Экспериментальное исследование транспортных свойств гетерогенных ВТСП с межкристаллитными границами непосредственной проводимости тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л.В. КИРЕНСКОГО

РГ-Б од

) 5 ¡Ы 13!] В На правах рукописи

Балаев Дмитрий Александрович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ ГЕТЕРОГЕННЫХ ВТСП С МЕЖКРИСТАЛЛЛИТНЫМИ ГРАНИЦАМИ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ПРОВОДИМОСТИ

01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Красноярск- 1996

Работа выполнена в Институте физики им. Л.В. Кнренского СО РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Петров М.И.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Патрин Г.С.

кандидат физико-математических наук Чернов В.К.

Ведущая организация: Институт неорганической химии

СО РАН (Новосибирск)

Зашита состоится" ■ " 1996г. в часов

на заседании диссертационного совета Д 002.67.02 по защитам диссертаций при Институте физики им. Л.В. Кнренского СО РАН.

Адрес: 660036, г. Красноярск, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики им. Л.В. Кнренского СО РАН.

Автореферат разослан" ' " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук

ВВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Межкрнсталлигшые границы в поликристаллических высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) являются основным фактором, лимитирующим получение в этих материалах плотностей критического тока, сравнимых с таковыми в ВТСП монокристаллах. Поэтому именно межгранульные границы определяют транспортные свойства ВТСП керамик. ВТСП поликристалл представляет собой, таким образом, типичный пример джозефсоновской сети или, что точнее, сеть слабосвязанных сверхпроводящих кристаллитов. Исследованнне резистивного состояния поликристаллических ВТСП представляет как практический, так н научный интерес. Для практического применения важно получать ВТСП с высокими транспортными х^актерисгиками (плотностью критического тока н т. п.). Научный же интерес состоит в том, что изучая транпортные свойства ВТСП керамик, мы изучаем свойства межкрнсталлитных границ - слабых связей джозефсоновского типа.

К настоящему времени природа "естественных" границ в ВТСП до сих пор не ясна. Межкристаллигная граница - объект чрезвычайно малого размера (десятки ангстрем или еще меньше), и его исследование традиционными методами микроанализа затруднительно. Поэтому исследование транспортных свойств поликристаллических ВТСП моя:ет косвенным образом пролить свет на природу межгранульных границ в них.

Наиболее достоверную информацию об эффекте Джозефсена в слабых связях на основе ВТСП можно получить, изучая структуры с заранее известными параметрами слабой связи. К таким структурам можно отнести: а) одиночные (или мультнслонные) джозефсоновские переходы в пленочном исполнении, технология приготовления которых достаточно сложна, вследствие ограничений, накладываемых на геометрические размеры малостью длины когерентности ВТСП; б) композитные сверхпроводники, достаточно активно изучающиеся в последнее время. Второй, помимо ВТСП, компонент композитов и играет роль материала слабой связи - искусственной границы между ВТСП кристаллитами. Исследуя транспортные свойства таких композитов, технология приготовления которых

достаточно проста (в отличие от одиночных джозефсоновскнх переходов), появляется возможность изучить особенности протекания тока через искусственные межкристашплные границы различного характера (металл, полупроводник и т. п.) Это изучение поможет в идентификации характера "естественных" границ в ВТСП, а также даст возможность проверить применимость классических теорий для низкотемпературных сверхпроводников к ВТСП. А поскольку существующие теории протекания тока по слабой связи основаны на БКЩ теории, то такие исследования могут косвенно свидетельствовать за (или против) применимости теории БКШ к ВТСП.

В 1994 н 1995 г. работа поддерживалась Красноярским Краевым Фондом Науки, гранты ЗН)168 и 4ТО223. По результатам исследований автору, в 1996 г. была присуждена аспирантская стипендия фонда Сороса, грант а96-386.

Цель работы заключалась в экспериментальном исследовании транспортных свойств гетерогенных ВТСП как с "естественными" (т. е. сформировавшимися в процессе синтеза), так и с искусственно созданными межкристаллитнымн границами. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

1. Исследование влияния длительного обжига на транспортные свойства поликристаллических ВТСП состава Уз/ДдимВагСиэСЬ.

