Магнитные свойства мелкозернистых поликристаллических ВТСП состава YBaCuO тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Н.Н.СЕМЕНОВА

РГб ОД

На правах рукописи

- з ПКТ

УДК 538.945

КРАСИЛЬНИКОВ Андрей Соломонович

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВТСП СОСТАВА УВаСиО

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Институте химической физики имени Н.Н.Семенова РАН

Научные руководители:

кацдидат физико-математических наук Мамсурова Л. Г. кандидат физико-математических наук Трусевич Н.Г.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Крейнес Н.М. кандидат физико-математических наук Кугель К.И.

Ведущая организация - Институт физики твердого тела РАН

Защита диссертации состоится " 995 г.

в ..\1... часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д.002.26.04 при Институте химической физики РАН по адресу: 117977, Москва, ул.Косыгина, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химической физики РАН.

Автореферат разослан "Л-.. .......1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат химических наук

А.В.Волынская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Открытие в 1986 году высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) явилось важнейшим событием в физике твердого тела последних лет. С тех пор ВТСП стали предметом исследований большого числа научных работ. Оказалось, что они обладают многими уникальными свойствами и представляют собой интереснейший физический объект. Поэтому, независимо от перспектив дальнейшего применения, интерес к ним продолжает оставаться.высоким.

Одним из наиболее быстро развивающихся и привлекающих к себе наибольшее внимание направлений изучения ВТСП являются их макроскопические магнитные свойства. Однако, несмотря на огромное число публикаций, посвященных этой проблеме, самосогласованных представлений, позволяющих из первых принципов получать поведение основных характеристик ВТСП, находящихся в хорошем согласии со всем набором экспериментальных данных, пока не существует. Одной из причин, тормозящих процесс понимания, является сильная зависимость магнитных свойств ВТСП от их микроструктуры и отсутствие исчерпывающих данных о механизмах их взаимосвязи на уровне "микроструктура - свойство". Поэтому целенаправленное изучение особенностей магнитного поведения мелкозернистых ВТСП представляет особый интерес как в научном плане, так и в плане возможного расширения границ практического применения этих объектов.

В мелкозернистых поликристаллических ВТСП с размерами зерен порядка 1 мкм возможны существенные изменения свойств вследствие того, что линейные размеры зерен оказываются соизмеримыми с такой фундаментальной характеристикой сверхпроводника как лондоновская глубина проникновения магнитного поля. Действительно, из результатов работ, выполненных еще для классических сверхпроводников, известно о существенном влиянии поверхности на формирование вихревой структуры и магнитные свойства в целом. Однако, для случая ВТСП подобные вопросы

изучены мало.

• " •

Необходимость исследования магнитных свойств поликристаллических ВТСП образцов, имещих характерные размеры зерен D, соизмеримые с лондоновской глубиной проникновения магнитного поля А., определяется, преаде всего, возможностью получения информации о фундаментальных характеристиках данного класса ВТСП (таких как величины критических полей, глубины проникновения магнитного поля, параметры вихревой структуры и т.п.), необходимых для формирования целостной картины о свойствах ВТСП и, в частности, для решения вопроса о том, до какой степени макроскопические магнитные свойства ВТСП соответствуют (или не соответствуют) свойствам обычных классических сверхпроводников.

Цель диссертационной работы состояла в систематическом изучении магнитных свойств и, прежде всего, намагниченности мелкозернистых поликристаллических ВТСП состава YBa2Cu307_ö с размерами зерен и выявлении механизмов взаимосвязи их магнитных свойств с реальной микроструктурой.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

экспериментальное изучение полевых зависимостей намагниченности М(Н) в широком диапазоне температур и магнитных полей для ряда поликристаллических ВТСП состава YBaCuO с различной микроструктурой, в том числе, и мелкозернистой, с размерами зерен D-X;

- теоретическое исследование особенностей структуры вихревой решетки для случая D-X со свойственными изучаемым образцам параметрами \ и ае с учетом распределения зерен по размерам;

- анализ влияния размерного фактора (отношения D/A.) на вид кривых намагниченности М(Н), на величины первых критических полей, величины как внутри-, так и межзеренных токов;

- построение модели, адекватно описывающей магнитные свойства мелкозернистых поликристаллических ВТСП.

