Диссертация (Многощелевая сверхпроводимость допированных купратов), страница 3

Кульбачинский. Двухщелевая сверхпроводимость и леггетовская мода уYBa2Cu3O7-x. // Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученыхпо фундаментальным наукам "Ломоносов - 2011", секция "Физика", Сборник тезисов,том 2, подсекция "Сверхпроводящие и электронные свойства твердых тел", стр. 79-80.8. С.В. Кульбачинский, М.Г. Михеев, Я.Г. Пономарев, О.В. Беляева, Л.М.

Фишер. //Двухщелевая сверхпроводимость у совершенных монокристаллов YbBa2Cu3O7-x.Сборник аннотаций работ, IX Курчатовская молодежная научная школа, 22-25 ноября2011 года, Москва, с. 231.9. С. В. Кульбачинский, Я. Г. Пономарев, Л. М. Фишер. Электромагнитные свойстваджозефсоновских контактов и леггеттовская мода в купратных сверхпроводниках //Сборник расширенных тезисов, Международная конференция ФПС'11. Секция Р.Физические свойства ВТСП-материалов и структур (2011) стр.

126-127.10.КульбачинскийС.В.,ПономаревЯ.Г.,ФишерЛ.М.Двухщелеваясверхпроводимость допированных ртутных купратов // Международная конференциястудентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам ЛОМОНОСОВ2013, Секция "физика", сборник тезисов, Том 2, У, подсекция "Сверхпроводящие иэлектронные свойства твердых тел", стр. 50-51.11. Sergei Kulbachinskii, Two-gap superconductivity of doped mercury cuprates.

// Trilateralworkshop on Hot Topics in HTSC, Zvenigorod, Workbook of abstract, 2013, p. 16-17.12. Ya.G. Ponomarev, V.A. Alyoshin, E.V. Antipov, T.E. Oskina, A. Krapf, S.V.Kulbachinskii, M.G. Mikheev, M.V. Sudakova, S.N. Tchesnokov, L.M. Fisher. // "Multigapsuperconductivity in doped p-type cuprates", V International Conference "FundamentalProblems of High Temperature Superconductivity", FPS'15, October 5-9, 2015, MalakhovkaMoscow, The workbook of extended abstracts, Moscow LPI 2015, pp.

146-147.12ГЛАВА 1 Сверхпроводящие свойства купратов§ 1.1 Сверхпроводящие свойства ртутных купратов1.1.1. Кристаллическая структура фаз Hg-1201, Hg-1212 и Hg-1223.Сверхпроводящие свойства. Квазидвумерный характер электронного транспортаНасегодняшнийденьсчитается,чтослоистыевысокотемпературныесверхпроводники HgBa2Can-1CunO2n+2+δ (HBCCO) представляют собой естественнуюсверхрешетку типа S-I-S-I…, где S – тонкий сверхпрововодящий блок, содержащийодну или несколько CuO2 – плоскостей, интеркалированных кальцием, I – слойизолятора (спейсер), имеющий структуру, универсальную для конкретного ВТСПсемейства. Спейсеры, осуществляющие допирование CuO2-блоков при введенииизбыточного кислорода в центральную часть спейсера, играют ключевую роль вформировании сверхпроводящих свойств вышеупомянутых ВТСП соединений.

Эти"резервуары" могут быть заполненными или пустыми в зависимости от содержаниякислорода и легирующей примеси [4-6]. В пределах одного сверхпроводящегосемейства для фазы с заданным числом n CuO2 плоскостей максимальная критическаятемпература сверхпроводящего перехода Тc-mах может быть достигнута подборомконцентрации избыточного кислорода δ в спейсерах. Отметим, что при δ=0 ВТСПсоединенияявляютсямоттовскимидиэлектрикамисантиферромагнитнымупорядочением спинов на ионах меди в СuО2 плоскостях.

Избыточный (допирующий)кислород связывает электроны из Cu2O слоев, генерируя в них дырки, не создавая приэтом центров рассеяния (-допирование). В то же время избыточный кислородформируетзарядовыеловушкивцентральнойчастиспейсеров,создаваяблагоприятные условия для резонансного туннелирования в c-направлении [4-6].13При T<Tc допированный кристалл ВТСП ведет себя как стопка сильносвязанных между собой джозефсоновских контактов, в которых сверхпроводящий токтечет в с-направлении, и имеет джозефсоновский характер.В чистых купратах CuO2-плоскость с заполненной наполовину 2D зонойоказывается неустойчивой относительно перехода в фазу мотовского диэлектрика врезультате образования антиферромагнитного дальнего порядка (произойдет удвоениепериода, что приведет к уменьшению площади зоны Бриллюэна в 2 раза). Слабоедопирование кислородом разрушает это состояние и вызывает переход диэлектрик –металл. Появляется дырочная поверхности Ферми открытого типа [4-6].