2. Исследование транспортных свойств сети слабых металлических связей между ВТСП, реализованных в композитах из ВТСП (состава Уз/ДдцмВагСизО?) и металлоокснда ВаРЬ03. Сопоставление экспериментальных температурных зависимостей критического тока с различными теориями для слабых металлических связей.

3. Исследование свойств композитов. из ВТСП (УздЬи^ВагСи^СЬ) и низкотемпературного сверхпроводящего металлоокснда ВаРЬзмВ^цОэ. Объяснение полученных результатов.

4. Исследование транспортных свойств композитов из ВТСП (УэяЬи^ВазСизСЬ) и полупроводника Си].х1лО с различной концентрацией носителей. Анализ экспериментальных результатов в рамках модели протекания тока через слабую связь сверхпроводник-полупроводник-сверхпроводник.

Научная новизна:

1. Исследованы транспортные свойства состава УэмЬимВагСиэСЬ с различным временем конечного обжига. Анализ экспериментальных результатов показал, чгто межграиульные границы в исследованном ВТСП имеют металлический характер. Оценена эффективная протяженность межгранулыгых границ.

2. Впервые исследованы транспортные свойства композитов ВТСП (Ум1л|/4Ва2Сиз07) + нормальный металл, в которых в качестве металла использован металлооксид ВаРЬОэ. На основании анализа экспериментальных результатов оценена эффективная протяженность металлических границ между ВТСП кристаллитами в композитах.

3. Исследованы транспортные свойства композитов из ВТСП (Уз/41л1|/4Ва2Сиэ07) и низкотемпературного сверхпроводящего металлоокснда ВаРЬзмВ^мОз.

4. Впервые исследованы транспортные свойства композитов ВТСП (Уз/41д11/4Ва2Сиз07) + полупроводник Си1.х1лхО с различной концентрацией носителей. Экспериментально показано,, что при увеличении концентрации носителей в полупроводниковых прослойках между гранулами ВТСП в композитах на температурной зависимости критического тока в низких температурах наблюдается смена знака кривизны, предсказанная теоретически Шусслером и Кюммелем для контакта сверхпроводник - полупроводник-сверхпроводник.

Практическая ценность. Найден режим • конечного обжига поликристаллнческого Уз/41д||/4Ва2Сиз07 при стандартной технологии синтеза, близкий к оптимальному, для получения высоких транспортных характеристик.

Впервые получена важная информация об особенностях протекания транспортного тока в гетерогенных ВТСП со слабыми связями различного характера проводимости. Исследованные гетерогенные сверхпроводники с успехом моделируют сеть слабых связей, свойства которой можно "закладывать" при приготовлении композитов, что может быть использовано при создании джозефсоновской сети слабых связей с заданными свойствами.

На защиту выносятся;

1. Результаты исследования токонесущей способности поликристаллических ВТСП состава Yj;4Lui/.|Ba2Cu307 с различным временем конечного обжига. Анализ полученных результатов. Оценка эффективной протяженности "естествешшх" межкристашштных грагасц в ВТСП.

2. Результаты измерима транспортных характеристик композитов из ВТСП (Уз^Ьи^ВагСизО?) н металлооксида BaPbOj. Анализ температурных зависимостей оптического тока в рамках различных теорий слабых связей. Оценка протяженности искусственных слабых связей в композитах.

3. Результаты исследования транспортных свойств композитов из Уз/Дл11/4Ва2Сиз07 и низкотемпературного сверхпроводника ВаРЬэмВцдОз.

4. Результаты исследования транспортных свойств композитов га Y3/4LuiMBa2Cu307 и полупроводника Cui.xLixO с различной концентрацией носителей.

Апробация. Материалы диссертации были представлены на международной конференции по ВТСП 1SSHTS (Eger, Hungary, July, 1995), международном симпозиуме НЭС - 95 (Новосибирск, сентябрь 1995, заочная конференция).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 127 стр. машинописного текста, включая 36 рисунков, 4 таблицы и список цитированной литературы (125 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко подчеркивается актуальность темы, сформулированг цель, указаны новизна и практическая ценность исследований, приведен; аннотация получешиых результатов и структура диссертации.

