис.8). И только для образца с x = 0.12 при температурах T < 50 K имеет место логарифмический рост сопротивления с уменьшением температуры: ab(T) ~ - ln T (рис.8a).
Температурные зависимости сопротивления поперек проводящих CuO2 - плоскостей с(T) изменяются с увеличением содержания церия. Так, в недолегированной области (x = 0.12) с(T) имеет неметаллический характер и при T < 50 K проявляет активационную зависимость:
с(T) exp(T0/T)1/2 (рис.9a). Для оптимально легированного соединения (x = 0.15) величина с увеличивается, зависимость с(T) явно неметаллическая: с(T) 1/T, однако не является активационной (рис.8b). При дальнейшем увеличении содержания церия (x=0.17) происходит переход от неметаллической зависимости сопротивления (dc/dT < 0) к металлической (dc/dT > 0) при T > 200 K (рис.8c). При x = 0.20 наблюдается металлический ход с(T) во всем интервале температур вплоть до сверхпроводящего перехода при T = 10 K (рис.8d).
Для образца с x=0.20 зависимость с(T) T2 в интервале температур T = (10 -150) K и с(T) T при T > 200K.
В результате исследования соединения Nd2-xCexCuO4+ с различным содержанием легирующей примеси (Ce) и с оптимальным отжигом (0) установлено, что сочетание металлического поведения ab(T) и неметаллической зависимости с(T) для оптимально отожженных образцов с x = 0.15 при температурах T < 300K и для Рис.8. Температурные зависимости сопротивления ab(T) и c(T) оптимально отожженных образцов соединения Nd2-xCexCuO4+ (0) с различным содержанием церия.
x=0.17 при T < 100 K есть собственное свойство вещества и является свидетельством квазидвумерности системы. Имеет место 2Dпроводимость по делокализованным состояниям в плоскостях и некогерентное туннелирование (прыжки) в направлении c с учетом разброса уровней энергии электрона в ямах, обусловленного беспорядком. По мере роста легирования церием, при x = 0.20, наблюдается переход к анизотропной металлической 3D-системе (рис.9).
Рис.9.
Температурная зависимость 1Nd2-xCexCuO4+/SrTiOкоэффициента анизотропии оптимальный отжиг 1сопротивления оптимально x=0.отожженных образцов x=0.соединения Nd2-xCexCuO4 с 60 x=0. x=0.20 различным содержанием церия.
0 100 200 3T (K) Таким образом, с увеличением содержания церия имеет место переход от трехмерной анизотропной неметаллической системы (x = 0.12) к квазидвумерной металлической системе (x = 0.15, 0.17), когда ab(T) - имеет металлический характер, а c(T) - неметаллический, и далее к трехмерной анизотропной металлической системе (x = 0.20).
В слоистых ВТСП - кристаллах происходит пространственное разделение носителей тока и заряженных примесей: электроны (в Nd - системе) или дырки (в La - системе) не остаются в связанном состоянии на ионах Ce4+ или Sr2+, а переходят в плоскости CuO2. Носители в ''идеальном'' кристалле делокализованы в ab - плоскости и локализованы в направлении c. Ситуация сходна с той, которая имеет место в полупроводниковых сверхрешетках или многослойных гетероструктурах с селективным легированием в барьерах, то есть ВТСП - кристалл можно рассматривать как систему многократных квантовых ям (слои CuO2), разделенных легироваными слоями оксидов Nd или La [Л17].
В модели естественной сверхрешетки (слои CuO2 - квантовые ямы, буферные слои Nd(Ce)O - барьеры) температурная зависимость переноса носителей между проводящими слоями CuO2 может быть получена, если учесть разброс уровней энергии электрона в квантовых ямах из-за хаотического примесного потенциала. Действительно, если волновая функция электрона локализована в направлении с с характерным радиусом локализации Rlocc, меньшим расстояния между соседними плоскостями CuO2, то интеграл переноса имеет:
c ab / c a tc exp- , (5) c Rloc exp- kT где (Rlocc)-1 = 2m / h2, - эффективная высота барьера, а a - разброс уровней энергии электрона (значений ) в ямах, обусловленный беспорядком. Первый множитель в (5) (интеграл перекрытия) обусловливает зависимость вероятности перехода между слоями от высоты барьера, а второй приводит к неметаллической температурной зависимости проводимости при низких температурах (аналог проводимости по примесной зоне в полупроводниках [Л15]).С повышением температуры все более существенную роль начинает играть вклад в проводимость, связанный с термической активацией носителей через барьер:
, (6) term exp- kT и при kT > должен наблюдаться переход к "металлической" проводимости. Исходя из вида температурной зависимости c(T), была определена эффективная высота барьера : >300 K для x = 0.12; = 300 K для x = 0.15 и = 200 K для x = 0.17. Переход к металлической проводимости в направлении с для x = 0.20 в рассматриваемой модели обусловлен именно понижением эффективной высоты барьера по мере роста уровня Ферми в процессе легирования церием.
