Терагерцевая фононная спектроскопия висмутовых купратов

• Автор: Хоанг Хоай Ван
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВТСП

1.1. Сверхпроводимость в купратных металлооксидах

1.2. Фононный механизм спаривания. Теория и эксперимент

1.3. Магнонный механизм спаривания. Теория и эксперимент

1.4. Взаимодействие переменного джозефсоновского тока с оптическими фононами

в ВТСП джозефсоновских контактах (джозефсоновская спектроскопия)

1.5. Внутренний эффект Джозефсона в ВІ-2212

1.6. Влияние допирования на сверхпроводящие свойства ВІ-2212

2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ВАХ КОНТАКТОВ НА МИКРОТРЕЩИНЕ
2.1. Туннельная и андреевская спектроскопия сверхпроводников
2.2. Приготовление контактов на микротрещине и техника записи вольт-амперных характеристик (ВАХ) ВТСП контактов
2.3. Характеристики использованных в работе образцов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОПИРОВАНИЯ НА НЕУПРУГОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ КУПЕРОВСКИХ ПАР В КОНТАКТАХ НА БАЗЕ ВІ-2212 и ВІ
3.1. Джозефсоновская спектроскопия допированных монокристаллов ВІ-2212 и ВІ -2223 при Т = 4.2 К
3.2. Влияние температуры на фононные резонансы
3.3. Идентификация оптических фононов, возбужденных переменным джозефсоновским током в исследованных контактах
3.4. Поиск “магнонного” резонанса
4. ВНУТРЕННИЙ ЭФФЕКТ ДЖОЗЕФСОНА В ВІ-2212 И В ВІ-2223
4.1. Вольт-амперные характеристики микроступенек на поверхности криогенных сколов допированных монокристаллов Ві-2212 при Т = 4.2 К
4.2. Влияние температуры на внутренний эффект Джозефсона в ВІ-2212
5. СКЕЙЛИНГ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ЩЕЛИ И КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ У ДОПИРОВАННЫХ ВИСМУТОВЫХ КУПРАТОВ
5.1. Скейлинг сверхпроводящей щели и критической температуры у допированных монокристаллов Ві-2212 по данным туннельной и андреевской спектроскопии
5.2. Признаки существования протяженной особенности ван Хова на уровне

Ферми у близких к оптимальному допированию монокристаллов В1-2212
6. ГИГАНТСКИЕ НЕСТАБИЛЬНОСТИ НА ВАХ СТОПОЧНЫХ КОНТАКТОВ НА
БАЗЕ ВИСМУТОВЫХ КУПРАТОВ
6.1. Гигантские нестабильности на ВАХ стопочных контактов при гелиевых
температурах. Модель Краснова - Шнидера
6.2.. Вличние температуры на гигантские нестабильности на ВАХ стопочных
контактов
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В 1498 году в работе [1] был предсказан эффект неупругого туннелирования куперовских пар в джозефсоновских контактах на базе нетрадиционных сверхпроводников со спариванием на спиновых флуктуациях. Этот эффект должен сопровождаться излучением неравновесных магнонов. Неупругое туннелирование куперовских пар в джозефсоновских Bi-2212 контактах на микротрещине (break junctions) было обнаружено экспериментально в работе [2]. Вопреки предсказаниям работы [1], на ВАХ контактов были найдены многочисленные особенности, связанные с возбуждением не магнонных, а фононных мод (раман-активные оптические фононы в диапазоне частот до 20 ТГц). Вышеуказанный эффект полностью описывается теорией Максимова, Арсеева и Масловой [3] и подтверждает сделанное Абрикосовым [4] предположение о сильном взаимодействии оптических фононов в окрестности центра зоны Бриллюэна с электронной подсистемой в ВТСП.
Недавно в экспериментальной работе [5] для оптимально допированного купрата Bi-2212 была получена функция Элиашберга, содержащая единственный бозонный пик, энергия которого составляет примерно 40 мэВ, т.е. соответствует энергии магнитного резонанса, обнаруженного ранее в этом материале с помощью нейтронной спектроскопии [6]. Если вышеуказанная спектральная функция соответствует действительности, то спаривание в купратных сверхпроводниках с высокой степенью вероятности имеет магнонный характер. В последнем случае магнонная мода должна сильно взаимодействовать с электронной подсистемой и может быть легко обнаружена с помощью джозефсоновской спектроскопии. Характерной особенностью магнитного резонанса является то, что его энергия (в отличие от фононных частот) изменяется с допированием пропорционально критической температуре [6]. В этом случае в спектрах, полученных с помощью джозефсоновской спектроскопии, должен наблюдаться резонанс, частота которого будет зависеть от уровня допирования кристаллов Bi-2212. Перемещение этого резонанса на фоне фиксированных фононных частот можно легко заметить.
Настоящая работа посвящена, в частности, исследованию влияния допирования на эффект возбуждения оптических фононов в монокристаллах Bi-2212 и Bi-2223 с помощью переменного джозефсоновского тока (джозефсоновская спектроскопия) в диапазоне частот до 26 ТГц. Выполненные в настоящей работе исследования не

Кроме того, размывается резкость порога. Наконец, что особенно интересно, если энергии щели неравны (например, Да > Дь), то при V = (Да - Дь)/е начинается прямое туннелирование квазичастиц, как показано на Рис. 2.2.
Имеется еще один туннельный процесс первого порядка между двумя сверхпроводниками (т. е. когда ток пропорционален квадрату туннельного матричного элемента), а именно эффект Джозефсона. В отсутствие внешнего напряжения между сверхпроводниками течет постоянный поток, состоящий из пар. Если приложено постоянное напряжение, то возникает переменный ток Джозефсона с частотой, равной
2еУД1.
Андреевское отражение от интерфейса
Качественный характер вольт-амперных характеристик (ВАХ) Ы-Б-микроконтактов можно понять из следующих простых физических аргументов [89, 90]. Трехмерный микроконтакт можно представить в виде прокола радиуса а в изолирующем слое между двумя металлическими электродами. Если длина свободного пробега I удовлетворяет условию I » а, сопротивление микроконтакта определяется характером воздействия прокола на баллистический пролет электронов. Это сопротивление описывается формулой Шарвина [91]: 11о = р//4а2 (р - удельное сопротивление массивного материала). Так как произведение рI практически не зависит от температуры, сопротивление Шарвина Бо определяется только размером прокола. Будем называть такой контакт "чистым" металлическим контактом.
Теперь рассмотрим N-8- микроконтакт, для которого произведение р/ одинаково для обоих металлов, при Т = 0К и при отсутствии внешнего напряжения. Что будет с электроном с энергией Е < Д, вылетающим из нормального металла в сторону сверхпроводникового электрода ? Электрон не может попасть в сверхпроводник как квазичастица, так как минимальная энергия квазичастичных возбуждений в сверхпроводнике равна Д. В то же время он не может отразиться от интерфейса как электрон, так как нам известно, что N-8 интерфейс является хорошим проводником. На самом же деле происходит андреевское отражение [92]: Электрон отражается в нормальный металлический электрод как дырка, одновременно добавляя куперовскую пару в сверхпроводящий электрод.