В первой главе (п. 1.1.) проведен обзор экспериментальных работ посвященных исследовании? транспортных свойств ВТСП со структурой 1-2-3 < "естественными", т.е. сформировавшимися в процессе синтеза, межкристал литными границами. На примере выводов ряда экспериментальных i

теоретических работ проиллюстрировано, что существуют различные мнения о природе "естественных" межгранульных границ в ВТСП. Проведен анализ экспериментальных работ, посвященных исследованию транспортных свойств искусственно созданных межкристашпгтных границ (реализованных в виде одиночных джозефсоновских переходов или в виде композитных сверхпроводников).

В п. 1.2. дан краткий обзор теоретических работ (и результаты некоторых теоретических работ), посвященных исследованию транспортных характеристик джозефсоновских контактов.

В конце обзора дана постановка задачи.

Во второй главе описаны экспериментальные методики измерения критического тока (по критерию 1 мкВ/см), электросопротивления и вольт-амперных характеристик (В АХ) шшнкристаллических ВТСП, включая композитные, основанные на стандартном 4-х контактном методе. Особое внимание уделено получению хороших (низкоомных) электрических контактов ВТСП - металлический токоподвод. Приведены технико-эксплуатационные характеристики установки, использовавшейся для определения температуры перехода магнитным методом.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования токонесущей способности ВТСП состава УэдЬишВагСизСЬ (синтезированных по стандартной керамической технологии) с различным временем конечного обжига. Образцы, обозначенные "М", выдерживались при температуре, на 15°С меньшей температуры плавления, в течение 5 часов. Охлаждение - вместе с печью. Образцы второй серии - "К" (из той же партии, что и образцы серии М) были дополнительно выдержаны в печи при температуре, на 15°С ниже температуры плавления, в течение 150 часов.

Электронная микроскопия показала, что средний размер зерна образцов серка "К" на порядок больше среднего размера зерна образцов "М". На дебаеграммах образцов обеих серий различий не было обнаружено. Все рефлексы соответствуют структуре 1-2-3.

Начало резистйвного перехода для образцов серий "М" и "К" одно н то же -Т,«92К (что соответствует магнитным измерениям). Образцы, прошедшие длнгельный обжиг, имеют значе1шя р(92К) в несколько раз большие, чем образцы с 5-часовым временем конечного обжига.

Экстраполяция экспериментальных зависимостей плотности критического тока .ЦТ) к нулевому значению дает значения температур перехода ТС|=91.2±0.1К и ТС|=89.8±0.1К для образцов серий "М" и "К" соответственно.

Плотности крганческого тока ВТСП образцов при Т=4.2К составили 1.4 кА/см2 для образцов серии "М" и 0.1 кА/см2 для образцов сер!ш "К".

На Рис.1 экспериментальные температурные зависимости критического тока .МО^сСО/ЦОК) (иТ/ТсО приведены вместе с теоретическими. АВ - .ЦО для туннельной структуры [1]. КО-1 и КО-2 - jc(t) для "грязных" 1«Ь и "чистых" Ь«1 мнкромостиков (где 1 - длина свободного пробега носителей, Ь -

протяженность слабой связи, ^ - длнна когерентности Гинзбурга - Ландау) теории Кулика-Омельянчука [1].ОЗК - для "чистых" Э-Ы-Б (Э - сверхпроводшпс, N -нормальный металл) переходов из работы [2]. К - .ЦО теории Куприянова [3] для "чистых" З-Ы-Б контактов - размер куперовской пары в N - прослойке). Экспериментальная ¿¡О), полученная на образце "М", удовлетворительно описывается (при температурах, не слишком близких к Тс) теоретической кривой для слабой металлической связи предельно малой протяженности (условия -КО-2 [1], 1Дм=0 - [2], Ь=0.01^о - [3], см. Рис.1). Это, учитывая малость длины когерентности ВТСП, заставляет признать, что эффективная протяжешюсть межкристаллитных границ в исследованном ВТСП - образцы сер™ "М", крайне мала, и, видимо, не превышает одной постоянной решетки (в а-Ь плоскости).