Шестая глава Гальваномагнитные эффекты в монокристаллах Ca2-xSrxRuO4 посвящена исследованию изовалентного легирования на закономерности поведения температурных зависимостей электросопротивления в проводящих плоскостях ab и вдоль направления c монокристаллов Ca2-xSrxRuO4 с целью выяснить особенности существования перехода металлдиэлектрик в слоистых системах [14-16, 24, 26].
На рис.10 приведены результаты измерения температурных зависимостей сопротивления монокристаллов Ca2-xSrxRuO4 с 0 x 2.0 в плоскости RuO2 - ab(T) (рис.10a) и вдоль оси c кристаллов с(T) (рис.10b). Наблюдаемая в соединении Сa2RuO4 (х = 0) активационная зависимость сопротивления в плоскости ab в измеренном интервале температур Т = (200 - 300) K (вставка на рис.10a), указывает на диэлектрические свойства этого соединения. Энергия активации составляет E = 217 мэВ.
0,x=0.3 a Ca2RuO0,c=exp(E/kBT) x=0.E=217 x=2.0,200 250 3x=1.T (K) 0,0 100 200 3T(K) b x = 0.x = 0.x = 1.x=1.x = 2.x=0.x=0.x=2.0 100 200 3T(K) Рис.10. Температурные зависимости сопротивления монокристаллов Ca2-xSrxRuO4 с 0.0 x 2.0 в плоскости RuO2 - ab(T) и вдоль оси c - c(T) Увеличение содержания стронция в соединении Ca2-xSrxRuOприводит к появлению металлического поведения сопротивления в плоскости ab для всех x 0.2 в интервале температур Т = (30 - 300) K.
В соединении с x = 0.2 сопротивление в проводящей плоскости ab(T) ведет себя линейно с температурой в интервале Т = (100 - 300) K, а при температурах ниже 100 K наблюдается степенная зависимость ab(T) T c показателем степени = 0.85. Рост содержания стронция (x=0.5; 1.5; 2.0) приводит к появлению степенной зависимости ab(T) T с 1.4 1.8 во всем измеренном температурном интервале T = (1.7 - 300) K. В монокристалле Sr2RuO4 ab = 0.8 мкОмсм ab ( кОм см ) ab ab (T) (0) ( мОм см ) c c (T)/ (300K) при минимальной температуре Т = 1.7 K. С увеличением содержания стронция в соединении Ca2-xSrxRuO4 имеет место рост величины сопротивления с и изменение температурной зависимости с(T) от металлической (x=0.2) к неметаллической x > 0.2 (рис.10b). Так для соединения с x = 1.5 наблюдается логарифмический рост сопротивления с уменьшением температуры с(T) ~ -ln (T) во всем температурном интервале Т = (1.7 - 300) K. Однако при дальнейшем увеличении содержания стронция (x = 2.0 - результаты измерений для x=2.приведены на рис.10b) имеет место немонотонное поведение с(T).
Наблюдается логарифмический рост сопротивления с уменьшением температуры с(T) ~ -ln (T) в интервале Т = (170 - 300) K и дальнейшее уменьшение сопротивления по степенному закону c(T) T с 1.3 2.0.
Максимальное значение c/ab = 800 для Sr2RuO4 (х = 2.0) при температуре T 50 K. Именно для этого состава наблюдается переход в сверхпроводящее состояние. Как и в соединении Nd2-xCexCuO4+, в системе Ca2-xSrxRuO4 существует однозначная связь между величиной коэффициента анизотропии сопротивления и величиной температуры сверхпроводящего перехода (увеличение коэффициента анизотропии сопротивления приводит к появлению сверхпроводимости в данном соединении). Было обнаружено, что с увеличением содержания кальция коэффициент анизотропии сопротивления уменьшается, достигая нескольких единиц, изменяется характер температурных зависимостей сопротивления, что указывает на переход от квазидвумерного металлического соединения к трехмерному неметаллическому анизотропному соединению и исчезновению сверхпроводящего перехода.
