Сверхпроводимость, электронные и магнитные свойства углеродных материалов на основе фуллерита и алмаза (1104746), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Также показана зависимость χ(T)температуройсверхпроводящего для Rb2TlC60перехода Tc от ≈12 K до 27,2 K. На рис. 1 в качестве примера приведенытемпературныезависимостимагнитнойвосприимчивостинекоторыхсверхпроводящих гетерофуллеридов.Проведен сравнительный анализ величин параметра кристаллическойрешетки (а) и Тс сверхпроводящих фуллеридов и установлено, что при увеличенииа температура перехода в сверхпроводящее состояние также увеличивается.Обнаружено, что в щелочных фуллеридах с участием переходных и непереходныхили постпереходных металлов с нарушенной f-оболочкой (редкоземельныеметаллы)илизаполненнойd-оболочкой(легкиепереходныеметаллы)сверхпроводящие свойства отсутствуют.Используя ширину основных фононных мод молекулы С60 в КР спектрахисследованных гетерофуллеридов переходных и щелочноземельных металлов,рассчитано уширение этих линий относительно их значений в чистом С60.
Наоснове этих данных рассчитаны константы электрон-фононного взаимодействия9λ≈0,5–0,6.Исходяизрезультатоврасчетаконстантыэлектрон-фононноговзаимодействия для каждой фононной моды молекулы C60 установлено, чтоосновнойвкладвэлектрон-фононноевзаимодействиевносятчетыренизкоэнергетические фононные моды Hg(1–4) (≈260 см-1 – 760 см-1).По отсутствию характерных пиков и наличию широкого гало надифрактограммах фуллеридов с цезием состава Cs3-xMxC60 (M–металл, x=0-2), атакже по отсутствию большинства фононных мод в КР спектрах этих соединенийустановлено, что эти гетерофуллериды являются полимерами. Таким образом,предполагается, что в этих гетерофуллеридах за счет трехмерной полимеризации и"спайки" фуллеренов подавляются основные фононные моды молекулы С60,ответственные за сверхпроводимость.
Поэтому фуллериды данного типа неявляются сверхпроводниками.Представлены результаты исследования ЭПР спектров гетерофуллеридов.Измерены температурные зависимости магнитной восприимчивости, рассчитаннойдвойным интегрированием ЭПР спектров, температурные зависимости g-факторовиширинылиний.Обнаружено,чтоЭПРспектрысверхпроводящихгетерофуллеридов состоят из двух линий с близкими значениями g-факторов(≈2,0010), но разной шириной и температурными зависимостями магнитнойвосприимчивости.
Установлено, что природа двух линий в большинстве ЭПРспектров фуллеридов обусловлена локализованными парамагнитными центрами(типа C60–O–C60) и электронами проводимости. Характерно, что широкая линия,соответствующая электронам проводимости, присутствует в ЭПР спектрахсверхпроводящих фуллеридов при температурах от 105 К до комнатной, что можетуказывать на металлическую проводимость этих материалов в данном диапазонетемператур.В четвёртой главе описываются результаты измерений температурныхзависимостей сопротивления поликристаллических нанокомпозитов алмаза сниобием и молибденом и массивных монокристаллов алмаза, легированных бором.Показано, что сверхпроводимость в композитах алмаза с металлами определяетсянанокристалламистехиометричныхкарбидовэтихметалловсвысокимструктурным совершенством, вырастающих в процессе спекания на поверхностимикрокристаллов алмаза.
Вследствие этого обеспечиваются высокие (для карбидовэтих металлов) температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Величина10второго критического магнитного поля композита алмаза с ниобием такжехарактерна для монокарбида ниобия с высокой степенью стехиометрии (см.
рис. 2).Отдельно рассматривается композит алмаза с ниобием и фуллеритом, введеннымдля повышения прочностных характеристик. При введении в композит фуллеритатемпература перехода в сверхпроводящее состояние понижается, а проводимость внормальномсостоянииопределяетсякластерамипреимущественнографитизованного и полимеризованного фуллерита.В этой же главе приводятся результаты исследования температурнойзависимости сопротивления монокристаллов алмаза макроразмеров (массой до 3,815TC=12.6 K12201515R (mΩ)R (mΩ)20a)R(mΩ)2510105b)T=4.2 KI=0.01 A96350600501001509T (K)1215018T (K)2002503000.00.51.01.52.02.5B (T)Рис.
2. Температурная (a) и магнетополевая (b) зависимости сопротивления для образца,полученного в системе алмаз–ниобийкарат), сильно легированных бором, в диапазоне температур 0,5 – 297 K.Рассматриваются две группы образцов А и В с разным уровнем легирования <1020см-3 и ≥1020 см-3 соответственно. Обнаружен эффект изменения механизмапроводимости монокристаллов алмаза при увеличении концентрации бора.Установлено, что в образцах группы А с минимальным уровнем легирования (∼1019см-3) при температурах 70 – 297 K наблюдается прыжковая проводимость спеременной длиной прыжка.