Экспериментальная образца серии "К" удовлетворительно описывается теоретической кривой К(1Дц=1), а также близка к теоретической кривой С5К(Ь-1.574о). Это позволяет оценить эффективную протяженность металлических слабых связей в образцах серии "В?'. Она составляет, если взять значения

о о о о

?м=50А из работы [4] и £о=24 А из [5], значения ~ 50 А, согл. [2], и ^ 35А, согл.[3].

На Рис. 1 также приведены результаты полученные на ВТСП того же состава,

Рис.1. Экспериментальные зависимости нормированнного критического тоха от температуры ВТСП образцов. Сплошные кривые - теоретические зависимости ¿(0: АВ - [1], КО-1 - [1], КО-2 - [1], К - [2], вБК - [3]. В скобках в обозначениях теоретических кривых указаны протяженности N - прослоек в Б-N-5 переходах.

что "М" и "К", но с предельно малым - 5-минутным конечным обжигом - К-0.

Образцы серии К-0 имели ^(4.2К)»1кА/см2. образца К-0 описывается кривой о

1Дн=0.1 из {2]. При 5л=50 А [4] получаем, что эффективная протяженность границ

о

в образцах серии К-0 составляет ~ 5 А. Видимо, такого малого (5-минутного) обжига не достаточно для формирования в поликристаллическом ВТСП достаточно коротких и прозрачных границ, как в образцах серии "М".

Таким образом, длительный обжиг, увеличивая размер кристаллитов, приводит к увеличению эффективной протяженности межгранульных границ, что и объясняет ухудшение токонесущей способности поликристаллических ВТСП после длительного обжига.

В четвертой главе приведены результаты исследования транспортных свойств композитов из ВТСП (УздЬишВагСизС^) и металлооксида ВаРЬОз. Использование металлооксида в качестве второго, несверхпроводящего ингредиента композита позволяет избежать появле!шя переходов туннельного типа вследствие окисления материала слабой связи во время спекашт композита.

Композиты приготавливались методом быстрого спекания. Смесь порошкообразных компонентов будущих композитов тщательно перемешивалась и дополнительно перетиралась в агатовой ступке, а затем прессовалась в таблетки. Эти таблетки помещались на предварительно нагретые лодочки и вносились в рабочую зону печи, разогретую до 950^С. Таблетки выдерживались при этой температуре 5 минут и помещались в печь с температурой 400®С, где выдерживались в течении 6 часов, а затем охлаждались вместе с печыо. Далее обозначим композитные образцы, как К-х, где х - объемные проценты металлооксида ВаРЬОз.

Дебаеграммы композитов содержат рефлексы только фаз ВТСП (структуры 1-2-3) н ВаРЬОз (со структурой перовсшга).

Из магнитных измерений все композиты имели одну температуру перехода, соответствующую Тс исходного ВТСП - К-0, прошедшего вышеописанный режим приготовления композитов К-х. При этой температуре на температурных зависимостях электросопротивления р(Т) всех образцов наблюдается резкий скачок с последующим плавным понижением р до аппаратурного нуля установки, что проиллюстрировано на Рис.2.

Значения плотности критического тока при 4.2К - ]С(4.2К) достаточно монотонно падают с ростом концентрации металлооксида в образцах от - 100 А/см2 для образцов серии К-04 до ~ 0.5 А/см2 для образцов К-45 (образцы К-60 не имеют критического тока при 4.2 К).

Экспериментальные _ЦТ) композитов и исходного ВТСП - К-0 и М (с 5-часовым конечным обжигом) представлены на Рис.3 о нормированном виде МТ)=:£(Т)/Ш. Отметим, что в высоких температурах ^(Т) композитов и исходного ВТСП следуют закону^- (1-Т/Тс)2. Температура, определенная экстраполяцией

1.0

0.75 0.5 0.25 0

50 60 70 • 80 90 Т,К

Рис.2. Температурные зависимости электросопротивления композитов ВТСП+ВаРЬОз, нормированные к значению р(93.5К), в .области температур 50-100К. На вставке: ВАХ композита К-15 при Т=4.2К.

¿(Т)1" к jc=0, монотонно понижается с ростом концентрации мегаллооксида в композитах до ~ 54К для образцов К-45, что коррелирует с Рис.2.