Были проведены оценки Lab, Rlocab, Rlocc и esc/ для монокристаллов Ca2-xSrxRuO4 с x = 0.5 и 0.7Цсм.формулы (1-4). В соединении Ca2-xSrxRuO4 с x = 0.5 Lab 4.1 < Rlocab 31010 (Lab < Rlocab), что соответствует металлическому характеру температурной зависимости сопротивления в плоскости ab; Rlocc 2.2 < c 6 (Rlocc < c), что свидетельствует о неметаллическом характере температурной зависимости сопротивления в направлении c, для x = 0.7 Lab 4.7 < Rlocab 21012 - металлическое поведение в плоскости ab и неметаллическое в направлении c, т.к. Rlocc 3.8 < c 6 при T < 40 K. В соединении Сa2RuO4 (х = 0) имеет место активационная зависимость сопротивления в проводящих плоскостях, kF<1. Таким образом, в квазидвумерной системе Ca2-xSrxRuO4, как и в системе Nd2-xCexCuO4+ появление беспорядка за счет изменения содержания кальция (изовалентное легирование) приводит к переходу металлдиэлектрик андерсоновского типа.
В седьмой главе Эффекты d-волнового спаривания в электронных сверхпроводниках представлены результаты исследования температурных зависимостей сопротивления монокристаллов и монокристаллических пленок электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ с уровнем легирования x=0.15, 0.14, 0.18 и с разной степенью беспорядка в различных магнитных полях (H || с, J || ab) в интервале температур T = (0.4 - 40) К. Показано, что изучение характера зависимости наклона верхнего критического поля (dHc2/dT)TTc от степени нестехиометрического беспорядка позволяет экспериментально различить сверхпроводники с d-спариванием и с анизотропным s-спариванием. Удалось установить возможную причину относительной устойчивости электронного сверхпроводника к разупорядочению, которая состоит в сильной анизотропии примесного рассеяния с симметрией d-типа. Результаты исследований опубликованы в работах [1, 2, 18-20, 22, 28, 29].
Определение типа куперовского спаривания в электронных высокотемпературных сверхпроводниках продолжает оставаться в центре внимания исследователей.
В данной главе представлены результаты экспериментального исследования зависимости наклона верхнего критического поля (dHc2/dT)TTc, а также температуры сверхпроводящего перехода Tc от степени беспорядка в электронном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+ и сравнения с теоретическими исследованиями, проведенными в работах [Л18] с целью определить тип анизотропного спаривания (d- или s- ) в электронных сверхпроводниках. Влияние примесного рассеяния на величину верхнего критического поля теоретически обсуждалось в работе Джина и Маки [Л19] и было показано, что при учете спаривания d-типа величина верхнего критического поля уменьшается с ростом степени беспорядка, тогда как при условии спаривания s-типа - растет.
Как уже было сказано выше, рост степени беспорядка в системе Nd2-xCexCuO4+ связан с увеличением содержания нестехиометрического кислорода, так как в результате наших исследований было установлено, что увеличение содержания кислорода приводит к переходу от квазидвумерной металлической системы (ab(T) - металлическое поведение, с(T) - неметаллическое поведение) к трехмерной анизотропной системе с сильным беспорядком.
Исследуя влияние нестехиометрического беспорядка, вызванного изменением содержания кислорода в электронном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+, на верхнее критическое поле было получено, что наклон верхнего критического поля (производная верхнего критического поля по температуре) уменьшается с ростом беспорядка, что характерно для систем с d-спариванием (рис.11a). Однако уменьшение наклона (dHc2/dT)TTc с увеличением степени беспорядка не является столь резким, как это предсказано теорией для систем с изотропным рассеянием электронов (зависимость 1 на вставке рис.11а). В рамках модели сверхпроводника с сильной анизотропией рассеяния на нормальных примесях [Л20] удается учесть относительную устойчивость электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ к разупорядочению.
Параметром беспорядка в модели примесного сверхпроводника [Л18] является величина /kTc0, где h h2ns = =, (7) 2 m(kFl) - время релаксации импульса электронов за счет рассеяния на нормальных примесях, ns -концентрация носителей в слое, m - масса электрона.
