ЭПР примесных ионов Er3+ , Yb3+ , Dy3+ , Tb3+ и собственных магнитных центров в YBa2 Cu3 O x (6 ≤ X ≤ 7)

• Автор: Гафуров, Марат Ревгерович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 130 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Структура соединения УВа2Си3Ох, основные свойства и их зависимость от кислородного индекса

1.2. Элементы теории ЭПР в кристаллах

1.3. Элементы теорпи спин-решеточной релаксации в кристаллах.

1.4. Элементы теории ЭПР и СРР в металлах и сверхпроводниках .

1.5. Исследования соединении ¥Ва2Си3Ох методом ЭПР

ГЛАВА 2. ЭПР И СПИН-РЕШЕТОЧНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ПРИМЕСНЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ

2.1. Исследованные образцы

2.2. Описание экспериментальной установки

2.3. ЭПР ионов иттербия УЬ3+
2.4. ЭПР ионов эрбия Ег34'
2.5. СПИН-РЕШЕТОЧНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ИОНОВ Ег3+
2.6. СПИН-РЕШЕТОЧНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ИОНОВ УЬ3+
2.7. ЭПР ИОНОВ Иу*
2.8. ЭПР ИОНОВ ТЬ3+
2.9. Исследование соединений УВа2Си3Ох с примесью неодима МЕТОДОМ ЭПР
ГЛАВА 3. СИГНАЛ ЭПР В «ПОЛОВИННОМ» МАГНИТНОМ ПОЛЕ.
3.1.ОБ30Р литературы
3.2. Исследованные образцы
3.3. Эксперимент
3.4. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭГТР) с самого момента своего рождения в Казани более полувека назад открыл широкие перспективы проникновения в детали внутреннего строения вещества. Информация об этих деталях в методе ЭПР получается из картины поведения в соответствующих условиях идеальнейших микрозондов - неспаренных электронов, существующих естественно или созданных искусственно в отдельных частях молекулы. В настоящее время ЭПР и спин-решеточная релаксация (СРР) являются одними из самых доступных и результативных методов исследования структуры твердых тел, примесных центров, характера и величины взаимодействий парамагнитных центров с колебаниями решетки и другими возбуждениями в кристалле.
Примечательно, что применение ЭПР для изучения сверхпроводников началось в 1970-ые годы с работ казанских физиков Т.С.Альтшулер, И.А.Гарифуллина, Э.Г.Харахашьяна, Б.И.Кочелаева и др. [см., например, 1, 2, 3, 4, обзор 5], внесших огромный вклад в экспериментальное и теоретическое исследования данных материалов. Большинство работ того времени выполнены на интерметаллических сверхпроводниках (СП) (например, Lain, LaEr, LaRu2, CeR.112 и др.), в которые в качестве спинового зонда вводился магнитный редкоземельный (РЗ) ион, чаще всего Gd, Ег или Ей [5 и цитированная там литература]. Эксперименты позволили получить важную информацию о виде зависимости температуры сверхпроводящего перехода от концентрации магнитных примесей, измерить величину энергетической щели, оценить интегралы взаимодействия электронных подсистем с решеткой и между собой и другое.
Общая библиография таких работ сравнительно невелика - немногим более 30 работ за почти 20 лет исследований [6]. Скорее всего это связано со сложностью наблюдения ЭПР в металлах и интерметаллидах, так как сильное обменное взаимодействие магнитных моментов редкоземельных ионов с электронами проводимости и между собой часто критически уширяет сигнал ЭПР и его наблюдение становится невозможным. К тому же не всегда удается ввести магнитный ион в решетку интерметаллида.
Наличие сверхпроводимости в металлооксидах БгТЮз и Рг(РЬ].хВ1х)04 подтолкнуло Беднорца и Мюллера к поискам СП в кристаллах со структурой перовскита на базе стронция и меди. Революционное открытие в 1986 году сверхпроводимости в системе Ьа-Ва-Си-О (Тс ~ 36 К) [7] привело к началу новой эры - эры высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) на базе купратных оксидов. К настоящему времени известно более 50 купратных ВТСП. Наиболее высокая температура сверхпроводящего перехода обнаружена в соединениях состава [ТЯТьСазСизОя )х (134 К при нормальном давлении и до 164К при давлении около 30 ГПа [8]). Получение материалов с Тс выше температуры кипения жидкого азота (77К), которую ранее называли «голубой мечтой физиков», вызвало шквал публикаций по исследованиям сверхпроводимости, в том числе, вызвало резкое увеличение количества публикаций, посвященных ЭПР в купратных ВТСП. Несмотря на огромные усилия в этой области, до сих пор неясной остается полная картина взаимодействий и процессов в купратных оксидах, как в сверхпроводящем, так и в нормальном состояниях. Во многом это связано со сложностью структуры купратов [9].

1.5.2. ЭПР на примесных пауамагтттых центрах Помимо исследования эффектов замещения меди в соединениях 1-2-3 на d-ионы (Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Zn), подавляющее большинство работ подобного рода посвящены изучению ЭПР примесных редкоземельных элементов. Среди последних, как уже упоминалось выше, преобладают исследования иона Gd3+.
Ион Gd3 ‘ находится в чистом S-состоянии (L=0), имеет спин S=7/2 (поэтому на экспериментах, как правило, дает анизотропный спектр ЭПР с семью линиями), легко внедряется в исходную матрицу в любых концентрациях, не влияя на сверхпроводящие параметры.
Первые ЭПР эксперименты на GdBaiCinOx были проведены Шварцем (Schwartz) и др. [49] на керамических образцах в Х-диапазоне. ЭПР измерения на примеси Gd в 1 -2-3 в X и Q диапазонах на сверхпроводящих и несверхпроводящих монокристаллах были выполнены Шалтьелем (Shaltiel) и др. [50]. Из угловой зависимости значения резонансного поля были определены параметры кристаллического поля и g-фактор (1.989(5)), значения которых слабо зависят от сверхпроводящих свойств образцов. Форма линий ЭПР была далека от Дайсоновской и линии оказались сужены обменным взаимодействием. По причине незначительных различий спектров ЭПР в сверхпроводящем и несверхпроводящем образцах, авторы пришли к заключению, что взаимодействием спинов РЗ-иона со спиновыми флуктуациями в плоскости Си02 можно пренебречь. К подобным выводам пришли и авторы работ [37, 44,], наблюдавшими ЭПР Gd3" в
поликристаллических образцах. Оценен интеграл обменного взаимодействия между локализованными ^электронами и носителями тока, который оказался аномально мал: (8-16) 10 3 эВ. Сделан вывод о гетерогенности исследуемых