Диссертация (Многощелевая сверхпроводимость допированных купратов), страница 12

Наблюдение ступенек Фиске это подтвердило и позволило определитьпараметры контакта. Получены очень большие значения сверхтока – 0,53 мА (см.рис. 5.5).В настоящей работе в туннельном режиме (SIS-контакт) у Tl2Ba2Ca2Cu3O10-–контактов исследованы зависимости критического тока Ic от магнитного поля B,которые приведены на рис. 5.6 и геометрические резонансы Фиске [85,90,106,107].97Рис.

5.6. Теоретические (сплошные линии) и экспериментальные (точки) зависимостиприведенного критического тока Ic(H)/Ic(0) от магнитного поля для монокристаллаTl2Ba2Ca2Cu3O10- при Т=4.2 K.На рис. 5.7 приведены ток I в мА (кривая 1) и dI/dV в произвольных единицах(кривая 2), а справа – номера резонансов Фиске для монокристалла Tl2Ba2Ca2Cu3O10-при Т=4.2 K.

Зависимость критического тока Ic от магнитного поля B (см. рис. 5.6)определяется формулой [85,90] (формула 4.3.1 на стр. 93 в [85]):Ic(B)/Ic(0) = |sin()|,(5.26)где  = BS поток магнитного поля,  = hc/2e - квант потока (=2.0710-7 Гаусссм2),S=L(2+l)2L – эффективное сечение контакта, Т – глубина проникновения(см. формулу 5.1, считаем, что 1=2=) (4.2=2.510-5 см), l – толщина диэлектрическогослоя, L - длина контакта.

Отсюда получается сечение контакта S=B=5.4510-8см2 идлина контакта L = S/2=10,9 мкм.98Рис. 5.7. Резонансы Фиске в магнитном поле В=1,8 Гс. По вертикальной оси слева ток Iв мА (кривая 1) и dI/dV в произвольных единицах (кривая 2), а справа – номерарезонансов Фиске для монокристалла Tl2Ba2Ca2Cu3O10- при Т=4.2 K.Из Рис.

5.6 следует, что период осцилляций Ic в магнитном поле B = 3.8 Гаусс. Вслабом внешнем магнитном поле на ВАХ контакта наблюдаются ступеньки Фиске(см. рис. 5.6) при смещениях: Vn = hn/2e, где частота резонансов Фиске n = nс*/2L резонансные моды контакта, с* - скорость Свихарта [85,90,96,106], L - длина контакта(см. формулу 5.4). Амплитуда резонансов Фиске сложным образом зависит от99величины внешнего магнитного поля (см.

формулы 5.23 – 5.25). В реальных условияхэксперимента ступеньки Фиске на ВАХ туннельных контактов наблюдаются вдостаточно слабых магнитных полях, что требует в частности компенсации магнитногополя земли (рис. 5.7). Для исследованного контакта (см. рис 5.6) фундаментальнаячастота резонанса Фиске1=2eV1/h=с*/2L (см. формулу 5.4), где V1 – напряжениепервого резонанса, V1=282V. Отсюда фундаментальная частота 1 = 136,5 ГГц.В пренебрежении потерями электродинамика джозефсоновского контактаописывается уравнениями 5.11, 5.17.

Из положений ступенек Фиске на ВАХ можнорассчитать скорость Свихарта. Для "электрической" толщины исследованного контактаполучим l/2(с*/c)2=0.5Å. При условии 5, получим для толщины диэлектрическогослоя l 2.5 Å. И тогда скорость Свихарта у исследованного джозефсоновскогоTl2Ba2Ca2Cu3O10- контакта с*=21L3106 м/с, то есть отношение с*/c = 0.01.100§ 5.3 Леггеттовская мода в купратных сверхпроводниках YBa2Cu3O7-x иTl2Ba2Ca2Cu3O10-В данной работе исследован эффект многократных андреевских отражений вбаллистическихнаноконтактахоптимальнодопированныхмонокристалловYBa2Cu3O7-x (Tc=93 K) и Tl2Ba2Ca2Cu3O10- (Tc=118 K). На ВАХ контактов появляютсянесколько субгармонических щелевых структур при смещениях Vni = 2i/eni, где ni –целое число.

Из зависимости Vni = F(1/ni) можно определить величину щели i схорошей точностью. Измерения, проведенные на монокристаллах YBa2Cu3O7-x приT=4.2 K, показали, что на I(V) характеристиках микроконтактов шарвинского типасуществуютдвесерииэкстремумов,которыесоответствуютдвумщелямP=(332) мэВ и C=(6.50,5) мэВ (Рис. 5.8). По теории В. Кресина и С. Вольфа[107,108] большая щель P относится к CuO2-плоскостям, а малая щель C - к CuOцепочкам.На ВАХ контактов Tl2Ba2Ca2Cu3O10- в андреевском режиме (ScS-контакт) приT=4.2 Kвпервыеструктуры,наблюдалисьявляющиесятриследствиемнезависимыемногократныхсубгармоническиеандреевскихщелевыеотраженийвмикроконтакте (рис.

5.9).10120161228315124dI/dV, arb. un.dI/dV, arb. un.149630-14 -7 0 7 14V, mV0-100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100V, mVРис. 5.8. Характеристика dI/dV микроконтакта (в произвольных единицах) YBa2Cu3O7-xпри T=4.2 K. Цифрами отмечены номера андреевских отражений. На вставке показанатонкая структура особенностей ВАХ в области малых напряжений.102Рис. 5.9. Характеристика dI/dV андреевского микроконтакта для монокристаллаTl2Ba2Ca2Cu3O10- при Т=4.2 K.Структуры особенностей ВАХ соответствуют трем сверхпроводящим щелям:OP1=(503) мэВ, OP2=(453) мэВ и IP=(5.53) мэВ (Рис.