Параметром беспорядка в модели сверхпроводника с сильной анизотропией рассеяния на нормальных примесях является величина = 0+1, где 0 = Ю/20- параметр беспорядка, связанный с изотропным рассеянием, а 1 = Ю/21 - с анизотропным. Из сопоставления данных рис.11а для (dHc2/dT)TTc с теоретическими зависимостями (см. вставку на этом рисунке) была получена оценка параметра анизотропного рассеяния электронов: 1/0 = 0.925, то есть вероятности изотропного и анизотропного рассеяния электронов близки по величине.
Наблюдаемое экспериментально уменьшение критической температуры с ростом параметра беспорядка (рис.11b) также может быть описано в рамках модели с анизотропным рассеянием на примесях при 1/0 0.925 в соответствии с оценкой из данных для наклона верхнего критического поля.
Таким образом, экспериментально установлено, что в электронных высокотемпературных сверхпроводниках Nd2-xCexCuO4+ наклон верхнего критического поля падает с ростом степени беспорядка в системе, что характерно для систем со спариванием d-типа.
a 1, x=0.0,0,0,0,10 20 30 40 /kTc1,b 0, x=0.0,0,0,0 20 40 60 /kTc Рис.11. Экспериментальная зависимость нормированного наклона верхнего критического поля h=(dHc2/dT)TTc/(dHc2/dT)Tc0 (a) и критической температуры (b) от параметра беспорядка в оптимально легированных монокристаллических пленках Nd2-xCexCuO4+. На вставке - теоретическая зависимость нормированного наклона кривой верхнего критического поля h = (dHc2/dT)Tc/(dHc2/dT)Tc0 от параметра беспорядка (a) и теоретическая зависимость температуры перехода от параметра беспорядка (b). Здесь Tc0 - критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние в отсутствие примесей. Штриховая линия - для случая анизотропного s-спаривания, сплошные линии - для случая d-спаривания с анизотропным рассеянием для нескольких значений 1/0: 1 - 1/0 = 0.0, 2 - 0.4, 3 - 0.5, 4 - 0.6, 5 - 0.7, 6 - 0.8, 7 - 0.9, 8 - 0.95.
h c cT /T Кроме этого показано, что уменьшение наклона (dHc2/dT)TTc не является таким резким, как для систем с d - спариванием при изотропном рассеянии электронов. Одной из причин более плавного уменьшения наклона (dHc2/dT)TTc и относительной устойчивости электронного сверхпроводника к разупорядочению является наличие сильного анизотропного примесного рассеяния с симметрией d-типа.
В результате анализа температурных и полевых зависимостей удельного сопротивления для электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ с разным уровнем легирования и для оптимально легированного электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ с разной степенью беспорядка были рассчитаны длины когерентности и произведение kF. Получено, что для электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ с разным содержанием церия и разной степенью беспорядка длина когерентности растет с увеличением степени беспорядка, что характерно для систем со спариванием d-типа.
Величина kF 68.3 и, следовательно, данная система не переходит границу устойчивости БКШ-режима (образование куперовских пар) kF = 2 даже в оптимально легированных и оптимально отожженных соединениях.
Заключение В диссертационной работе выяснена детальная картина изменения фазовых состояний в слоистых сверхпроводящих системах при изменении нестехиометрического беспорядка и степени изовалентного и неизовалентного легирования в результате исследования тензора электросопротивления в отсутствие внешнего магнитного поля и под действием внешнего магнитного поля в соединениях Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO4, а также получены данные о симметрии спаривания в электронном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+.
Получены следующие наиболее важные результаты:
1. В родительском соединении Nd2CuO4 электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ перенос заряда осуществляется путем активированных прыжков по локализованным состояниям, находящимся вблизи уровня Ферми. Показано, что в родительском соединении нестехиометрическое содержание кислорода, вызывающее беспорядок в системе, влияет на электронные состояния в окрестности уровня Ферми: удаление из кристаллической решетки нестехиометрического кислорода приводит к резкому росту сопротивления в направлении, перпендикулярном проводящим плоскостям CuO2.
2. Показано, что в недолегированной церием области (x < 0.15) соединение Nd2-xCexCuO4+ является трехмерным анизотропным неметаллом, в оптимально легированной области (x = 0.15) собственное нормальное состояние - это состояние квазидвумерного металла, которое выражается в металлическом поведении удельного сопротивления ab(T) в проводящей плоскости CuO2 и неметаллической зависимости удельного сопротивления от температуры поперек проводящих плоскостей с(T). По мере роста легирования церием, при x = 0.20, наблюдается переход к трехмерной анизотропной металлической системе.
