Андреевская, туннельная и джозефсоновская спектроскопия двухщелевого сверхпроводника Mg1-xAlxB2

• Автор: Кузьмичев, Светослав Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СВЕРХПРОВ ОДЯЩИЕ СВ ОЙСТВА МНОГОЗОННОГО
СОЕДИНЕНИЯ MgB
§1.1. Кристаллическая структура, электронный энергетический и
фононный спектры М£В
§ 1.2. Теоретические модели многощелевой сверхпроводимости и их
экспериментальное обоснование
§ 1.3. Экспериментальные исследования двухщелевой сверхпроводимости в соединениях М£1_ХА1ХВ2, М§(В1.ХСХ)2, в М§В2, допиро-ванном магнитным Мп, и в М^В2 со структурным беспорядком....41 § 1.4. Коллективные плазменные колебания в двухщелевых
сверхпроводниках
Глава 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ВАХ КОНТАКТОВ НА
МИКРОТРЕЩИНЕ В СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ОБРАЗЦАХ
§2.1. Быстродействующая цифровая установка для записи 1(У)- и
сИ(У)/с1У-характеристик
§ 2.2. Методика приготовления контактов на микротрещине в сверх-проводниковых образцах. Техника регистрации вольтамперных
характеристик туннельных контактов
§ 2.3. Экспериментальные методы: туннельная и внутренняя туннельная спектроскопия, андреевская и внутренняя
андреевская спектроскопия, джозефсоновская спектроскопия
§ 2.4. Основные характеристики использованных в работе образцов.
Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ Mg,.xAlxB2 С ПОМОЩЬЮ ТУННЕЛЬНОЙ И ВНУТРЕННЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ, АНДРЕЕВСКОЙ И ВНУТРЕННЕЙ
АНДРЕЕВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
§3.1. Определение сверхпроводящих щелей в поликристаллических
образцах MgB2 с помощью туннельной спектроскопии
§ 3.2, Внутренний эффект Джозефсона в MgB
§ 3.3. Определение сверхпроводящих щелей в поликристаллических образцах MgB2 и Mg]_xAlxB2 с помощью андреевской и
внутренней андреевской спектроскопии
§ 3.4. Двухмодовый режим контактов в Mgi_xAlxB
§ 3.5. Зависимости больших и малых щелей от температуры
§ 3.6. Исследование влияния структурного беспорядка и допирования на сверхпроводящие щели в системе Mgi_xAlxB2. Зависимости
характеристических отношений 2A0i„/kBTc от Тс
§ 3.7. О сходстве свойств ВТСП-купратов, MgB2, LaOFeAs и FeSe.
Глава 4. ЛЕГГЕТТОВСКИЕ ПЛАЗМЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В .
ДВУХЩЕЛЕВОМ СВЕРХПРОВОДНИКЕ Mgi.xAlxB
§ 4.1. Обнаружение мод леггеттовских плазменных колебаний в
туннельном и андреевском режиме в Mg]_xAlxB
§ 4.2. Сопоставление энергетических параметров большой щели, малой щели и леггеттовского плазмона с теоретическими
представлениями
§ 4,3. Определение внутризонных и межзонных констант электрон-
фононного взаимодействия X из теории и эксперимента
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
М£В2, соединение с ярко выраженными металлическими свойствами, сверхпроводимость в котором была обнаружена лишь в 2001 году [1], до сих пор является сверхпроводником с наивысшей для бинарных соединений критической температурой Тс»40 К. Такая критическая температура не характерна для классических сверхпроводников, и в тоже время она значительно ниже Тс высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). В отличие от сложных ВТСП-оксидов диборид магния имеет исключительно простые состав и кристаллическую решётку. Было отмечено сходство квазидвумерных (20) структурных и электронных свойств М§В2 и графита, так как оба соединения обладают выраженной слоистостью, изоэлектронны (ионная формула борида 1у^2+(В2)~) и имеют подобные типы химической связи, включающей сильные впутрислоевые ст-связи и слабые межслоевые л-связи. Природа указанных аналогий становится понятной при анализе зонной структуры и фононного спектра диборида магния [2-4]. Механизм спаривания в MgB2 имеет фононный характер, на что указывает обнаружение в этом материале изотопического эффекта по бору [5, 6]. Присутствие сингулярности ван Хова в 2Б ст-зонах может существенно повлиять на величину критической температуры Тс, если с помощью допирования сместить уровень Ферми на пик плотности квазичастичных состояний [7]. К сожалению, почти за 10 лет с момента открытия этого соединения увеличить Тс не удалось. При допировании в кристаллическую решётку входят только атомы, присутствие которых понижает Тс: А1, который замещает Mg, и атомы углерода, подменяющие собой бор. И тот, и другой заместитель вносят дополнительные электроны, заполняющие валентную зону. Обратное действие могли бы оказать примеси таких элементов как №, 1л и Ве, но они не входят в кристаллическую структуру MgB2. Такая ситуация

Многие научные группы, проводя измерения сверхпроводящего МрВ2 методами туннельной [80-84], андреевской и точечной (ТК) спектроскопии [47,50,85,86], рамановской спектроскопии [17, 87, 88] и фотоэмиссии высокого разрешения [51] одновременно наблюдали две сверхпроводящие щели с энергиями Да= (5 + 9) мэВ и Ал = (1,7ч-5) мэВ. В экспериментальной работе [89], выполненной на СТМ, авторы, получив характеристики дифференциальной проводимости для 818- и МБ-контактов, определили значение малой щели, схожее с указанными выше (2,3 ч-2,8) мэВ, и наблюдали признаки существования большой щели с амплитудой порядка 7 мэВ. Некоторые исследователи, которые не могли различить присутствие второй щели (в особенности те,' кто пользовался техникой СТМ), за полтора года, прошедшие со времени первых опытов с МёВ2, научились её распознавать. Например, автор работы [66] Иавароне в соавторстве с другими исследователями опубликовала статью [90], в которой делается заключение об одновременном присутствии в сверхпроводящем М§В2 сразу двух сверхпроводящих щелей: Да= 7,1 мэВ и Д,= 2,3 мэВ. Научная труппа из Мадрида, опубликовавшая в 2001 году работу [71], проведя тщательные измерения туннельных характеристик в разных точках поверхности монокристалла MgB2 и исходя из данных, полученных в точках с "хорошей" поверхностью, в статье [73] утверждает, что в дибориде магния одновременно реализуются две сверхпроводящие щели с амплитудами Аа= 7,5 мэВ и А„= 1,9 мэВ.
Авторам публикации [57], которые работали, создавая точечные N8-контакты MgB2-PtIr и записывая для- них сИ/сГУ-спектры, удалось наблюдать две группы изотропных сверхпроводящих щелей с энергиями Ааи9,8мэВ и Дп« (1,9-7-3,45) мэВ, значения которых определялись при помощи фитинга, проводимого в рамках теории, предложенной Блондером, Тинкхомом и Клапвиком (модель БТК [91]).