5.10). Согласно [70], щелиOP1 и OP2 относятся к внешним CuO2-плоскостям, а малая щель IP - к внутреннейCuO2-плоскости.103100V n , mV806040Tl2Ba2Ca2Cu3O10single crystalTc = ( 118 ± 3 ) KT = 4.2 KVn = 2  / e nOP1 = 50 meV,OP2 = 45 meV,20IP = 5.5 meV00,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,01/nРис. 5.10. Зависимости напряжений, соответствующих особенностям на ВАХ Vni =2i/eni для монокристалла Tl2Ba2Ca2Cu3O10- при Т=4.2 K.В теоретической работе [70] в рамках обобщенного БКШ формализма проведенрасчет параметров сверхпроводящего состояния таллиевых купратов с различнымчислом сверхпроводящих CuO2-плоскостей.

В частности, для таллиевого купрата стремя CuO2-плоскостями при температуре, стремящейся к 0, получены значения щелейOP1=OP2=31.4 мэВ и IP=9.1 мэВ, что находится в качественном согласии сэкспериментальными данными настоящей работы.

Малая величина IP щелиобъясняется тем, что внутренняя CuO2-плоскость остается в недодопированномсостоянии при оптимальном допировании внешних CuO2-плоскостей.Согласно работе Леггетта [83] при существовании в сверхпроводнике двухконденсатов, можно ожидать появления дополнительных возбуждений (леггеттовскаямода), возникающих из-за флуктуаций фазы параметра порядка сверхпроводящихконденсатов. Леггеттовская мода с энергией E0 может наблюдаться только при условии104E0 < 2min,(5.27)где min - меньшая из двух щелей. В данной работе на ВАХ андреевских YBa2Cu3O7-xконтактах высокого качества на фоне традиционной субгармонической щелевойструктуры от большой щели впервые наблюдались эквидистантные осцилляции малойамплитуды, которые можно связать с неупругими многократными андреевскимиотражениями с излучением неравновесных леггеттовских плазмонов, как показано нарис.

5.11.Рис. 5.11ВАХандреевскихYBa2Cu3O7-x-контактахвысокогокачества.dI/dVхарактеристики микроконтакта при T=4.2 К. Стрелками выделены осцилляции, которыемогут быть связаны с генерацией леггеттовских плазмонов.В последнем случае выражение для смещений, при которых наблюдаются резонансы,будет иметь вид:Vn,m = (21+mE0)/en,(5.28)105где n и m целые числа. Проведенное сопоставление экспериментальных результатов стеоретическими показывает, что данную дополнительную тонкую структуру можнообъяснить эмиссией m леггеттовских плазмонов в процессе многократных андреевскихотражений [83,84,109].Период леггеттовских осцилляций в интервале смещений от Vn до Vn+1составляет E0/n.

При изменении параметра n происходит скачкообразное изменениепериода леггеттовских осцилляций. На рис. 5.12 хорошо видны два скачкообразныхизменения периода осцилляций с 10 мВ до 5 мВ и с 5 мВ до 3 мВ, что согласуется сформулой 5.28.Энергия леггеттовской моды может быть подсчитана и составляет E0 = (10 ± 2)мэВ. Эта энергия меньше удвоенного значения малой щели (см. формулу 5.27), чтоделает возможным существование узкого леггеттовского резонанса и облегчает егонаблюдение [110].Рис.

5.12 Фрагмент леггетовских осцилляций с рис. 5.11 в увеличенноммасштабе, показаны положения особенностей при разных m из формулы 5.28.106Определенные в настоящей работе значения большой и малой щелей находятсяв хорошем согласии с данными туннельной спектроскопии и измерениямиповерхностного импеданса [81, 111].Наблюдение леггеттовских осцилляций можно рассматривать как прямоедоказательство двухщелевого спектра исследуемых монокристаллов.Выводы к 5 главеИсследован эффект многократных андреевских отражений в YBa2Cu3O7-x иTl2Ba2Ca2Cu3O10-.

На характеристиках андреевских контактов I(V) и dI/dV намикротрещине обнаружено несколько независимых субгармонических щелевыхструктур, связанных с многощелевым характером данных сверхпроводников.Впервые наблюдалась дополнительная тонкая структура, которую можнообъяснить эмиссией леггеттовских плазмонов.

Также исследованы электромагнитныесвойства джозефсоновских контактов на микротрещине в Tl2Ba2Ca2Cu3O10-В джозефсоновском режиме (SIS-тип) изучены зависимости критического токаот магнитного поля и геометрические резонансы Фиске. Определена фундаментальнаячастота резонансов и скорость Свихарта.107Основные результаты и выводы1. В настоящей работе исследована андреевская и туннельная спектроскопиивысокотемпературных сверхпроводников Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+, HgBa2Can-1CunO2n+2+ иTl2Ba2Can-1CunO2n+4+с n=1, 2, 3.2. Установлено, что у близких к оптимальному допированию поликристаллическихобразцов ртутных купратов Hg-1201 (однослоевая фаза) и Hg-1212 (двухслоевая фаза)сверхпроводимостьспектроскопииимеетоднощелевойустановленахарактер.однощелеваяСпомощьюсверхпроводимостьандреевскойиопределенасверхпроводящая щель у оптимально допированных поликристаллических образцовртутных купратов Hg-1201 (Tc=93±2 K) и Hg-1212 (Tc=120±5 K).3.