В результате проведенного анализа экспериментальных jc(T) наилучшее согласие (как для ВТСП с "естественными" границами, так и с |раннцами из BaPbOj) было достигнуто в рамках модели "чистых" S-N-S структур, рассмотренной ГюнсенхеЙмером, Шусслером н Кюммелем [3]. Сплошные кривые на Рис.3 - из работы [3]. Согласие теории и эксперимента позволяет оценить эффективную протяженность металлических межгранульных границ в композитах.

10 20 30 40 50

90 Т.К.

Рис.3. Температурные зависимости нормированного критического тока .ЦТ). Точки - эксперимент (композиты ВТСП + ВаРЬОз). Сплошные кривые -теоретические [3] с различной эффективной толщиной N - слоя в Б-Ы-Б переходе, а - Ь-0.01$о, Ь -1/=1.5740, с - Ь=5.2340, й - Ь=15.7£0; ТС = 93.5К.

Она монотонно возрастает с ростом концентрации металлооксида в композитах от

о о

~ 40 А при 3.75 об.% ВаРЬОз до -125 А при содержании ВаРЬОз - 45 об.%.

В пятой главе приведем результаты экспериментального исследования транспортных свойств композитов с различным объемным содержанием ВТСП (УмЬщ^а^СщОг) и низкотемпературного сверхпроводника ВаРЬздВЬмОз (имеющего Те»11К). Композиты были приготовлены методом быстрого спекания, подобным тому, как были приготовлены композиты с ВаРЬОз, см. выше. Далее для этих композитов используем маркировку S+xS', где х-содержание ВаРЬзмВ^иОз в об.%.

Дебаеграммы композитов содержат рефлексы как от ВТСП, так и от ВаРЬзчВЬмОз; на дебаеграмые композита с большим содержанием BaPb^Bij^Oj -S+78S' при значениях 26, равных 17.9°, 28.4° и 35.7° наблюдаются три

неидентифицированных рефлекса с интенсивностями, составляющими соответствено 3.8%, 2.5% и 1.9% от интенсивности рефлекса, соответствующею структуре ВаРЬэдВ^О} при 26=42.3°.

Магиипше измерения композитов показывают наличие в них двух сверхпроводящих фаз с температурами перехода, неизменными, по сравнению с исходными компонентами, и равными - 93.5К и 11.3К.

На ' Рис.4 приведены '' концентрационные зависимости удельного электросопротивления при 300К - р(300К) и плотности критического тока при 5К -,Ц5К) композитов. Видно, что композита обладают худшей проводимостью, чем исходные компоненты, а по мере увеличения концентрации любого компонента в композите, значение .Ц5К) резко уменьшается 0^5 К) образцов 8+458' равно нулю).

Из р(Т) композитов выше Тс ВТСП заметна тенденция, что при увеличении концентрации ВаРЬэмВидОэ в композитах до 45 об.%, т. е. при увеличении площади соприкосновения Б и Б' фаз, зависимость р(Т) композитов становится характерной для полупроводника. Отметим другой экспериментальный факт: на зависимостях р(Т) композитов 8+708', 8+71.58', 8+858', 8+92.58' (при плотности измерительных токов ~ 0.1 А/см2) не наблюдается сколь либо заметного скачка электросопротивления при Т, ВТСП - 93.5К.

Таким образом, учитывая то, что фаза ВТСП присутствует в этих композитах, что однозначно доказывают рентгеноструктурные и магнитные измерения, при таких плотностях тока в композитах 8+708',... 8+92.58' ток практически не течет по гранулам ВТСП.

Совокупность вышеуказанных фактов позволяет предположить, что в композитах З+хБ' на 1раницах раздела ВТСП и ВаРЬ^В^Оэ образуется тонкий (неразличимый рентгеноструктурным анализом) слой, обладающий полупроводниковыми свойствами. При этом свойства ингредиентов Б и 8' внутри гранул остаются неизменными, а 8-8' границы обладают малой прозрачностью для носителей тока н определяют транспортные свойства композитов.