Научная новизна. В диссертации впервые проведено систематическое изучение полевых зависимостей намагниченности поликристаллических ВТСП состава YBaCuO с различным размером зерен, в том числе, мелкозернистых (D-Я), обнаружены размерные эффекты и выявлена их природа. Конкретно, научную новизну

выполненной работы определяют следующие результаты, которые выносятся на защиту:

1. Показано, что в случае сопоставимости размеров зерен Б и лондоновской глубины проникновения магнитного поля А. в области достаточно высоких температур, когда влияние пиннинга невелико, имеет место эффект существенного смещения положения максимума намагниченности М(Н) в область более высоких полей.

2. Проанализированы особенности формирования начальной вихревой структуры в ВТСП малого размера. Показано, что в случае

имеет место эффект значительного увеличения полей образования не только первого, но и последующих абрикосовских вихрей. Рассчитаны величины соответствующих пороговых полей.

3. Установлено, что наблюдающееся экспериментально смещение положения максимума намагниченности М(Н) в область более высоких полей обусловлено особенностями формирования начальной вихревой структуры в ВТСП зернах малого размера.

4. Показано, что в случае сопоставимости размеров зерен Б и лондоновской глубины проникновения магнитного поля А. поликристаллический ВТСП образец характеризуется интервалом значений полей Нс1, при которых начинается образование абрикосовских вихрей; ширина этого интервала определяется разбросом зерен образца по размерам и находится между значениями Нс1 для самых крупных из имеющихся в образце зерен и полями, приблизительно соответствующими полю достижения максимума М(Н).

5. На основе информации о распределении зерен по размерам и величине лондоновской глубины проникновения магнитного поля (определенных для исследуемых образцов) в рамках модели, учитывающей взаимодействие абрикосовских вихрей с поверхностью и аппроксимирующей плотный мелкозернистый ВТСП образец набором длинных цилиндров, ориентированных вдоль приложенного поля, рассчитана обратимая кривая намагниченности М(Н) в широком интервале полей 0<Н«Нс2, оказавшаяся в хорошем количественном согласии с данными эксперимента. Сделан вывод о степени соответствия магнитных свойств мелкозернистых ВТСП при температурах, близких к Тс свойствам обычных сверхпроводников II рода.

6. Выявлен дополнительный вклад в необратимость намагниченности М(Н) мелкозернистых ВТСП, обусловленный зависимостью потока вихря от близости его к поверхности. Показано, что величина этого вклада может быть сопоставима с наблюдающейся экспериментально необратимостью М(Н).

7. На основе анализа кривых намагниченности М(Н) в полях, не превышающих первого критического поля зерен предложен способ оценки эффективного размера зерен, пригодный для поликристаллических ВТСП образцов, обладающих различной микроструктурой.

8. Обнаружен эффект увеличения на порядок значений внутризеренных критических токов мелкозернистых ВТСП образцов.

9. Обнаружен эффект увеличения на порядок значений межзеренных критических токов мелкозернистых ВТСП образцов.

Полученные в диссертации результаты позволяют выявить механизмы влияния размерного фактора (отношения Б/Л.) на намагниченность М(Н) поликристаллических ВТСП состава

Достоверность и научная обоснованность результатов обеспечивается использованием в работе высококачественных тщательно охарактеризованных как рентгеновским методом, так и электронной микроскопией образцов, проведением исследований на большом количестве образцов с контролируемыми размерами зерен, сравнением результатов с данными, получаемыми другими методами на тех же образцах, а также с опубликованными в литературе.

Практическая ценность. Использованные в настоящей работе модельные представления, позволяющие описывать магнитные свойства мелкозернистых ВТСП на количественном уровне, могут быть применены в других работах, касающихся изучения магнитного поведения мелкозернистых поликристаллических ВТСП.

Определенную практическую ценность представляют реализованные в работе методики определения величины транспортного критического тока и размеров зерен в поликристаллических ВТСП, основанные на анализе данных о намагниченности М(Н).

Обнаруженные эффекты увеличения критических токов мелкозернистых УВаСиО могут быть использованы для создания

материалов с улучшенными токонесущими свойствами.

