Высокотемпературные сверхпроводники
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Введение
Исследованиям низкотемпературных фазовых переходов к флуктуационному (ФП) и псевдощелевому (ПЩ) режимам в ВТСП соединениях, которые наблюдаются в нормальном состоянии при температурах вблизи и значительно выше критической (Тс) в данное время уделяется очень большое внимание. Согласно с современными представлениями считается, что именно эти физические явления могут служить ключем к пониманию природы ВТСП [1]. В данное время в литературных источниках интенсивно обсуждаются два основные сценария возникновения псевдощелевой аномалии в ВТСП-системах. Согласно первому, возникновение ПЩ связано с флуктуациями ближнего порядка диэлектрического типа, например, антиферромагнитными флуктуациями, волнами зарядовой и спиновой плотности и т.д.. Второй сценарий допускает формирование куперовских пар уже при температурах значительно выше критической Т* >> Тс с дальнейшим установлением их фазовой когерентности при Т < Tc . Среди теоретических работ, которые отстаивают вторую точку зрения, следует отметить теорию кроссовера от механизма БКШ к механизму бозе-эйнштейновской конденсации. При достаточно высокой точности измерений значения псевдощели в широком интервале температур можно определить из зависимостей ?ab(Т) (электросопротивление в базисной плоскости) при температурах ниже некоторого характерного значения Т* (температуры открытия псевдощели).
Самыми перспективными для изучения в этом аспекте являются соединения Y1Ba2Cu3O7-?, что обусловлено возможностью широкого варьирования их состава путем замены иттрия его изоэлектронными аналогами, или изменения степени кислородной нестехиометрии. Особый интерес представляет частичная замена Y на Pr, которая, с одной стороны, приводит к подавлению сверхпроводимости (в отличие от случаев замены Y на другие редкоземельные элементы), а с другой - позволяет сохранять практически неизменимыми параметры решетки и кислородный индекс ?.. В данной работе было исследовано влияние малых (до z?0.05) примесей Pr на режим ПЩ в монокристалах Y1-zPrzBa2Cu3O7-? с высокой критической температурой (Tc) и системой однонаправленных ДГ при ориентации вектора транспортного тока I¦ДГ, когда влияние двойников на процессы рассеивания носителей минимальное [2]. Следует отметить, что валентность празеодима (+4) отличается от валентности иттрия (+3), что может влиять в конечном счете на концентрацию дырок в соединении Y1-zPrzBa2Cu3O7-? и критические параметры при легировании.
1. Литературный обзор
.1 Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП)
.1.1 Определение ВТСП
Высокотемпературные сверхпроводники (высокие Tc) - семейство материалов (сверхпроводящих керамик) с общей структурной особенностью, которую можно охарактеризовать относительно хорошо выделенными медно-кислородными плоскостями. Их также называют сверхпроводниками на основе купратов. Температура сверхпроводящего перехода, которая может быть достигнута в некоторых составах в этом семействе, является самой высокой среди всех известных сверхпроводников. Нормальное (и сверхпроводящее) состояния обнаруживают много общих особенностей для купратов с различными составами; многие из этих свойств не могут быть объяснены в рамках теории БКШ. Хотя единой и последовательной теории сверхпроводимости в купратах в настоящее время не существует; однако, данная проблема привела к появлению многих важных экспериментальных и теоретических результатов, и интерес к этой области сосредоточен не только на достижении сверхпроводимости при комнатной температуре. За экспериментальное открытие первого высокотемпературного сверхпроводника в 1987 была немедленно присуждена Нобелевская премия.
.1.2 Структура
). Все основные ВТСП-системы имеют слоистую структуру. На рис. 1.1 приведена для примера структура элементарной ячейки ВТСП-соединения YBa2Cu3O7. Обращает на себя внимание очень большая величина параметра решетки в направлении оси с. Для YBa2Cu3O7 с=11.7.
Рис. 1.1 Структура элементарной ячейки ВТСП-соединения YBa2Cu3O7
). Наблюдается значительная анизотропия многих свойств таких соединений. Как правило соединения с большими n - металлы (хотя и плохие) в плоскости ab, и обнаруживают полупроводниковое поведение в третьем направлении, вдоль оси с. Но при этом они являются сверхпроводниками.
). В некоторых ВТСП-системах наблюдается сверхструктурная модуляция решетки, например, в системе Bi2Sr2Can-1CunO?. Имеется определенная корреляция Тc с периодом этой модуляции.
). Еще более необычны структурные образования, наблюдавшиеся в
ВТСП-системах, так называемые страйпы. Страйпы представляют собой сверхструктурную модуляцию зарядовой плотности. Их период составляет несколько ангстрем. Как правило, это динамические образования и они проявляются в изменении некоторых свойств ВТСП. Однако при введении примесей они могут запиннинговаться на этих дефектах и будут наблюдаться в статике.
.1.3 Температурная зависимость сопротивления R(T)
Во многих купратных ВТСП R(T) зависит практически линейно от температуры Т [4]. Пример для YBa2Cu3O7 приведен на рис. 1.2. Это сопротивление изменено в плоскости ab. Удивительно, что в чистых образцах экстраполяция этой зависимости в область низких температур ведет себя так, как будто остаточное сопротивление совершенно отсутствует. В ряде других ВТСП, с меньшими Тc, где удается подавить сверхпроводимость магнитным полем, зависимость R(T) линейна вплоть ?/p>