3. Однозначно установлено, что с ростом степени беспорядка в системе, вызванного содержанием нестехиметрического кислорода, происходит переход от квазидвумерной металлической системы к трехмерной анизотропной неметаллической системе с сильным беспорядком. Показано, что изменение содержания кислорода в соединении Nd2-xCexCuO4+ приводит в основном к изменению примесного рассеяния, мало влияя на концентрацию носителей заряда. Удаление нестехиометрического кислорода приводит к существенному увеличению длины свободного пробега носителей заряда.
4. Установлено, что сопротивление в плоскостях CuO2 ab(T) гораздо более чувствительно к содержанию нестехиометрического кислорода, чем в поперечном направлении: ab(T) изменяется на один - два порядка по величине, а с(T) - в несколько раз.
Уменьшение содержания нестехиометрического кислорода (уменьшение степени беспорядка в системе) приводит к изменению механизма проводимости в нормальном состоянии и к росту коэффициента анизотропии сопротивления. Обнаружено сочетание максимальной величины коэффициента анизотропии сопротивления и максимальной температуры СП перехода.
5. Экспериментальные результаты и их теоретический анализ показали, что соединения Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO4 являются сверхпроводниками, находящимися в состоянии андерсоновского диэлектрика с сильно-анизотропной длиной локализации (Rlocab >> Rlocc): слабая локализация в плоскости ab и сильная локализация в направлении c, и при определенной степени беспорядка происходит переход Андерсона металл-диэлектрик.
6. Показано, что в электронных сверхпроводниках изучение характера зависимости наклона верхнего критического поля (dHc2/dT)Tc от степени нестехиометрического беспорядка позволяет экспериментально различить сверхпроводники с d - спариванием и с анизотропным s - спариванием. Обнаружено, что в оптимально легированном соединении Nd2-xCexCuO4+ реализуется спаривание d - типа с анизотропным рассеянием на примесях. Уменьшение величины верхнего критического поля и его наклона, увеличение длины когерентности с ростом степени беспорядка соответствует теоретическим расчетам при учете спаривания d - типа.
7. В электронном высокотемпературном сверхпроводнике Nd2-xCexCuO4+ с разным уровнем легирования установлено, что длины когерентности на 1-2 порядка меньше, чем характерные значения в обычных сверхпроводниках, однако на порядок больше, чем в дырочно-легированных высокотемпературных сверхпроводниках. Показано, что в исследованных соединениях с разным уровнем легирования kF >> 2 и, следовательно, система Nd2-xCexCuO4+ соответствует критерию устойчивости основного состояния типа БКШ (формирование куперовских пар), а не состояния бозе-эйнштейновской конденсации с заранее образованными парами.
Список цитированной литературы Л1. Ivanov A.A., Galkin S.G., Kuznetsov A.V. Smooth homogeneous HTSC thin films produced by laser deposition with flux separation // Physica C.- 1991.-V. 180.- P 69-72.
2. Klimczuk T.W., Sadowski W., Klamut P.W., Dabrowski B. Study of superconductivity in a wide range of Ce doping in Nd-214 system // Physica C.- 2000.- V.341-348.- P. 395-398.
3. Maljuk A.N., Lokhov A.A., Naumenko I.G., Bdikin I.K., Zver'kov S.A., Emel'chenko G.A. Growth and characterization of bulk Nd2-xCexCuOsingle crystals // Physica C.- 2000.- V.329.- P. 51-57.
4. Kim J.S., Gaskell D.R. The phase stability diagrams for the system Nd2CuO4- and Nd1.85Ce0.15CuO4- //Physica C. 1993. V.209. P.381-388.
5. Wang E., Tarascon J.-M., Greene L.H., Hull G.W. Cationic substitution and role of oxygen in the n-type superconducting TТ system Nd2-yCeyCuOz // Phys.Rev.B.- 1990.- V.41.- P. 6582-6590.
6. Xu X.Q., Mao S.N., Wu Jiang, Peng J.L., Greene R.L. Oxygen dependence of transport properties of Nd1.78Ce0.22CuO4+ // Phys.Rev.B.- 1996.- V.53.- P.871-875.
7. Shultz A.J., Jorgensen J.D., Peng J.L., Greene R.L. Single-crystal neutron-diffraction structures of reduced and oxygenated Nd2-xCexCuOy // Phys.Rev.B.- 1996.- V.53.- P.5157-5159.
