Диссертация (1103876), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

1.10 приведена фотография образца Mg2SiO4 голубого цвета под давлением 30 Гпа. Это исследование отвечает на вопрос,сколько воды в форме ОН-дефектов может содержаться в силикатах внутри Земли привысоких давлениях. Оранжевые пятна – нагретые лазером до 1600 оС места. Реакция сводой в условиях, соответствующих мантии глубоко под Землей, позволяет изучитьсодержание водорода в мантии и влияние ОН-дефектов на физические свойствамантии.Например,гидрированныесиликатынамногомедленнеепередаютсейсмические волны по сравнению со скальными породами без воды. Это позволяетнайти внутренние резервуары воды глубоко под Землей.Рис. 1.10. Фотография образца -Mg2SiO4 голубого цвета под давлением 30 Гпа ввидимом диапазоне.27Наблюдение сверхпроводимости в таком простом материале как сероводородимеет революционный характер, потому что оно впервые экспериментальноподтверждает предсказание Н.

Ашкрофта, который еще в 1968 г. утверждал, чтовысокотемпературная сверхпроводимость может быть достигнута в металлическомводороде или других материалах, богатых водородом [44,45]. Что особенно важно,сверхпроводимостьвэтомслучаеобъясняетсянекаким-либоэкзотическиммеханизмом спаривания, как в пниктидах или купратах, а хорошо изученнымфононным взаимодействием между электронами. Температура сверхпроводящегопереходаTcвслучаеэлектрон-фононногоспариваниявсверхпроводникеувеличивается, если становится большой средняя фононная частота и константаэлектрон-фононного взаимодействия. В соответствии с Н. Ашкрофтом, этот случайможет реализоваться в металлическом водороде и соединениях, богатых водородом,что реально и наблюдалось в эксперименте.Почти сразу же после публикации рекордной критической температуры Tcпоявилось много теоретических работ, в которых предприняты попытки понять, что жепроизошло в процессе эксперимента и как объяснить столь высокую температурусверхпроводящегоперехода.Некоторыеисследователи[46]опубликовалитеоретические выкладки о том, что H2S может распадаться на H3S и S, и заметили, чтосверхпроводимость,работающаянаэлектрон-фононноммеханизме,можетнаблюдаться в соединении H3S.

Интересно, что перед тем, как все узнали об этихэкспериментах,ужесуществовалипредсказания,чтоH3Sдолженбытьвысокотемпературным сверхпроводником [47].Другие наоборот, заявили, что сверхпроводимость там вызвана другим, неэлектрон-фононным механизмом [48]. Группа ученых из Donostia International PhysicsCenter (DIPC) в сотрудничестве с исследователями из Франции, Великобритании,28Канады и Китая сейчас показала из первопринципных расчетов, что действительноэлектрон-фононный механизм спаривания объясняет наблюдаемую сверхпроводящуюTc, но только, если учитывать ангармоничные эффекты в колебательном спектреводорода.

Авторы опубликовали свои выводы в Physical Review Letters [49]. Для началав последней работе изучили стабильность и возможную декомпозицию сероводородапод давлением 200 Гпа. На рис. 1.11 приведена кубическая структура соединения H3S[49]. Их теоретические результаты показывают, что стехиометрия H2S нестабильна придавлениях,когданаблюдаетсянеобычноеоченьвысокоезначениеT c.Вдействительности, он может разложиться следующими двумя различными способами:3H2S → 2H3S + S, о котором уже было рассказано раньше [46], или 5H2S → 3H3S + HS2,что ранее не обсуждалось. Поэтому сверхпроводимость может наблюдаться как в HS2,так и в H3S.

Изучая возможность электрон-фононной сверхпроводимости в соединенииHS2, авторы оценили, что сверхпроводимость должна существовать приблизительно до30 K, и поэтому не смогли объяснить результаты эксперимента. А фаза H3S, котораякристаллизуется в кубическую структуру, показанную на рис. 1.11, наоборот, имееточень сильное электрон-фононное спаривание, что потенциально может объяснитьполученную в эксперименте необычно высокую критическую температуру Tc.Рис. 1.11. Кубическая структура соединения H3S [49].29Интересно отметить, что рассчитанная Tc не соответствует экспериментальнымзначениям в случае, если фононы, которые определяют сверхпроводящий механизм,рассчитывались в стандартном гармоническом приближении.