УровеньФерми при этом может быть на протяженной сингулярности ван Хова с высокойплотностью состояний [7].Высокотемпературная сверхпроводимость реализуется в CuO2–плоскостях всравнительно узком интервале концентраций р примесных дырок. Поверхность Фермипри этом меняется незначительно. По данным фотоэмиссионной спектроскопиисверхпроводящаящельмаксимальнав-M-направлениииминимальнав-Y-направлении [14]. Анизотропия щели уменьшается с ростом концентрации дырокp.КритическаятемператураТсменяетсясpвпервомприближениипопараболическому закону.В сверхпроводящих купратах HgBa2Can-1CunO2n+2+δ (HBCCO) соединение Hg-1201содержит одну, Hg-1212 - две, Hg-1223 - три Cu-O2 плоскости, которые в Hg-1221 иHg-1223 разделены атомами Ca (рис.

1.1). В отличие от висмутовых ВТСП (Bi-ВТСП),где диэлектрические спейсеры содержат две слабосвязанные Bi-O плоскости, вкристаллической решетке ртутных купратов присутствует только одна Hg-O плоскость(O - примесный кислород). В ртутных купратах сверхпроводящие CuO2-блоки14разделены диэлектрическими структурными блоками BaO-HgO-BaO (спейсерами),являющимися поставщиками дырок в CuO2-блоки (см. рис. 1.1).Рис. 1.1. Кристаллическая структура ртутных купратов HgBa2Can-1CunO2n+2+δ (HBCCO).Кислород в позиции О3 соответствует примесному кислороду ОЗависимость щелевого параметра от допирования является предметом дискуссий.Дойчером было сделано предположение [19], что недодопированные купратныевысокотемпературные сверхпроводники характеризуются двумя щелевыми энергиямиΔр (псевдощелью) и Δs (сверхпроводящей щелью).

Согласно этому предположениюбольшая щель Δр, характеризующая энергию связи куперовских пар, которые остаются внекогерентном состоянии при Т>Тс , измеряется фотоэмиссионной или туннельнойспектроскопией и монотонно растет при переходе от передопированных образцов кнедодопированным;аменьшаящельΔs(сверхпроводящаящель)определяетминимальную энергию 2Δs возбуждения сверхпроводящего конденсата при Т < Тс15(Тс < Т* в недодопированных образцах) (рис.

1.2). Она измеряется андреевской илирамановской спектроскопией и меняется с концентрацией дырок р подобно Тс. Такимобразом, существует скэйлинг между Δs(p) и Тс(р). По данным электронной рамановскойспектроскопии[26]уоптимальнодопированнойфазыHg-1201величинасверхпроводящей щели при гелиевой температуре составляет Δs = 26 мэВ (см. рис. 1.2).P2ΔSРис. 1.2. Зависимости от допирования удвоенных значений сверхпроводящей щели 2Sи псевдощели 2P у однослоевого ртутного купрата Hg-1201 [26].Теоретическиерасчеты[20]показали,чтоприсутствиенекогерентныхкуперовских пар при Т > Тс в купратном сверхпроводнике должно приводить к эффектуандреевского отражения в N-S интерфейсе.

Однако, эксперимент, выполненный на N-Sмикроконтактах (золото-YBCO), опроверг данное предсказание [21], что ставит подсомнение существующую модель происхождения псевдощели Δр.16Следуетотметить,чтосповышениемчислаnCuO2-плоскостейвсверхпроводящих блоках (при n ≥ 3) проблема получения оптимально допированныхобразцов HgBa2Can-1CunO2n+2+δ стандартным методом существенно усложняется.Рис. 1.3. ЯМР – резонансы на ядрах меди во внешних CuO2 – плоскостях (OP) ивнутренних CuO2 – плоскостях (IP) у фазы Hg-1245 (см.

вставку) [27].Так в работе [27] с помощью ЯМР – спектроскопии было установлено, что ЯМР– резонанс на ядрах меди в HgBa2Can-1CunO2n+2+δ с n ≥ 3 трансформируется в дублет(рис. 1.3), что объясняется различным уровнем допирования кислородом внутренних(IP) и внешних (OP) CuO2 – плоскостей в сверхпроводящих блоках.

Указанный эффектобъясняетнетривиальнуюзависимостькритическойтемпературыотчислаCuO2-плоскостей n (рис. 1.4) [28].17Рис. 1.4.температурыЭкспериментальнаяотчислаитеоретическаяCuO2-плоскостейвзависимостисверхпроводящихкритическойблокахуHgBa2Can-1CunO2n+2+δ [28].Квазидвумерный характер электронного транспорта в ртутных купратахподтвержден экспериментальным обнаружением внутреннего эффекта Джозефсона вHgBa2Ca2Cu3O8+δ (рис. 1.5) [29].18Рис. 1.5.