8. Lee. P.A., Ramakrishnan T.V. Disordered electronic systems // Rev.Mod.Rhys.- 1985.- V.57.- P. 287-337.
Л9. Kotliar G., Abrahams E., Ruckrnstein A. E. Long-Wavelength behaviour, impurity scattering and magnetic exitation in a marginal Fermi liquid// Europhysics Letters.- 1991.- V.15 (6).- P. 655-660.
10. Sadovskii M.V. Localization Effects in High-Temperature Superconductors: Theoretical Aspects. // Proc. Int. Workshop "Effects of Strong Disordering in HTSC".- Sverdlovsk-Zarechny.: IMP, 1990.- P.32-45.
11. P. Fournier, P. Mohanty, E. Maiser Insulator-Metal Crossover near Optimal Doping in Pr2-xCexCuO4: Anomalous Normal-State Low Temperature Resistivity // Phys. Rev. Lett.- 1998.- V.81.- P. 47204723.
12. Tanda S., Ohzeki S., Nakayama T. Bose glass-vortexЦglass phase transition and dynamics scaling for high-Tc Nd2-xCexCuO4 thin films //Phys. Rev. Lett.- 1992.V.- 69.P.- 530-533.
13. Fujita T., Kikugawa N., Ito M., Yamane K., Matsumoto Y. Transport properties of Nd2-yCeyCuO4- with y~0.14// Physica C.- 2000.- V.341348.- P.1937-1938.
14. Alff L., Meyer S., Kleefisch S., Schoop U., Marx A., Sato H., Naito M., and Gross R. Anomalous Low Temperature Behavior of Superconducting Nd1.85Ce0.15CuO4-y // Phys. Rev. Lett.- 1999.- V. 83.- P. 2644-2647.
15. Шкловский Б. И., Эфрос А. Л. Электронные свойства легированных полупроводников.- М.: Наука, 1979.- 416с.
16. Плакида Н.М. Высокотемпературные сверхпроводники.- М.:
Международная программа образования. -1996.- 288с.
17. Капаев В.В., Копаев Ю.В., Токатлы И.В. Зависимость от импульса размерности электронных состояний в гетероструктурах // УФН.- 1997.- Т. 167.- С. 562-566.
18. Посаженникова А.И., Садовский М.В. Разложение ГинзбургаЛандау и наклон верхнего критического поля в неупорядоченных сверхпроводниках // Письма в ЖЭТФ.- 1996.- Т.63.- С.347-352;
Посаженникова А.И., Садовский М.В. Разложение ГинзбургаЛандау и наклон верхнего критического поля в сверхпроводниках с анизотропным рассеянием на нормальных примесях // ЖЭТФ.- 1997.- Т.112.- С.2124-2133.
19. Yin G., Maki K. Effect of impurity scattering on upper critical field of unconventional superconductors// Physica B.- 1994.- V.194-196.- P.2025-2026.
20. Haran G. and Nagi A.D. Role of anisotropic impurity scattering in anisotropic superconductors // Phys.Rev.B.- 1996.- V. 54.- P. 1546315467.
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах в журналах, включенных ВАК в Перечень ведущих рецензируемых журналов:
1. Пономарев А.И., Крылов К.Р., Харус Г.И., Чарикова Т.Б., Шелушинина Н.Г., Леонюк Л.И. Разрушение сверхпроводимости магнитным полем в монокристалле NdCeCuO: 2D-характер перехода // Письма в ЖЭТФ.- 1995.- Т. 62.- вып. 6.- С. 494-499.
2. Ponomarev A.I., Tsidilkovski V.I., Krylov K.R., Charikova T.B., Leonyuk L.I. Transport Properties of Nd1.85Ce0.15CuO4- Single Crystals: The Narrow Band Model // Journal of Superconductivity.- 1996.- V.9.- N1.- P.27-32.
3. Charikova T.B., Ignatenkov A.N., Ponomarev A.I., Shelushinina N.G., Sabirzjanova L.D., Emelchenko G.A., Zhohov A.A. Behavior of both inplane and out-of-plane resistivities of Nd2-xCexCuO4+ single crystals // Physica C.- 2000.- V.341-348.- Iss.1-4.- P.1561-1562.
4. Чарикова Т.Б., Пономарев А.И., Игнатенков А.Н., Харус Г.И., Шелушинина Н.Г., Емельченко Г.А., Жохов А.А. Анизотропия сопротивления монокристаллов Nd2-xCexCuO4+ с разной степенью легирования // Физика металлов и металловедение.- 2001.- Т.91.- №2.- С.46-52.