Малая прозрачность 8-8' интерфейса может быть следствием очень резкого перехода от ВТСП к материалу с очень малой длиной свободного пробега [б].

О 20 40 60

80 л.оС>.%

1> 20 40 60 х,об.% . 100

Рис. 4. Концентрационная зависимость удельного электросопротивления р(ЗООК) и плотности критического тока при 5К .Ц5К) композитов Б+хБ'.

Другой причиной малой прозрачности интерфейса Уз^Ьи^ВагСгьСЬ-ВаРЬздВ^мО, может быть диффузия висмута (достаточно лабильного иона) в ВТСП.

На Рис. 5 приведены экспериментальные .ЦТ) композитов Б+хБ' и исходного ВТСП - К-0 (сплошная лшшя - теоретическая зависимость дня .¡с(Т) Б-N-5 перехода из работы [2] при 1Дм=0.1 ). Заметное измене! те критического тока в районе ТС«11К для компонента ВаРЬз/^Вн^Оз обнаружено только на образцах композита Б+15Б', см. вставку на Рнс.5. Поскольку на других композитах этот скачок не наблюдался, были приготовлены композиты с небольшими отступлешгамн "вверх" и "вниз" по объемной концентрации от значения 15 об.%, а именно - 12.5 об.% и 17.5 об.% ВаРЬэ^ВйдОз. На зависимостях .ЦТ) этих композитов особенностей в районе 11К замечено не было. Так как трудно ожидать высокой чувствительности к объемной концентрации этого скачка на ,ь(Т), то затруднительно каким либо образом интерпретировать то, что этот скачок (неоднократно наблюдаемый) характерен только для образцов композита Б+15Б'. Экспериментальные завнсш/ости на Рис.5 были сопоставлены с теоретическими .¡С(Т) для Б-Б'-Б и дня "грязных" Б-М-Б структур с Б-Ы границами малой прозрачности [б]. Разумного согласия достигнуто не было. Ожидалось, что на таких композитах представится возможность наблюдать особенности взаимодействия бозе конденсатов лир тнпов, однако домштрующее влияние на транспортные свойства композитов оказывает малопрозрачнын для носителей тока интерфейс фаз ВТСП и ВаРЬзмВ'ыОз.

В шестой главе приведены результаты исследования транспортных свойств композитных сверхпроводников из УзцЬи^ВагСизОт н полупроводника Си^Ь^О прн х=0.003 (обозначим БшО.З) н х=0.06 (Бтб). Образцы БтО.З демонстрировали тсрмоактнвационнын характер проводимости - ^р~1/Т, в то время как для образцов Бтб р(Т) соответствовало прыжковому мехшшзму - 1£р~(1/Т)1/4. Т.е., легирование оксида меди лнтнем, увеличивая концентрацию носителей, приводит к изменению характера проводимости, что наблюдалось ранее [7]. •

Композиты с различным объемным содержанием БтО.З н Бшб были приготовлены методом быстрого спекания - 2.5 мин. при 900°С с последующим насыщением кислородом - 3 часа при 350°С. (Обозначим далее Б+хБтО.З и БI хБтб, где х - об.% полупроводника). Дебаеграммы композитов содержали

Рис. 5. Температурные зависимости плотности критического тока .ЦТ) композиток Б+хБ' и исходного ВТСП - в+ОБ'. Сплошная кривая - теоретическая для Б-Ы-Б перехода с протяженностью 1Д>г=0.1 га работы [2]. На вставке: фрагмент зависимости^ (Т) композита Б+ИБ' в области температур 0-25К.

рефлексы только от ВТСП и от СиО. Магнитные измерения показали, что температура перехода.ВТСП гранул тв композитах, практически совпадая с Тс исходного ВТСП (93.5К), незначительно (<2К) уменьшается, что, видимо, связано с известным фактом редуцирования сверхпроводящих свойств У-Ва-Си-О вследствие диффузии лили в ВТСП в процессе приготовления композитов.

На Рис.6 приведены эксперименгаьные ВАХ композитов. Если для Б+хБтО.З ВАХ характеризуются избыточным напряжением, то при увеличении

Рис.б. ВАХ композитов Б+хБтО.З и Б+хБтб при Т=4.2К.

