Терагерцовая фононная спектроскопия висмутовых купратов (1105015), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Этот эффект, предсказанный в работах Краснова, а также Овчинникова,Кресина и Вольфа, указывает на фононный механизм спаривания в висмутовом купратеBi2Sr2Ca2Cu3O10+ (Bi-2223).Практическая значимостьРезультаты исследований, выполненных в настоящей работе, могут бытьиспользованы разработчиками терагерцевых генераторов на базе высокотемпературныхсверхпроводников, а также при конструировании детекторов, работающих втерагерцевом диапазоне.Достоверность научных результатовРезультаты, представленные в диссертации, получены на основе экспериментов,проведенных на современном научном оборудовании.
Достоверность полученныхэкспериментальныхданныхобеспечиваласькомплексомвзаимодополняющихэкспериментальных методик и подтверждается воспроизводимостью получаемыхрезультатов.7Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы были представлены на 6российских и международных конференциях в виде стендовых и устных докладов(тезисы которых опубликованы в соответствующих сборниках):1.Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов» (Москва, 2006),2.Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов» (Москва, 2011),3.5th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology(IWAMSN2010) Hanoi, Vietnam – November 09-12, 2010,4.IVМеждународнойвысокотемпературнойконференции«Фундаментальныесверхпроводимости» ФПС’11,3-7проблемыОктября2011,Звенигород,5.Superconducting Centennial Conference, September 19 – September 23, 2011, DenHaag, The Netherlands,6.VIII Курчатовской молодежной научной школе, 22-25 ноября 2010 г., Москва.По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 в российских изарубежных журналах и в сборниках трудов конференций.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, 6-ти глав,результатамизаключения с основнымии списка литературы из 105 наименований.
Общий объем работысоставляет 118 страниц, включая 65 рисунков и 3 таблицы. Первая глава содержиткраткий литературный обзор по теме исследования, вторая глава – описаниеэкспериментальной установки и метода приготовления контактов на микротрещине(break junction) в ВТСП – образцах. Каждая из следующих четырех глав содержиторигинальные результаты, полученные автором.Содержание работыВовведенииобоснованасформулированы задачиактуальностьвыбраннойтемыдиссертации,исследований и дан анализ научной новизны полученныхрезультатов и их практической ценности.
Описывается структура диссертации и приведенсписок опубликованных печатных работ по теме диссертации.В первой главе диссертации содержится краткий обзор литературы по структуре ифизическим свойствам ВТСП - материалов. Обсуждаютсямоделиосновныетеоретическиевысокотемпературной сверхпроводимости и их экспериментальная проверка.В настоящее время установлено, что кристаллы высокотемпературных купратовпредставляют собой естественную сверхрешетку типа S-I-S-I… , где S – тонкийсверхпроводящий CuO2- блок, I – слой изолятора (спейсер), осуществляющий, в частности,допирование CuO2– блоков дырками при введении в центральную часть спейсераизбыточного кислорода [15]. Спейсеры занимают до 80% объема кристалла и только около20%объемаприходитсянасверхпроводящиеблоки.Отсюдаясно,чтокаквсверхпроводящем, так и в нормальном состоянии транспортный ток в с- направлении имееттуннельный характер.
Сверхпроводящий ток в с- направлении – джозефсоновский (слабаясверхпроводимость), что создает большие проблемы при использовании купратов всильноточных сверхпроводящих устройствах.Модель, согласно которой кристалл высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП)при токе в с- направлении ведет себя как стопка сильно связанных между собойджозефсоновских контактов (внутренний эффект Джозефсона), подтверждена обнаружениемфраунхоферовских осцилляций критического сверхтока Ic || c через кристалл в магнитномполе и наблюдением резонансов Фиске [16].В чистых купратах двумерная (2D) CuO2 – плоскость с заполненной наполовину зонойоказывается неустойчивой относительно перехода в фазу моттовского диэлектрика собразованием антиферромагнитного дальнего порядка.
Слабое допирование дыркамиразрушает антиферромагнитный дальний порядок, что приводит к переходу диэлектрик металл и к появлению дырочной поверхности Ферми открытого типа. Уровень Ферми приэтом оказывается в окрестности протяженной сингулярности ван Хова с аномально большойплотностью состояний в – M – направлениях [4].Высокотемпературная сверхпроводимость реализуется в CuO2 – плоскостях всравнительно узком интервале концентраций примесных дырок.