Результаты диссертации могут быть использованы следующими организациями: Московским государственным университетом им. М.В.Ломоносова, Институтами физики твердого тела, общей физики, кристаллографии Российской академии наук, Всероссийским электротехническим институтом и другими.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 3-м Всесоюзном Совещания по ВТСП (Харьков, 1991), I Межгосударственной конференции "Материаловедение высокотемпературных сверхпроводников" (Харьков, 1993), 30-м Совещании по физике низких температур (Дубна, 1994), 7 Международном совещании по критическим токам в сверхпроводниках (Альпбах, Австрия, 1994), 4 Международной конференции по сверхпроводящим материалам и механизмам сверхпроводимости (МгБ НТБС IV) (Гренобль, Франция, 1994), Международном семинаре "Магнитные и резистивные состояния в сверхпроводящих системах (Ю^Б '95)" (Черноголовка, 1995), Международной конференции "Сверхпроводимость. Физические аспекты (СФА'95)" (Харьков, .1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 . печатных работ и 2 находится в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитированной литературы. Работа изложена на страницах машинописного

текста, включающих 42 рисунка и 2 таблицы. Список литературы содержит наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Первая глава носит обзорный характер. В ней содержатся необходимые сведения об особенностях ВТСП, определяющих их магнитные свойства. Отмечается, что в рамках наиболее распространенной модели, учитывающей сложную иерархию структур этих соединений и представляющей поликристаллический образец как совокупность сверхпроводящих зерен, связанных между собой слабыми (джозефсоновскими) контактами, можно выделить несколько интервалов магнитных полей Н, в которых по-разному проявляется

гранулярность . образцов. Кратко излагаются современные представления о связи микроструктуры с магнитными свойствами поликристаллических ВТСП в различных интервалах внешних полей.

Рассматривается связь между необратимым характером намагниченности М(Н) и величинами критических токов. -Проводится аналогия между обратимой частью намагниченности поликристаллических ВТСП при высоких (приближающихся к Тс) температурах и намагниченностью классических сверхпроводников II рода. Обсуждается возможность учета в рамках этого подхода характерной для УВаСиО анизотропии лондоновской глубины проникновения магнитного поля путем введения эффективного

значения определяемого, главным образом, значением А.аЬ.

Кратко рассматриваются общие сведения о намагниченности М(Н) изотропных сверхпроводников II рода. Особое внимание уделяется работам, касающимся влияния сопоставимости размеров сверхпроводника с величиной X. Отмечается, что близость границы оказывает существенное влияние на магнитные свойства сверхпроводников II рода. В связи с этим, соответствующих изменений можно ожидать и для мелкозернистых (с характерным размером зерен ВТСП. Рассматриваются очень немногочисленные работы на эту тему. Обсуждаются вероятные особенности магнитных свойств мелкозернистых поликристаллических УВаСиО; отмечается, что имеющиеся данные дают основания расчитывать на возможность их анализа, однако соответствующие систематические сведения в литературе практически отсутствуют.

Во второй главе приводятся основные характеристики исследованных образцов и основные экспериментальные методики. Большая часть исследованных образцов была получена по оригинальной методике с использованием предварительной механической активации исходной смеси оксидов. Использование этой методики позволило получать однофазные поликристаллические образцы с контролируемыми размерами зерен, в том числе -мелкозернистые с узким распределением зерен по размерам. Путем выбора соответствующих времен и температур отжига оказалось возможным получать высококачественные образцы, обладающие самой различной микроструктурой (от мелкозернистых с характерным размером зерен Б ~ 1 мкм до крупнозернистых с Б ~ 50 мкм,

б

включая образцы с особой "щитообразной" микроструктурой). Отмечается чрезвычайно высокая плотность механоактивированных образцов, достигрющая 97 процентов от рентгеновской. Для сравнения изучаются также крупно- и мелкозернистые образцы, полученные по другим методикам (традиционной керамической и криохимической). Приводятся результаты рентгеновского, химического (содержание кислорода) и электронномикроскопического исследования образцов.