В этом случаетемпература сверхпроводящего перехода получается значительно завышенной. Вгармоническом приближении предполагается, что возвращающая сила при смещенииот положения равновесия линейно изменяется по известному закону Гука.Гармоническое приближение обычно верно, если колебания атомов имеют малуюамплитуду (отклонения от положения равновесия невелики). Хотя сильное сжатие H3Sдолжно ограничивать диапазон смещения атомов, атомы водорода значительносмещаются от своего положения равновесия из-за своей небольшой массы, чтоприводит к важным эффектам за пределами гармонического приближения.

Поэтому врасчеты включили так называемые ангармонические эффекты и учли сильныепоправки для фононов, включающих атомы водорода. Включив ангармонизм вэлектрон-фононноевзаимодействие,былаполученатеоретическикритическаятемпература, близкая к экспериментальной Tc. Поэтому исследователи сделали вывод,что рекордная высокотемпературная сверхпроводимость наблюдается из-за сильноговзаимодействиямеждуэлектронамииангармоничнымифононами.Экспериментальный результат [2] и последующее теоретическое объяснение [49] четкоуказывают, что очень большие сверхпроводящие Tc могут быть получены даже приобычном электрон-фононном механизме спаривания.

Принимая во внимание, чтоданная работа является первой, где наблюдали высокую Tc в гидридах, ожидается, чтоза ней последую множество других. Будет ли комнатная сверхпроводимостьнаблюдаться в других водородных соединениях в ближайшее время? Время покажет. Вто же время для данной диссертационной работы крайне важно, что в сероводородеустановлен фононный механизм спаривания электронов. Именно он подтверждается вдиссертационной работе для исследованных купратов.30§ 1.3 Постановка задачи исследованияИз первой главы – обзора литературы вытекают цели и задачи диccертационнойработы.

Целью настоящей работы являлось определение сверхпроводящих щелей,исследование электромагнитных свойств джозефсоновских контактов и легеттовскихмодвблизкихкоптимальномудопированиюобразцахртутныхкупратовHgBa2Can-1CunO2n+2+δ: однослоевого ртутного купрата Hg-1201, двухслоевого ртутногокупрата Hg-1212 и трехслоевого ртутного купрата Hg-1223 и слоистых купратныхсверхпроводников Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+, YBa2Cu3O7-x, Tl2Ba2Can-1CunO2n+4+ с помощьюандреевской и туннельной спектроскопии.В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:1. С помощью андреевской спектроскопии измерить сверхпроводящую щель уоптимально допированных поликристаллических образцов ртутных купратов Hg-1201и Hg-1212.2. Измерить сверхпроводящие щели у близких к оптимальному допированиюполикристаллических образцов Hg-1223.3.

Наблюдать и исследовать многократные андреевские отражения в ScS –наноконтактахртутныхкупратов,связанных,скореевсего,сизлучениемнеравновесных оптических фононов.4. С помощью андреевской и туннельной спектроскопии установить в оптимальнодопированныхобразцахBi-2201,Bi-2212,Tl-2212сверхпроводимостьимеетоднощелевой характер или многощелевой характер.5.

Установить, имеет ли сверхпроводимость в Bi-2223 (Tc = 110 ± 5 K), Tl-2223 (Tc = 118± 5 K) многощелевой характер из-за различного уровня допирования внутренней (IP) ивнешней (OP) CuO2–плоскостей в сверхпроводящих блоках.316. Исследовать эффект многократных андреевских отражений в YBa2Cu3O7-x иTl2Ba2Ca2Cu3O10-, наблюдать тонкую структуру на ВАХ характеристиках, связанную сгенерацией леггеттовских плазмонов. В джозефсоновском режиме на контактах SISтипа измерить зависимость критического тока от магнитного поля и исследоватьгеометрические резонансы Фиске.32ГЛАВА 2 Андреевская спектроскопия ВТСП.