Критическая температура Tcменяется с концентрацией примесных дырокp по параболическому закону, достигая9максимальной величины (Tc)max при оптимальной концентрации примесных дырок popt ( p –концентрация примесных дырок, приходящаяся на атом меди в пересчете на одну CuO2 плоскость) [17].Изотопическийэффектпокислородусуществуетвнедодопированныхипередопированных ВТСП образцах и отсутствует в оптимально допированных образцах[18].По данным фотоэмиссионной спектроскопии сверхпроводящая щель максимальна в – M – направлениях и минимальна в – Y – направлениях [19].Вторая глава диссертации содержит описание техники приготовления туннельныхконтактов и методики измерений I(V)- и dI(V)/dV- характеристик контактов намикротрещине в ВТСП - образцах в широком интервале температур.Измерительная установка собрана на базе многофункционального устройства ввода вывода AT - MIO - 16X (National Instruments) и персонального компьютера.В работе запись dI(V)/dV- характеристик сверхпроводящих контактов производиласьс помощью быстродействующего автоматического цифрового моста переменного тока(модуляционный метод).
Для подачи смещения на исследуемый контакт использовался одиниз двух 16-битовых умножающих ЦАПов, расположенных на плате AT - MIO - 16X . Второйумножающий ЦАП питался внешним переменным напряжением от звукового генератора ииспользовался в компенсационных цепях в режиме записи dI(V)/dV - характеристиксверхпроводящих туннельных контактов.Измерение температуры производилось автоматически с помощью калиброванногогерманиевого датчика.В использованных в работе контактах на микротрещине (break junctions) туннельнаяструктура реализуется при механическом контакте двух криогенных сколов кристаллаВТСП. Высокое качество поверхности криогенного скола позволяет получать хорошовоспроизводящиеся результаты, что выгодно отличает контакты на микротрещине оттуннельных структур других конструкций.
Уникальным достоинством контакта намикротрещине является возможность его регулировки в процессе эксперимента при низкихтемпературах, что позволяет сравнительно легко переводить контакт из туннельного режима(джозефсоновская спектроскопия, туннельная и внутренняя туннельная спектроскопия) вмикроконтактный режим (андреевская спектроскопия).
Последнее дает возможностьполучить разностороннюю информацию о сверхпроводящих параметрах исследуемогоматериала в одном эксперименте.10Микротрещина в кристаллах создавалась при изгибной деформации столика собразцом с помощью микрометрического винта при гелиевой температуре. Токовые ипотенциальные контакты на образцах создавались с помощью жидкого In - Ga припоя.Втретьейглаведиссертацииприводятсярезультатыэкспериментальногоисследования влияния допирования на эффект возбуждения раман-активных оптическихфононов переменным джозефсоновским током в Bi-2223 и Bi-2212 (терагерцевая фононнаяспектроскопия). Выбранные для исследования физические эффекты оказываются оченьчувствительными к характеру электрон-бозонного взаимодействия, что позволило сделатьряд важных выводов о возможных механизмах спаривания в высокотемпературныхсверхпроводниках.В работехарактеристикахисследованы особенности тонкой структуры(ВАХ)одиночныхистопочныхна вольтамперныхджозефсоновскихконтактоввдопированных монокристаллах Bi-2223 и Bi-2212 в субщелевой области смещений (Рис.
1).Структура наблюдается только в присутствии переменного джозефсоновского тока.Положение провалов, составляющих тонкую структуру на dI/dV- характеристиках контактов,не зависит от величины щелевого параметра , температуры Т, уровнядопирования,геометрии и типа контактов (SIS или SNS). С ростом температуры Т амплитуда провалов наdI/dV- характеристиках SIS контактов высокого качества достигает максимума припрохождении “щелевого” смещения Vg ( т.е. риделевской особенности) через положениерезонансов, а затем резко падает. Тонкая структура на dI/dV- характеристикахисследованных контактов в функции джозефсоновской частоты (jos = 2eV/ħ) обнаруживаетсходство с рамановскими спектрами в BSCCO, опубликованными ранее несколькимигруппами авторов.Тонкая структура на ВАХ джозефсоновских BSCCO контактов связана с сильнымнелинейным взаимодействием переменного джозефсоновского тока с оптическимифононными модами BSCCO кристаллов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
