Теплоемкость и нейтронная спектроскопия кристаллического электрического поля в высокотемпературных сверхпроводниках

• Автор: Мирмельштейн, Алексей Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 158 с.

Содержание

Общая характеристика работы
Введение
Глава 1. Теплоемкость атомно-разупорядоченных сверхпроводников
со структурой А15, LSCO и YBCO
1.1. Константа связи А. и Тс в атомно-разупорядоченных
сверхпроводниках со структурой А15
1.2. Теплоемкость ЬазЗго.пСиСЬ и УВагСизОб:
результаты радиационных исследований
Глава 2. Теплоемкость сверхпроводников П рода в сильных магнитных
полях
2.1. Теплоемкость смешанного состояния классического
экстремального сверхпроводника И рода
2.2. YBCO в магнитном поле: низкие температуры
2.2.1. Низкотемпературная теплоемкость керамики YBCO
в магнитном поле
2.2.2. Анизотропная компонента низкотемпературной теплоемкости YBCO в смешанном состоянии
2.3. Теплоемкость ВТСП в сильных магнитных полях
в окрестности Тс: 2D vs
2.3.1. Оптимально допированный YBCO
2.3.2. Оптимально допированный ТЬВагСиОб (Т1-2201)
2.4. Скэйлинг теплоемкости ВТСП в окрестности Тс
в сильных магнитных полях
2.5. Эффективная размерность системы и форма аномалии теплоемкости вблизи критической температуры в
нулевом поле: заключительные замечания
2.6. Исследование явления двойного сверхпроводящего
перехода в керамике YBCO
2.7. Исследование магнитного состояния ВаСиОг
с помощью измерения теплоемкости в магнитном поле

Глава 3. Исследование эффектов кристаллического электрического
поля в ВТСП с помощью неупругого рассеяния нейтронов
3.1. Сечение неупругого магнитного рассеяния нейтронов
и одноионные возбуждения КЭП
3.2. Спектр КЭП в ЕгВагСизОбм
3.3. Нейтронная спектроскопия КЭП в 123-ВТСП как
локальная проба процессов переноса зарядов
к плоскостям СиОг
3.3.1. Зависимость потенциала КЭП от кислородной
стехиометрии в соединениях ErBaoCujOx
3 .3 .2. Влияние примесей замещения в медной подрешетке
на спектры КЭП в Er-123
3.3.3. Эффекты КЭП в ErBajCihOv, разупорядоченном
облучением быстрыми нейтронами
3.3.4. Влияние внешнего давления на КЭП в ВТСП-купратах
3 .4. Пространственная неоднородность электронных
состояний ВТСП
Заключение
Литература
Приложение
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Таблица 4
Таблица
Таблица 6
Таблица 7
Таблица 8
Таблица 9

Общая характеристика работы
Актуальность темы. Исследования сверхпроводимости (СП) занимают выдающееся место в физике XX века. Открытое Камерлинг-Оннесом в бурные для физики годы становления квантовой теории явление СП - макроскопическое проявление квантовой когерентности - и в наши дни остается одной из самых актуальных и притягательных физических проблем. Глубокие идеи, лежащие в основе теории СП, принадлежат к числу базовых, концептуальных представлений, оказавших влияние на развитие не только физики твердого тела, но и всей физики в целом. Помимо чисто научной проблематики, исследования в области СП, давно и успешно используемой в технике, стимулируется заманчивыми перспективами ее практических применений.
Исследования СП ознаменовались рядом блестящих достижений. В области теории это прежде всего теория Гинзбурга-Ландау-Абрикосова-Горькова (ГЛАГ) и теория Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). Первая с успехом применяется как для изучения глубоких закономерностей сверхпроводящего состояния, так и для конструкционных расчетов конкретных сверхпроводящих устройств. Теория БКШ, развитая в работах Абрикосова, Горькова и Элиашберга, впервые объяснила микроскопическую природу сверхпроводимости. Мощный аппарат теории вполне удовлетворительно описывает главные особенности явления и устанавливает соотношения между параметрами сверхпроводимости и фундаментальными свойствами твердых тел в классических сверхпроводниках (т.е. изучавшихся до 1986 года материалах с критической температурой Тс не выше 23 К) [1], но, несмотря на все свои достоинства и элегантность, не смог указать путь к дальнейшему повышению критических параметров. Все наиболее известные "старые высокотемпературные сверхпроводники" (А15, С15, фазы Шевреля) были открыты, благодаря, главным образом, интуиции исследователей, а едва ли не единственным практическим результатом поисков новых СП материалов на основе существующей теории стал пессимистический вывод о вероятном верхнем пределе критической температуры вблизи 23 К, достигнутом к тому времени в интерметаллидах со структурой А15. Не было предсказано теорией и открытие сверхпроводимости в перовскитоподобных купратах сначала при температуре около 37 К [2], а несколько месяцев спустя и выше температуры кипения азота [3].
Ошеломляющее открытие Беднорцем и Мюллером в 1986 г. явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) вызвало колоссальный всплеск исследований в этой новой области и знаменовало собой этап в развитии физики твердого тела, поскольку очень скоро выяснилось, что купраты таят в себе необычайно богатую физику. С одной стороны, ВТСП во многих отношениях очень похожа на "старую" сверхпроводимость в металлах, так что по сей день никто не может с

Т [К]

Рис. 2.7. Зависимость от температуры параметров Гинзбурга К1 (светлые значки) и к2 (темные значки) в Nbo.77Zro.23, рассчитанная по уравнениям (2.5) и (2.6), соответственно.
Как и ожидалось, оба параметра кТ) и к2(Т) стремятся к одному и тому же значению «16 при ТТС, когда электродинамика становится полностью локальной (Рис. 2.7). Вследствие большого к, амплитуда скачка теплоемкости при переходе из нормального в смешанное состояние понижается относительно его амплитуды при переходе из нормального в СП состояние в нулевом поле. В последнем случае:
Амплитуда скачка при переходе из нормального в смешанное состояние пропорциональна 1 -В/Вс2(0) в полях 0.2<В<Вс2(0) (Рис. 2.8). Величина 1-В/Вс2(0) может трактоваться как объемная часть образца, локально остающаяся сверхпроводящей, т е. вне сердцевины вихрей с поперечным сечением 2я£,2 Различие в амплитудах перехода в нулевом и ненулевом полях проявляется как резкий подъем в зависимости (ДС/Тс(В)) от 1-В/Вс2(0) при малых В. Впрочем, эта разница заметна и на Рис. 2.2. Отношение между скачком в нулевом поле и в ненулевом поле, экстраполированном к В=0, равно 1.16, в соответствии с (2.6) и (2.7). Коэффициент 1.16 возникает для треугольной решетки вихрей, т.е. при учете взаимодействия между вихрями. Кривая при В=0.2 Тл
(2.7)