5. Игнатенков А.Н., Пономарев А.И., Сабирзянова Л.Д., Чарикова Т.Б., Харус Г.И., Шелушинина Н.Г, Иванов А.А., Чуркин О.А.
Влияние беспорядка на транспортные свойства высокотемпературного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ // ЖЭТФ.- 2001.- Т. 119.- вып.6.- С. 1250-1256.
6. Harus G.I., Ponomarev A.I., Charikova T.B., Ignatenkov A.N., Sabirzyanova L.D., Shelushinina N.G., Elesin V.F., Ivanov A.A., Rudnev I.A. The interplay of superconductivity and localization in Nd2CexCuO4+ single crystal films // Physica C.- 2002.- V.383.- Issue 3.- P.
x 207-213.
7. Harus G.I., Ponomarev A.I., Ignatenkov A.N., Charikova T.B., Sabirzyanova L.D., Shelushinina N.G., Ivanov A.A., Rudnev I.A. Lowtemperature Anisotropy of Magnetoresistance in Layered Single Crystals Nd2-xCexCuO4+ // The Physics of Metals and Metallography.- 2002.- V.93.- Suppl.1.- P. S130-S132.
8. Charikova T.B., Ignatenkov A.N., A.I.Ponomarev A.I., Ivanov A.A., Klimczuk T.W., Sadowski W. Influence of the anneling conditions on the resistivity of Nd2CuO4 single crystals // Molecular Physics Reports.- 2002.- V.36.- P. 99-103.
9. Charikova T.B., Ignatenkov A.N., A.I.Ponomarev A.I., Ivanov A.A., Klimczuk T.W., Sadowski W. In-plane and out-of-plane temperature dependencies of the resistivity in single crystals and films of Nd2CuO4 // Physica C.- 2003.- V.388-389.- P. 323-324.
10. Пономарев А.И., Игнатенков А.Н., Чарикова Т.Б., Ташлыков А.О., Редькина К.С., Сабирзянова Л.Д., Харус Г.И., Шелушинина Н.Г, Иванов А.А. Сопротивление и эффект Холла в монокристаллических пленках Nd2-xCexCuO4+ с разным содержанием кислорода // Физика металлов и металловедение.- 2003.- Т.95.- №6.- С.46-57.
11. Ponomarev A.I., Harus G.I., Ignatenkov A.N., Charikova T.B., Tashlykov A.O., Shelushinina N.G., Redkina K.S., Ivanov A.A.
Superconductivity and localization in Nd2-xCexCuO4+ // Modern Phys.Letters.- B17.- 2003.- N 10-12.- P. 701-707.
12. Ponomarev A. I., Charikova T. B., Ignatenkov A. N., Tashlykov A. O., Ivanov A.A. On the nature of the anisotropy of the resistivity of Nd2- xCexCuO4+ with different cerium and oxygen concentrations // Low Temperature Physics.- 2004.- V. 30.- P. 885-890.
13. Charikova T.B., Ignatenkov A.N., A.I.Ponomarev A.I., Tashlykov A.O., Redkina K.S., Shelushinina N.G., Ivanov A.A. Effect of nonstoichiometric disorder on the transport properties of Nd2-xCexCuO4+d single crystal films // Physica C.- 2004.- V. 408-410.- P. 372-373.
14. Charikova T.B., A.I.Ponomarev A.I., Ignatenkov A.N., Tashlykov A.O., Khrustov A.V., Ivanov A.A. Influence of the doping on anisotropy of the transport properties in layered Nd2-xCexCuO4+ and Ca2-xSrxRuO4 single crystals // Physica B.- 2005.- V. 359-361.- P. 445-447.
15. Charikova T.B., A.I.Ponomarev A.I., Tashlykov A.O., Shelushinina N.G., Ivanov A.A. Quasi-Two-Dimensional Transport Properties of Layered Superconductors Nd2-xCexCuO4+ and Ca2-xSrxRuO4 // AIP Conference Proceedings.- 2006.- V. 850.- P. 401-403.
16. Пономарев А.И., Чарикова Т.Б., Харус Г.И., Шелушинина Н.Г., Ташлыков А.О., Ткач А.В., Иванов А.А. Анизотропия транспортных свойств слоистых сверхпроводников Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO4// ФММ.- 2007. -Т.104.- № 1.- С.72-85.