Измерение намагниченности проводилось методом весов Фарадея на установке, включающей в себя продувной гелиевый криостат с системой термостатирования Oxford Instruments и электронный микробаланс CI Robal. Метод основывается на измерении механической силы, действующуй на образец, помещенный в неоднородное магнитное поле. В целом установка позволяет проводить измерения намагниченности при температурах 4.2-300 К в полях до 6.5 кЭ с точностью порядка 1 %.

Необходимые численные расчеты и математическая обработка результатов экспериментов производились на IBM-совместимых персональных компьютерах.

В третьей главе рассматривается характерный вид кривых намагниченности М(Н) поликристаллических YBaCuO в области полей Н, не превышающих первого критического поля зерен Но1 и вводится понятие эффективного размера зерна R0ff. позволяющее оценивать размер экранируемых мейсснеровским током областей мелкозернистого поликристалла.

Способ определения величины R основан на определении степени неполноты мейсснеровской экранировки объема зерен, возникающей в случае сопоставимости размеров зерен D и лондоновской глубины проникновения магнитного поля А.. В интервале внешних магнитных полей Н, не превышающих первого критического поля зерен Н ,, но достаточно больших для того,

О 1

чтобы межзеренные токи можно было считать практически полностью подавленными, намагниченность М(Н) поликристаллического образца является практически линейной квазиобратимой и определяется соотношением характерных размеров экранируемых областей и лондоновской глубины проникновения магнитного поля.

Для проведения количественных расчетов предлагается

использовать модель, в рамках которой плотный поликристаллический образец моделируется совокупностью длинных цилиндров радиуса Refi, находящихся в поле, равном приложенному внешнему полю и ориентированных вдоль него. Возможность пренебрежения размагничивающим фактором отдельных зерен внутри плотноспеченного поликристалла (с плотностью более 85% от монокристаллической) оправдывается как точным экспериментальным соответствием для крупнозернистых образцов величины намагниченности М(Н) в рассматриваемой области полей ожидаемой величине, так и имеющимися в литературе теоретическими обоснованиями на этот счет. В качестве лондоновской глубины проникновения магнитного поля к используется эффективная величина Xeff, получаемая как результат учета анизотропии величин А. отдельных зерен образца; значения A.efl были получены из анализа намагниченности М(Н) в области полей Н»Нс1.

На основе экспериментальных данных, полученных для серии образцов, обладающих различной микроструктурой, проведено сравнение значений эффективных размеров зерен R с данными электронной микроскопии (SEM). Для мелкозернистых образцов отмечено количественное согласие между электронно микроскопической величиной среднего размера зерна <D> и величиной 2R0ff, определенной из магнитных измерений. В случае крупнозернистых образцов с <D> » А. величина Reff также оказалась много больше лондоновской глубины проникновения магнитного поля А,; в случае образцов с платообразной микроструктурой, для которой на основе данных микроскопии невозможно определить характерный размер зерна, полученные величины R ff свидетельствуют о том, что внутри видимых агломератов существуют "слабые звенья".

Согласие определенных для серии образцов величин R f с данными электронной микроскопии позволяет сделать вывод об адекватности использованных модельных представлений и рассматривать определение эффективного размера зерен как способ оценки размеров экранируемых мейсснеровскими токами областей, пригодный для плотных поликристаллических образцов, обладающих самой различной микроструктурой.

Четвертая глава посвящена рассмотрению особенностей вихревой структуры мелкозернистых ВТСП, обусловленных влиянием соизмеримости размеров зерен с лондоновской глубиной проникновения магнитного поля. В рамках аналогии между сверхпроводником II рода и УВаСиО при высоких (приближающихся к То) температурах, с учетом взаимодействия абрикосовских вихрей как друг с другом, так и с поверхностью зерен, в области полей вблизи Но1, расчитана намагниченность системы длинных цилиндров малого радиуса И0 отвечающего среднему размеру зерен

реального мелкозернистого образца. Результаты расчетов оказались в хорошем согласии с данными экспериментов.

