Синтез, строение и свойства сверхпроводников на основе арсенидов и селенидов железа с щелочными металлами (1105742), страница 12
Текст из файла (страница 12)
33. Авторы интерпертируют этот эффекткак разрушение/восстановление микрофазового разделения, основываясь на наблюдении,55что изначально сверхпроводящие образцы теряли сверхпроводимость после цикла нагревания.В работе [311] было показано, что для получения сверхпроводящих образцов в системах A-Fe-Se (A = K, Rb, Cs) необходим строгий контроль состава закладки итемпературного режима.
Так, монокристаллические образцы RbxFe2-ySe2, выращенные изсостава Rb0.8Fe2Se1.96 и закаленные в процессе охлаждения при разных температурах, демонстрировали сверхпроводящий переход при 32.4 K для образца, закаленного с 950oC, иотсутствие сверхпроводимости для образца, закаленного с 700oC. При этом кристаллы,выращенные из близкого состава Rb0.8Fe2Se2 и закаленные с 700oC, также показывали переход в сверхпроводящее состояние.Влияние закаливания было изучено также в работе [312], где было приготовленонесколько серий монокристаллических образцов.
Образцы первой серии представляли собой монокристаллы KxFe2-ySe2, выращенные из расплава 0.8K + 2FeSe при медленномохлаждении до комнатной температуры, при этом полученные кристаллы не демонстрировали сверхпроводимости.Образцами второй серии были монокристаллы, извлеченные из охлаждающейсяпечи и закаленные на воздухе при температурах 200oC, 300oC и 400oC. Все три образцапоказывали сверхпроводящий переход при 28–32 K, при этом величина диамагнитногоотклика увеличивалась с ростом температуры закаливания. Изменялась также и температурная зависимость электрического сопротивления.
В то время как для образца,закаленного при 200oC, наблюдался типичный широкий максимум сопротивления в районе 150 K, остальные образцы показывали монотонное увеличение ρ(T) с ростомтемпературы в нормальном состоянии. Для третьей серии образцов были использованыкристаллы из первой серии, которые были нагреты до температур 200oC, 300oC и 400oC споследующей закалкой на воздухе. Образцы, закаленные при 300oC и 400oC, ясно демонстрировали сверхпроводимость, при этом для образца, закаленного при 300oC, можнобыло наблюдать появление характерного максимума на кривой сопротивления. Как и вовторой серии, доля сверхпроводящей фазы, оцененная из величины диамагнитного отклика, была выше для образца, закаленного при 400oC.
Образец, закаленный при 200oC, непоказывал диамагнитного отклика во всем интервале температур, однако на кривой сопротивленияможнобылонаблюдатьслабыйскачокпри30 K,чтоможетсвидетельствовать о малой доле сверхпроводящей фазы. Интересно отметить, что во всехслучаях сверхпроводимость самопроизвольно разрушалась при хранении образцов винертных условиях в течение 20 дней, что может свидетельствовать о метастабильном характере сверхпроводящей фазы. Исследование морфологии и состава поверхности56неотоженных и оттоженных кристаллов показало, что после отжига на поверхности кристаллов образуются микрогранулы с составом, близким к K2FeSe2, в то время как большаячасть поверхности вокруг гранул имеет практически одинаковый состав как для оттоженного, так и для неоттоженного образцов, близкий к K0.7Fe1.5Se2.Авторы [313] провели микроскопическое исследование образцов KxFe2-ySe2, полученных с использованием различных температурных режимов.
Монокристаллы,выращенные при медленном охлаждении расплава в печи до комнатной температуры, показывали разрывную неоднородную структуру поверхности, состоящую из большихучастков матрицы с отдельными полосами второй фазы. При этом доля сверхпроводящейфазы по данным магнитных измерений не превышала 1%. Образцы, закаленные на воздухе при 800oC и 900oC, обладали сетчатой структурой поверхности, в которой областивторой фазы образовывали узор из пересекающихся полос. Эти образцы демонстрировали20-50 об. % сверхпроводящей фазы. При повторном отжиге кристаллов, охлажденных впечи, при температурах выше 268oC с последующей закалкой происходит восстановлениесетчатой структуры и увеличение диамагнитного отклика до 80% от теоретического предела.
Оценка состава второй фазы методом WDX указывает на систематическоеповышение содержания железа и уменьшение содержания калия во второй фазе по сравнению с матрицей. Появление второй фазы наблюдалось также и на дифрактограммах 00lотражений монокристаллов, подвергавшихся различным температурным обработкам. Притемпературах ниже 268oC происходит расщепление рефлексов 00l с образованием маленьких предпиков, смещающихся в область низких углов при понижении температуры, в товремя как пики основной фазы практически не меняют положения. Найденная температура, таким образом, интерпретируется авторами как температура фазового разделения, приэтом вторая фаза является носителем сверхпроводимости.
Для получения образцов с объемной сверхпроводимостью необходима развитая сетчатая структура, возникающая, помнению авторов, за счет расслоения двух фах в процессе охлаждения.Изучение образцов RbxFe2-ySe2 [314] выявило, что повторный отжиг с последующим закаливанием может значительно повысить наблюдаемую долю сверхпроводящейфазы, только если температура отжига строго равна температуре фазового разделения.При этом «реальный» объем сверхпроводящей фазы не меняется, как было показана методами µSR и STEM, а происходит пространственное перераспределение фаз.