Приготовление образцов§ 2.1. Техника записи вольтамперных характеристик (ВАХ) ВТСП контактовИзмерительная установка собрана на базе многофункционального устройстваввода - вывода AT - MIO - 16Х (National Instruments) и персонального компьютера.ИзмерениязависимостисопротивленияоттемпературыR(T),вольтамперныххарактеристик I(V) и дифференциальной проводимости от смещения dI(V)/dVпроводились по четырехконтактной схеме. Зависимости I(V) снимались методомфиксированного тока. Измерение температуры производилось автоматически спомощью калиброванного германиевого датчика.

Схема установки приведена нарис. 2.1 и упрощенная схема на рис. 2.2.Запись dI(V)/dV-характеристик сверхпроводящих контактов производилась спомощью быстродействующего автоматического цифрового моста переменного тока(модуляционный метод). Для подачи смещения на исследуемый контакт использовалсяодин из двух 16-битовых умножающих ЦАПов, расположенных на плате AT-MIO-16Х(максимальный ток смещения=5мА). Второй умножающий ЦАП питался внешнимпеременнымнапряжениемотзвуковогогенератораииспользовалсявкомпенсационных цепях в режиме записи dI(V)/dV - характеристик сверхпроводящихтуннельных контактов.Для получения и записи производных ВАХ G(V) = dI(V)/dV использовалсяцифровой автоматический мост высокого разрешения. В основе работы моста лежитпринцип модуляции пропускаемого через образец тока.

Ток смещения Io с интегратора,пропускаемый через образец, модулируется переменным током синусоидальной формыс частотой (в нашем случае) f = 270 Гц и амплитудой i<<Io с генератора тока. Полныйток через образец:I  I 0  i  cos(t );   2f(2.1)33Рис. 2.1. Блок-схема установки.Напряжение на образце в этом случае может быть записано в виде разложения вряд Тейлора:V ( I )  V ( I 0 )  dV / dI ( I 0 )  i cos(t )  d 2V / d 2 I  i 2 / 4  [1  cos(t )]  ...(2.2)Отсюда следует, что если амплитуда напряжения частоты f на потенциальныхконтактах образца постоянна, т.е., еслиV  dV / dI ( I 0 )  i  const ,(2.3)34то амплитуда модулирующего тока будет пропорциональна дифференциальнойпроводимостиG (V )  dV / dI ( I 0 )(2.4)Рис.

2.2. Упрощенная блок-схема автоматического цифрового моста для записи I(V) -,dI(V)/dV – и d2I(V)/dV2 – характеристик контактов на микротрещине [50].Установка собрана на базе многофункционального устройства ввода-вывода ATMIO-16X (National Instruments) и быстродействующего персонального компьютера набазе микропроцессора Intel Pentium. Частота аналого-цифрового преобразования поодномуканалупредусилителеммногоканальногосоставляет10016-битовогоКГцприАЦПсмаксимальнойпрорграммируемымчувствительностивуниполярном режиме 1.5 мкВ, что позволяет записывать ВАХ с достаточнымразрешением и со скоростью, сравнимой с осциллографическим методом записи(максимальная полученная нами частота сканирования ВАХ составила 50 Гц придостаточном для анализа количестве точек на кривой).

В нашей установке переменный35ток модуляции поступает на контакт через делитель со второго умножающего ЦАПа,питаемого от внешнего звукового генератора (рабочая частота модуляции выбиралась винтервале 700-800 Гц). Переменное модуляционное напряжение с потенциальныхконтактов туннельного перехода сравнивается предварительно с установленнымпеременным напряжением на эталонном сопротивлении, и разность этих напряжений(сигнал разбаланса моста) поступает на узкополосный усилитель с фазовымдетектором. Пульсирующее напряжение выхода с фазового детектора, полярностькоторого зависит от направления разбаланса моста, поступает на один из каналов АЦПи преобразуется в цифровой код, который затем обрабатывается компьютером.Управляющий модуль программы работает по циклу с частотой повторенияоколо 2000 Гц, формируя при каждом проходе стандартный управляющий код (УК),который подается на умножающий ЦАП, задающий ток модуляции:(YK )    ( KPM )     ( KPM )dt    (d ( KPM ) / dt ),(2.5)где (КРМ)- код разбаланса моста.Присутствие интеграла в управляющем коде переводит нашу автоматическуюсистему в астатический режим, исключая статическую ошибку.

Характеристики

Список файлов диссертации