Намагниченность модельных цилиндров М вычислялась как

к - 1 Г Ф° ? Г 1 ^ 1 + н 211(Ко} и 1 м " —— ? I 1 ТТйТ ^ 0~йТ7ГТ о ]'

%Е%ХгЛ 1о(Но) но1о(Ко)

О егх

где Н0- внешнее магнитное поле, Ф - квант магнитного потока, N -количество вихрей в цилиндре, г±- координаты 1-ого вихря относительно центра цилиндра (г± и И0 измеряются в единицах ^о' 11 ~ ФУ^Ц™ Бесселя. Расчеты выполнялись для случая небольшого (до семи) количества вихрей и высокосимметричных конфигураций, обладающих минимальной энергией Гиббса (вставка к рис.1) и характеризующихся всего одним параметром (координатой вихрей относительно центра цилиндра). Количество N и положение вихрей г± в данном поле Н0 определялись путем минимизации энергии Гиббса в по числу и координатам вихрей. Энергия Гиббса рассчитывалась с учетом влияния поверхности как

1 1

где I - свободная энергия сверхпроводника во внешнем поле, но без вихрей; иь - описывает вклад в от проникшего на глубину порядка X магнитного поля; Ф^ - магнитный поток вихря с учетом влияния поверхности; Ь (г±) - локальное поле вихрей, удовлетворяющее уравнению

N

Ьу(г)+ А.2гоггог Ьу(г) = Ф0е ^ в (г - г±)

1=1

с граничным условием на поверхности б: ЬуЬ= О

При этом Ъу = Ьув , где е - единичный вектор вектор в направлении поля.

В рассматриваемом случае тонкого цилиндра

¡1*1 Л

+21 оо*п<гЛ<га>003 п(ф±- ФР]} :

1 2 г Г1 (Во)

Гь - 2 иь = но*о* 410(Н0) :

г 1о(Г1> 1 = фо[ 1 " 1^7 ] •

Здесь ае- параметр Гинзбурга-Ландау, г1,ф1- координаты 1-ого вихря в плоскости сечения, 1ПДП- модифицированные функции Бесселя.

Результаты расчетов намагниченности М(Н) для различных отношений радиуса цилиндров И0 к при эе=100 приведены на

рис.1. Для сравнения на том же рисунке представлена известная зависимость М(Н) для массивного сверхпроводника. Скачки момента отвечают проникновению очередного вихря.

Сравнение расчетных и экспериментальных кривых М(Н) в области полей вблизи Но1 позволило сделать вывод о том, что сглаживание и смещение максимума намагниченности в область больших шлей, имеющее место в случае обусловлено эффектом значительного увеличения пороговых полей образования как первого, так и последующих вихрей.

В четвертой главе рассматривается намагниченность мелкозернистых УВаСиО в полях Н, значительно превышающих первое критическое поле зерен Но1, а также проводится учет распределения зерен образца по размерам и сравнение полученных

4лМ

С7) Р> СЪ (?) (л) (Ш)

0.8

0.4

0

2

4

б н/н

с1

Рис.1. Расчетная намагниченность М(Н) длинных цилиндров для различных соотношений Й0/Я.: « (1); 7 (2); 4 (3); 1.5 (4); 0.75 (5). На вставке; высокосимметричные .конфигурации вихрей, характеризующиеся минимальной энергией Гиббса.

расчетных кривых с экспериментальными. С этой целью использованная выше модель длинных цилиндров была модифицирована путем введения разных диаметров цилиндров, соответствующих реализующимся размерам зерен в исследуемом мелкозернистом образце.

Анализ обратимой намагниченности в целом для мелкозернистого УВаСиО показал, что если (как отмечалось выше) в области полей Н~Нс1 имеют место существенные изменения в поведении М(Н) по сравнению с массивными сверхпроводниками, то в более сильных полях Н .« Н « Н „ зависимость М(Н) оказывается

С 1 С£

нечувствительной к размерному фактору.

.Сравнение расчетных кривых М(Н), полученных с учетом не только граничных эффектов, но и распределения зерен по размерам, с квазиобратимыми экспериментальными зависимостями в области температур 78-90 К (рис.2) позволило сделать вывод о том, что последние могут быть хорошо описаны не только на качественном, но и на количественном уровне на основе развитых для сверхпроводников II рода феменологических представлений.