Авторыотмечают, что поведение таких композитов сходно с поведением гранулярных сверхпроводников, макроскопические свойства которых сильно зависят от распределения зерен поразмерам и вариантов осуществления джозефсоновских контактов в объемном материале.57В то же время авторам исследования [315] удалось вырастить сверхпроводящиекристаллы KxFe2-ySe2, используя две различные техники. В первом случае кристаллы былиполучены при медленном охлаждении расплава исходного состава K0.8Fe2Se2. Во второмслучае был использован большой избыток FeSe с составом шихты KFe3Se3. Кристаллыбыли отделены декантацией расплавленного флюса при 950oC в процессе охлаждения.
Вобоих случаях кристаллы показывали переход в сверхпроводящее состояние в районе 2932 K.Тонкие пленки и проводаПрием, известный в технологии получения ВТСП материалов как “порошок втрубке”, был применен для изготовления проводов из железосодержащих сверхпроводников LaFeAsO0.9F0.1 [316], SmFeAsO1-xFx [317], Sr0.6K0.4Fe2As2 [318], FeTe1-xSex [319].Например, в работе [317] для получения проводов SmFeAsO1-xFx использовали трубку изTa диаметром 8 мм и толщиной стенок 1 мм (рис. 34, A-B). Трубку заполняли порошкомиз Sm, As, SmF3 и Fe, затем волочением превращали в провод диаметром 2.25 мм, которыйнарезали на куски длиной 4-6 см, помещали в железную трубку и проводили отжиг при1160-1180оС в инертной атмосфере. Образец, представляющий собой конгломерат пластинок размерами ~ 10 µм, извлекали, взламывая Ta трубку (рис.
34, C-D). Полученныепровода демонстрировали критическую плотность тока 3.9·103 А/см2 при 5 К в нулевомвнешнем поле, что значительно ниже, чем для проводов из MgB2 (106 А/см2 [320]) иYBa2Cu3O7−δ (3·106 А/см2 [321]). Значение верхнего критического поля Hc2(0) было оценено ~120 Т с использованием значения Тс = 51 К.
Сравнимое значение критическойплотности тока 1.2·103 А/см2 при 4.2 К в нулевом внешнем поле было получено для тоководов на основе Sr0.6K0.4Fe2As2 [318], и значение на порядок выше - 1.2·104 А/см2 при 4.2 Кдля проводов на основе Ba0.6K0.4Fe2As2 [322].Рис. 34. A, B – Получение проводов SmFeAsO1-xFx методом “порошок в трубке”. Использовалась трубка изTa диаметром 8 мм и толщиной стенок 1 мм. C, D – микрофотографии полученных текстурированных образцов [317].58Для сравнения, значения критической плотности тока, оцененные для монокристалловжелезопниктидов, достигают 2.9·105A/см2 для PrFeAsO0.7 [323] и 2·106 A/см2 для LiFeAs[324].Технология испарения наносимого соединения с помощью импульсного лазерногоизлучения с последующей конденсацией пара на поверхности подложки (PLD) позволяетполучать ориентированные тонкие пленки толщиной ~ 350-1000 нм.
На сегодняшний деньполучены и исследованы тонкие пленки представителей 4 семейств железопниктидов ихалькогенидов 1111 [325-328], 122As [329-334], 122Se [36] и 11 [335-337].Первая тонкая пленка LaFeAsO1-xFx, демонстрирующая СП переход (Тс = 11.1 К),была выращена на субстрате LaAlO3 посредством испарения порошка La1111 импульсным KrF лазером (248 нм) в высоком вакууме с последующим отжигом при 1030оС [325].Таким же методом были получены пленки La1111 с более высокой Tс = 28 K, остаточнымсопротивлением ρ(0) = 0.6 мΩ·см, RRR = ρ(300)/ρ(0)~4 и значением критической плотности тока 2·103A/см2 при 2 К [327], что сравнимо с проводами на основе LaFeAsO1-xFx,полученными методом “порошок в трубке” в [316]. Таким образом, Тс ~50 К, характернаядля оптимально допированных 1111, не достигалась в выращенных пленках, посколькупри лазерном испарении пленка часто значительно обедняется фтором по сравнению с порошком-мишенью.
Только в работе [328] методом молекулярно-лучевой эпитаксии былиполучены пленки NdFeAsO1-xFx с Тс = 48 К и ρ(0) = 1 мΩ·см.Большие успехи были достигнуты и в выращивании тонких пленок представителей122 семейства. Первая пленка SrFe2-xCoxAs2 (x = 0.2) была выращена на монокристаллеперовскита (La,Sr)(Al,Ta)O3 (001), причем в отличие от представителей семейства 1111,состав полученной пленки совпадал с составом мишени [329]. Характеристики пленкиTс ~ 20 K, ρ(0) = 0.3 мΩ·см, RRR ~ 1.5, Hc2 ~ 9 T сопоставимы с таковыми для поликристаллического образца SrFe1.8Co0.2As2 (Tс ~ 19.2 K, ρ(0) = 0.27 мΩ·см [338]).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