концентрации носителей в полупроводниковом компоненте, ВАХ композитов (З^хЭтб) характерны для переходов с непосредственной проводимостью, т.е.

10 20 30 40 50 .60 70 80 90 100 Т,К

Рис.7. Температурные зависимости критического тока .ЦТ). Точки -эксперимент (композиты 8+7.55т0.3 и 8+7.55тб). Сплошные линии -теоретические из работы [8] при следующих параметрах: Тс=92.8 К для Б-Бт^

контакта при п=10^.см"3; Тс=91.8 К для Б-Бт-Б контакта при п=]0^ см"3. На вставке: фрагменты зависимостей .ЦТ) композитов 8+7.58т0.3 и 8+7.58т6.

обладают избыточным током, что наблюдалось и для- структур на. основе низкотемпературных сверхпроводников [1].

На Рис.7 приведены экспериментальные .ЦТ) композитов 5+7.55т0.3 и 5+7.55тб вместе с теоретическими из работы [8] для Б-Бт-Б (8т - полупроводник) переходов с протяженностью Ь=1.57£о при различных концентрациях носителей в полупроводнике (см. подпись к рисунку). Ось X на рисунке с некой долей условности можно считать осыо' концентрацией носителей в полупроводнике. Основанием для такого сопоставлешш эксперимента и теории служит согласие экспериментальной .ЦТ) композита то того же ВТСП и 7.5 об.% ВаРЬОз с теоретической для Б-И-Б перехода [3] той же протяженности - Ь=1.57!;о, см. Рис.3. При увеличении концентрации носителей в полупроводнике на _!С{Т) композитов в низких температурах наблюдается смена знака кривизны, что отчетливо видно на вставке к Рнс.7. При увеличении объемной концентрации полупроводника Бгпб в композитах на экспериментальных .ЦТ) эта особенность становится менее выраженной. Такое поведеш(е находится в качественном согласии с теорией Шусслера-Юоммеля [8], рассматривающей андреевское отражение, как единственный механизм переноса критического тока в Б-Бт-Б переходе.

Несмотря на некоторое количественное расхождение, появление смены знака кривизны на экспериментальной ЦТ) в области низких температур при увеличении концентрации носителей в полупроводнике, разделяющем сверхпроводники, можно считать подтверждением основной концепции теории [8] о важности учета вклада андреевского отражения в джозефсоновский еверхток.

В заключении диссертации кратко сформулированы основные выводы работы;

1. Проведена модификация "естественных" границ в ВТСП поликристалле состава Уз/ДлцмВагСизО? путем увеличения времени окончательного обжига. На идеи режим конечного обжига этох материалов при стандартной технологии синтеза,' оптимальный, для получения ВТСП с высокими транспортными характеристиками. Анализ температурных зависимостей критического тока показал, что межгранульные границы в исследованном ВТСП имеют металлический характер. Их эффективная протяженность в образцах с малым

временем обжнга не превосходит постоянной решетки (в а-Ь плоскости). В

образцах, подвергнутых длительному обжигу протяженность границ, из сравнения

о

с теоретическими работами [2,3], оценена величиной 35:50 А.

2. Впервые экспериментально исследованы транспортные свойства

композитных сверхпроводников на основе ВТСП Уз/Дл^мВазСизСЬ и

метаплооксида ВаРЮ}. Экспериментальные температурные зависимости

критического тока проанализированы в рамках различных моделей для слабых

связей. Наилучшее согласие эксперимента с теорией достигнуто в рамках теории

Гюнсенхеймера-Шусслера-Кюммеля [3] для "чистых" Б-Л-Б структур, что

позволило оценить среднюю протяженность металлических слабых связей в

исследованных композитах. Ее величина монотонно возрастает с ростом

о

концентрации метаплооксида в композитах от ~ 40 А при 3.75 об.% ВаРЬОэ до о

~125 А при содержании ВаРЬОэ • 45 об.%.