-М.Гс

3

1 о

О 2000 4000 Н,э

Рис.2. Намагниченность Ы(Н) мелкозернистого образца УВаСиО (средний размер зерен 1.7 мкм): точки -экспериментальные данные, полученные при Т=85 К; сплошные кривые - расчет обратимого вклада в намагниченность с учетом реального распределения зерен по размерам для А. =0.47 мкм, ае=100.

Проведенное в четвертой главе рассмотрение температурной зависимости эффективной глубины проникновения магнитного поля основанное как на анализе температурной зависимости мейсснеровской экранировки объема малых зерен, так и на анализе намагниченности М(Н) в полях Н»Но1 показало, что оба способа оценки дают характер зависимости, близкий к известному закону Ч«(1)-Л.„(0>/(1-(^о)4)"1/г; величина оказалась в

согласии с литературными данными.

Пятая глава посвящена рассмотрению дополнительного вклада в необратимое поведение намагниченности М(Н), возникающего в случае соизмеримости размеров зерен и глубины проникновения магнитного поля Физическая природа этого вклада

обусловлена зависимостью потока абрикосовского вихря, находящегося в малом зерне от положения вихря относительно

поверхности: чем ближе к поверхности находится вихрь, тем меньший поток он несет. Поскольку при вводе поля вихри, зарождающиеся на поверхности и продвигающиеся внутрь образца до закрепления на хаотически расположенных центрах пиннинга оказываются в среднем ближе к поверхности, чем при выводе поля, то даже при одинаковом количестве вихрей в данном поле намагниченность при его вводе и выводе окажется разной. Возникающая вследствие этого необратимость имеет тот же знак, что и обычная, обусловленная различным количеством вихревых нитей: при вводе поля поток проникших вихрей меньше, чем при выводе.

Количественные оценки величины эффекта были произведены в рамках уже апробированной модели длинных цилиндров для случая высоких (85-90 К) температур и небольших полей, в которых количество вихрей на зерно не превышало пяти, при этом рассматривались высокосимметричные конфигурации вихрей (см. вставку к рис.1). Для определения областей, в которых при данных условиях могут находиться вихри, вычислялась сила, действующая на каждый из вихрей как со стороны других вихрей, так со стороны мейсснеровских токов (сила вычислялась как градиент по положению вихря энергии Гиббса). Областями стабильных положений вихрей считались области, в которых суммарная сила, действующая со стороны других вихрей и поверхности не превышала силу пиннинга Рр; вводу и выводу поля отвечали положения вихрей на противоположных границах данных областей. Оценка порядка величины Гр была получена на основе экспериментальных данных о необратимости М(Н) в области полей полей 1-4 кЭ. Результаты проведенных оценок показали, что рассматриваемый механизм формирования необратимости намагниченности может вносить определенный вклад в общую необратимость намагниченности М(Н) мелкозернистых ВТСП (рис.3).

В шестой главе изучаются межзеренные и внутризеренные критические токи мелкозернистых УВаСиО.

Величина плотности межзеренных критических токов ^ определялась из анализа намагниченности М(Н) во внешних полях Н, не превышающих первого критического поля зерен. Намагниченность

Рис.3. Намагниченность М(Н) мелкозернистого образца УВаСиО (средний размер зерен 1.7 мкм). Точки-эксперимент при Т=85 К; жирная линия- расчет для цилиндрического сверхпроводника II рода с йо=0.8 мкм, ^=0.47 мкм, ае=100; тонкие линии- расчет для того же сверхпроводника с учетом смещения вихрей относительно положений равновесия, возникающих под влиянием сил пиннинга. Стрелки указывают направление изменения поля; А!^- экспериментальная величина магнитного гистерезиса; АМ2- расчетная величина вклада в необратимость М(Н), обусловленного различным положением вихрей относительно поверхности при вводе и выводе поля.

М(Н) расчитывалась в рамках модели критического состояния с учетом как соизмеримости размеров зерен и лондоновской глубины проникновения магнитного поля, так и наличия в поликристаллическом образце пор. Используя в качестве параметра удалось добиться хорошего количественного согласия результатов расчетов с данными эксперимента; соответствующие величины дали необходимую оценку величины плотности

межзеренных критических токов.