Для этих образцов рассчитаны плотность состоянийна уровне Ферми Nf ≈ 3,7⋅(1016–1017) см-3эВ-1 и длина локализации дырок l≈10-7–10-6см для случая слабой компенсации K ~10-4 – 10-3, где K – отношение концентрациидонорных примесей ND атомов азота, NA – концентрация бора.В образцах группы А с уровнем легирования ∼ 8•1019 см-3 в областитемператур выше 110 – 200 К наблюдается активационный тип проводимости сэнергией активации в диапазоне 30 – 90 мэВ.
В образцах с максимальным уровнемлегирования (∼ 1,3•1020) в области температур выше 110 К наблюдается11активационный тип проводимости с энергией активации в диапазоне 38 – 53 мэВ, апри температурах от 0,5 К до 50 К наблюдается насыщение температурнойзависимости проводимости. Слабая зависимость проводимости от температурыопределяетсявыражениемσ (T ) = σ (0) + bT 1/ 2 . Такая зависимостьдлявырожденныхсильно0.06дефектныхполупроводниковσ(T)/σ(297)характерна0.08ссильным рассеянием электронов (см.10.022рис. 3).Достижение0.040.000бóльших246T1/2(K1/2810)концентраций бора в монокристаллахРис. 3.
Температурная зависимость проводимостиоказываетсяпрактически одного из образцов группы B при низкихневозможным, поскольку при данных температурах до отжига (1) и после (2)условиях роста добавление бóльшего количества бора в ростовую среду приводит кблокированию роста монокристалла.В пятой главе описаны результаты исследования влияния концентрациифуллерита в композите MgB2:C60 на механизм проводимости этого композита и наего сверхпроводящие свойства. Установлено, что в твердом композите MgB2:C60максимальная концентрация фуллерита C60, при которой композит сохраняетсверхпроводящие свойства, равна 20 масс. %. При этом величина температурыперехода в сверхпроводящее состояние остается такой же, как и в чистом диборидемагния, а сопротивление вблизи сверхпроводящего перехода определяетсякластерами полимеризованного фуллерита.
Приведены данные эксперимента поопределению температурной зависимости критического магнитного поля вкомпозите с концентрацией фуллерита 20%, которые соответствуют данным дляполикристаллических образцов чистого диборида магния. При увеличениисодержания С60 до 50% происходит переход к прыжковой проводимости спеременной длиной прыжка; при дальнейшем увеличении концентрации С60(>60%) сопротивление слабо растет с уменьшением температуры.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), спектроскопиикомбинационного рассеяния света (КР) и низкочастотным индуктивным методом12исследованы гетерофуллериды новых составов.
В ряде новых гетерофуллеридов наоснове щелочных и щелочноземельных металлов K2MC60 (M=Be, Mg, Ca), Rb2MC60(M=Be, Ca); щелочных и f- металлов K2MC60 (M= Sm, Gd, Tb, Yb, Lu), Rb2YbC60;щелочных и d- металлов K2MC60 (M=Sc, Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu); а такжегетерофуллеридов с таллием и алюминием ACsTlC60, A2TlC60 (A=K, Rb), K2AlC60обнаружена сверхпроводимость с температурой сверхпроводящего перехода Tc от≈12 K до 27 K. Наблюдается увеличение значения Tc при увеличении параметракристаллической решетки. Обнаружено, что в щелочных фуллеридах с участиемпереходных и непереходных или постпереходных металлов с нарушенной fоболочкой (редкоземельные металлы) или заполненной d-оболочкой (легкиепереходные металлы) сверхпроводящие свойства отсутствуют.2.Установлено,чтофуллеридысцезиемсоставаCs3-xMxC60(M–щелочноземельный или переходный металл, x=0-2) являются полимерами, чтоподавляетосновныефононныемодымолекулыС60,ответственныезасверхпроводимость, и фуллериды данного типа не являются сверхпроводниками.3.
Исследовано комбинационное рассеяние света в новых сверхпроводящихгетерофуллеридах переходных и щелочноземельных металлов, и на основе этихданных рассчитаны константы электрон-фононного взаимодействия (λ≈0,5–0,6).Установлено, что основной вклад в электрон-фононное взаимодействие вносятчетыре низкоэнергетические фононные моды Hg(1–4) (≈260 см-1 – 760 см-1).4. Установлено, что природа двух линий в большинстве ЭПР спектров фуллеридовобусловлена локализованными парамагнитными центрами (типа C60–O–C60) иэлектронами проводимости.5.Исследованатемпературнаяполикристаллическогоалмазасзависимостьниобиемисопротивлениямолибденом.композитовПоказано,чтосверхпроводимость в них определяется нанокристаллами карбидов этих металлов,вырастающими в процессе спекания на поверхности микрокристаллов алмаза.Относительно высокие для карбидов металлов значения Tc обеспечиваются за счетвысокогокачествакристаллическойструктурымонокарбидовснизкойконцентрацией дефектов.Привведениивкомпозитфуллеритатемпературапереходавсверхпроводящее состояние понижается, а проводимость в нормальном состоянии13определяетсяпреимущественнокластерамиграфитизированногоиполимеризованного фуллерита.6.Исследованатемпературнаязависимостьсопротивлениямассивныхмонокристаллов алмаза (массой до 3,8 карат), сильно легированных бором, вдиапазоне температур 0,5 – 297 K.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