17. Чарикова Т.Б., Пономарев А.И., Харус Г.И., Шелушинина Н.Г., Ташлыков А.О., Ткач А.В., Иванов А.А. Квазидвумерные транспортные свойства слоистых сверхпроводников Nd2-xCexCuO4+// ЖЭТФ.- 2007.- Т. 132.- вып.3(9).- С. 712-723.
18. Чарикова Т.Б., Шелушинина Н.Г., Харус Г.И., Иванов А.А. Влияние нестехиометрического беспорядка на температурную зависимость верхнего критического поля в электронных сверхпроводниках Nd2-xCexCuO4+ // Письма в ЖЭТФ.- 2008.- Т. 88. № 2.- С. 132-136.
19. Charikova T.B., Shelushinina N.G., Kharus G.I., Ivanov A.A. Effect of Nonstoichiometric Disorder on the Upper Critical Field in Electron Doped Nd2-xCexCuO4+ Single Crystals // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism.- 2009.- V. 22.- P. 21-24.
20. Чарикова Т.Б., Шелушинина Н.Г., Харус Г.И., Сочинская О.Е., Иванов А.А. Эффекты d-волнового спаривания в электронных высокотемпературных сверхпроводниках с анизотропным примесным рассеянием // ФТТ.- 2009.- Т.51.- №11.- С.2102-2106.
21. Charikova T.B., Shelushinina N.G., Harus G.I., Karskanov I.V., Sochinskaya O.E., Ivanov A.A. Effect of Nonstoichiometric Disorder on the Hall Coefficient in Electron-doped Nd2-xCexCuO4+ Single Crystal Films// Physica C.- 2009.- в сборниках трудов конференций и других изданиях:
22. Ponomarev A.I., Krylov K.R., Charikova T.B., Shelushinina N.G., Lerinman N.K., Ignatenkov A.N. Magnetic field induced superconductor-insulator transition in Nd1.85Ce0.15CuO4- single crystal // Proc. 10th Int. Conf. on Ternary and Multinary Compounds.- Germany.- Stuttgart.- 1996.- P.627-630.
23. Charikova T.B., Ignatenkov A.N., A.I.Ponomarev A.I., Shelushinina N.G., Sabirzjanova L.D., Emelchenko G.A., Zhohov A.A. Behavior of both in-plane and out-of-plane resistivities of Nd2-xCexCuO4+ single crystals without- and in magnetic field // Proc.of the Advanced Studies on Supercoducting Engineering.- Hungary: I.Vajda and L.Farkas (Eds), 1999. -P.11-14.
24. Чарикова Т.Б., Пономарев А.И., Ташлыков А.О., Хрустов А.В., Шелушинина Н.Г, Иванов А.А. Влияние легирования на анизотропию транспортных свойств Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO// Сборник трудов первой международной конференции Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости.- М.:ФИАН, 2004.- С.203-204.
25. Шелушинина Н.Г., Чарикова Т.Б., Пономарев А.И.
Квазидвумерный характер проводимости в монокристаллах Nd2-xCexCuO4 // Сборник трудов первой международной конференции Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости.- М.:ФИАН, 2004.- С.205-206.
26. Чарикова Т.Б., Пономарев А.И., Ташлыков А.О., Шелушинина Н.Г., Харус Г.И., Ткач А.В., Иванов А.А. Квазидвумерные транспортные свойства в слоистых системах Nd2-xCexCuO4+ и Ca2-xSrxRuO4 с различной степенью разупорядоченности // Сборник трудов второй международной конференции Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости.- М.:ФИАН, 2006.- С.172- 173.
27. Чарикова Т.Б., Ташлыков А.О., Баянкина А.Ю., Иванов А.А., Медведев М.В. Анизотропия плотности критического тока в слоистых монокристаллах Nd2-xCexCuO4+ // Сборник трудов второй международной конференции Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости.- М.:ФИАН, 2006.- С.174-175.
28. Чарикова Т.Б., Шелушинина Н.Г., Харус Г.И., Сочинская О.Е., Иванов А.А. Изменение наклона второго критического поля в электронных сверхпроводниках Nd2-xCexCuO4+ с разной степенью беспорядка // Сборник трудов III международной конференции Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости.- М.:ФИАН, 2008.- С.115-116.
29. Shelushinina N.G., Charikova T.B., Kharus G.I., Sochinskaya O.E., Ivanov A.A. The estimation the coherence length for electron-doped superconductor Nd2-xCexCuO4+ at various Ce content // Сборник трудов III международной конференции Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости.- М.:ФИАН, 2008.- С.102-103.