Оказалось, что величина плотности межзеренных критических токов мелкозернистых образцов в температурном интервале 10-78 К превышает ^ крупнозернистых образцов, полученных по такой же технологии, на порядок.

Плотность внутризеренных критических токов мелкозернистых образцов, определенная на основе модели Бина из размаха магнитного гистерезиса в полях, превышающих величину первого критического поля зерен для температурного интервала 10-78 К, также на порядок превышает значение 3® крупнозернистых образцов (рис.4). Высказывается предположение, что эффект увеличения в мелкозернистых образцах обусловлен наблюдающимся для таких образцов увеличением плотности границ двойникования.

Рис.4. Зависимость плотности внутризеренного критического тока от внешнего магнитного поля Н при Т=78 К для образцов УВаСиО с различными размерами зерен. На вставке зависимость от размера зерен в поле Н=500 Э при Т=78 К.

В Заключении подведены общие итоги работы и сформулированы ее основные результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В работе проанализированы особенности формирования начальной вихревой структуры в ВТСП зернах малого размера. Показано, что соизмеримость размеров зерен и лондоновской глубины проникновения магнитного поля приводит к значительному увеличению полей проникновения не только первого, но и последующих абрикосовских вихрей. При этом для реальных мелкозернистых образцов поля, в которых в зернах находится небольшое (менее восьми) количество вихрей могут превышать величину первого критического поля массивного образца более, чем на порядок.

2. Показано, что выявленные особенности формирования начальной вихревой структуры в ВТСП зернах малого размера ответственны за наблюдающееся экспериментально смещение положения максимума намагниченности М(Н) в область более высоких полей для мелкозернистых образцов при достаточно высоких температурах, когда влияние пиннинга невелико.

3. Показано, что зависимость величины первого критического поля Но1 мелких зерен от их размера в случае реальных мелкозернистых образцов, характеризующихся определенным разбросом размеров зерен, приводит к существованию интервала полей проникновения абрикосовских вихрей в различные зерна образца. Нижняя граница этого интервала соответствует Нс1 наиболее крупных зерен, верхняя - н наиболее мелких зерен и лежит при высоких (более 78 К) температурах в области положения максимума намагниченности М(Н). В качестве эффективного параметра, характеризующего первые критические поля мелкозернистого образца предложено использовать поле, в котором на одно зерно приходится в среднем один вихрь и которое хорошо соответствует теоретическим значениям Нс1 для среднего размера зерен.

4. Проведены расчеты обратимых кривых намагниченности М(Н) плотных мелкозернистых ВСТП при высоких (более 78 К) температурах в широком интервале полей 0<Н«Нс2 с учетом как граничных эффектов, так и распределения зерен по размерам. Результаты расчетов оказались в хорошем количественном согласии с данными эксперимента. Показано, что в отличие от ситуации,

реализующейся в полях Н~Нс1, в области сильных полей Нс1« Н« Нс2 кривые М(Н) оказываются нечувствительными к размерному фактору.

5. Проведена количественная оценка дополнительного вклада в необратимость намагниченности М(Н) мелкозернистых ВТСП, обусловленного зависимостью потока абрикосовского вихря от близости его к поверхности. Показано, что величина этого дополнительного вклада может иметь достаточно большие значения, сопоставимые с наблюдающейся экспериментально необратимостью М(Н).

6. Предложен способ оценки эффективного размера зерен И поликристаллических ВТСП, основанный на анализе намагниченности М(Н) в интервале полей Н, не превышающих первого критического поля зерен. Продемонстрировано хорошее соответствие получаемых оценок величин Н и данных электронной микроскопии.

7. Полученное хорошее количественное согласие между расчетными и экспериментальными значениями намагниченности М(Н), а также соответствие полученных оценок величин эффективных размеров данным электронной микроскопии позволяет сделать вывода как об адекватности использованной модели, аппроксимирующей плотноспеченный мелкозернистый ВТСП образец совокупностью длинных ориентированных вдоль приложенного поля цилиндров с диаметрами, отвечающими характерным размерам зерен, так и о возможности количественного расчета обратимого вклада в намагниченность М(Н) для рассматриваемых мелкозернистых ВТСП образцов на основе развитых для сверхпроводников II рода феменологических представлений.

8. Обнаружен эффект увеличения на порядок значений плотности внутризеренных критических токов мелкозернистых УВаСиО. Предложено его возможное объяснение.

9. ' Обнаружен эффект увеличения на порядок значений плотности межзеренных критических токов мелкозернистых УВаСиО.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Шляхтина А.В., Щербакова Л.Г. - Транспортные критические токи в супермелкозернистых ВТСП. - Тезисы докладов 3-го Всесоюзного Совещания по ВТСП, Харьков, 1991, т.З, с.30-31.

2. Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Шляхтина

A.В., Щербакова Л.Г. - Транспортные критические токи в супермелкозернистых ВТСП. - Физика низких температур, 1992, N3, с.302-305.

3. Вишнев А.А., Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Олешко

B.П., Пигальский К.С., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г. -Эффективный размер зерен и критические токи в керамическом ВТСП. - Тезисы I Межгосударственной конференции "Материаловедение высокотемпературных сверхпроводников", Харьков, 1993, т.З, с.14-15.

4. Вишнев А.А., Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г. - Эффективные размеры зерен и внутри-кристаллические критические токи в механоактивированных YBaCuO с различной микроструктурой. - Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1994, т.7, N4, с.630-642.

5. Krasilnikov A.S., Mamsurova L.G., Vlshnev A.A., Oleshko V.P., Trusevich N.G., Scherbakova L.G. - Effective magnetic grain size and Its Influence on the intragraln critical current In YBaCuO polycrystals. - Supercond. Scl. and Technol., 1994, 7, pp.638-644.

6. Krasilnikov A.S., Mamsurova L.G., Pukhov K.K., Trusevich N.G., Scherbakova L.G. - Peculiarities of Initial flux line structure In fine-grained YBaCuO ceramics. -Physica C, 1994, V. 235-240, pp.2859-2860.

7. Vlshnev A.A., Krasilnikov A.S., Mamsurova L.G., Trusevich N.G., Scherbakova L.G. - Grain size dependence of Intragraln critical current of YBaCuO polycrystals with different mlcrostructure. - Abstracts of 7th International Workshop on Critical Currents In Superconductors, Alpbach, Austria, 1994, p3-27.

8. Krasilnlkov A.S., Mamsurova L.G., Trusevich N.G., Scherbakova L.G., Pukhov K.K. - Peculiarities of initial flux line structure in fine-grained YBaCuO ceramics Abstracts of 4th International Conference "Materials and Mechanisms of Superconductivity High-Temperature Superconductors" (M2S HTSC IV), Grenoble, France, 1994, p.192 (NWD-PS412).

9. Красильников А.С., Мамсурова JI.Г., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г., Пухов К.К. - Формирование начальной вихревой структуры в мелкозернистом ВТСП. - Тезисы докладов 30-го Совещания по физике низких температур, Дубна, 1994, с.151-152.

10. Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г., Пухов К.К. - Намагниченность мелкозернистого YBaCuO вблизи первого критического поля. - Физика низких температур, 1995, N1, с.10-17.

11. Krasilnlkov A.S., Mamsurova L.G., Trusevich N.G., Scherbakova L.G., Pukhov K.K. - Fine-grained YBaCuO: the formation of the initial vortex lattice and the magnetization curves. - Supercond. Scl. and Technol., 1995, 8, pp.1-5.

12. Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г., Пухов К.К. - 0 соответствии макроскопических магнитных свойств мелкозернистых поликристаллических YBaCuO вблизи Тс свойствам идеальных сверхпроводников II рода. -Тезисы докладов Международной конференции "Сверхпроводимость. Физические аспекты (СФА'95)", Харьков,

1995, с.

13. Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г..- Необратимость намагничивания поликристаллических ВТСП, обусловленная соизмеримостью размеров зерен и глубины проникновения магнитного поля. - Физика низких температур,

1996, N1 (в печати)

14. Красильников А.С., Мамсурова Л.Г., Трусевич Н.Г., Щербакова Л.Г..- Обратимая намагниченность мелкозернистых ВТСП. -ЖЭТФ, 1996 (в печати)