3. Исследованы транспортные свойства композитов из ВТСП и низкотемпературного сверхпроводящего металлооксида ВаРЬздВ^дОз. Измерения транспортаых и магнитных характеристик композитов и исходного ВТСП показали, что эти композиты представляют собой искусственно созданную сеть переходов (с заданной степенью связи) джозефсоновского типа. Анализ экспериментальных результатов показал, что доминирующее влияние на свойства этих композитов оказазывает малопрозрачная для носителей тока поверхность раздела между ВТСП и ВаРЬзяВ^Оз.

4. Исследованы транспортные свойства композитов ВТСП + полупроводник с различной концентрацией носителей, в которых в качестве полупроводника использован оксид меди, легированный литием. Экспериментально показано., что для этих композитов при увеличении концентрации носителей в полупроводнике в области низких температур наблюдается смена знака кривизны температурной зависимости критического тока ЦТ). Эта особенность наблюдается при изменении характера проводимости в полупроводнике с термоактивационкой на прыжковую. Смена знака кривизны на экспериментальной ЦТ) в области низких температур при увеличении концентрации носителей (при прочих равных условиях) находит

объяснение в рамках теории Шусслера-Кюммеля [8], в. оснсву которой был. положен учет вклада андреевского отражения в джозефсоновский сверхток.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Petrov M.I., BalaevD.A., Khmstalev В.Р., Aleksandrov K.S. Critical cunents of polyciystalline HTSC with 1-2-3 stmcture undergone the heat treatment. - Preprint N752F. Kirensky Institute of Physics RAS. 1994. - 13 p.

2. Petrov M.I., Balaev D.A., Khrustalev B.P., Aleksandrov K.S. The effect of heat treatment on the transport properties of poly crystalline HTCS U Physica C. - 1994. - Vol. 235-240. - P. 3043-3044.

3. Петров М.И., Балаев Д. А., Остпцев C.B., Шайхутдинов К. А., Хрусталев Б.П., Александров К.С. Композиты ВТСП + ВаРЬОз как сеть слабых S-N-S связей. - Препринт N751-Ф. - ИФ им Л.В. Киренского СО РАН. - 1994. - 41 с.

4. Petrov M.I., Balaev D.A., Khrustalev В.Р., Aleksandrov K.S. Composites HTSC + BaPbOj as a network of weak S-N-S links И Proc. of 1SSHTS, Eger, Hungary, July 1995. - Vol.2. - P. 93-95.

5. Петров М.И., Балаев Д.А., Хрусталев Б.П., Александров К.С. Искусственно созданная сеть слабых S-N-S связей в гетерогенных сверхпроводниках ВТСП + ВаРЬОз // Тезисы международного симпозиума "НЭС", Новосибирск, сентябрь 1995.-С. 112-113.

6. Петров М.И., Балаев Д.А., Хрусталев Б.П., Александров К.С. Композиты ВТСП + ВаРЬОз как сеть слабых S-N-S связей // СФХТ. - 1995. - T.8(N1). - С.53-65.

7. Петров М.И., Балаев ДА., Шайхутдинов К.А., Хрусталев Б. П., Александров К.С. Критический ток в композитах ВТСП +■ полупроводник с различной концентрацией носителей Н ДАН. - 1996. - T.346(N5). - С.616-618. .

8. Петров М.И., Балаев ДА., Шайхутдинов К.А., Хрустале» Б.П1. Александров К.С. Транспортные свойства композитов ВТСП + полупроводник с различной концентрацией носителей - Препринт Ы765-Ф. - ИФ им Л.В. Киренского СО РАН. - 1996. - 22 с.

9. Петров М.И., Балаев ДА., Оспищев С.В., Шайхутдинов К.А., Хрусталев Б.П , Александров К.С. Особенности протекания тока в композитах из

ВТСП и низкотемпературного сверхпроводящего металлооксида Ва(РЬ,ВЦОэ. -Препринт И767-Ф. - ИФ им JI.B. Киренского СО РАН. - 1994. - 43 с.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Бароне А., Патерно Дж. Эффект Джозефсона. - М.: Мир. - 1984. - 639 с.

2. Куприянов М.Ю. Стационарные свойства чистых SNS сэндвичей// ФНТ. 1981. -T.7(N6). - С. 700-708.

3. Gunsenheimer U„ Schussler U., Kummel R. Symmetry breaking, off diagonal scattering, and Josephson currents in mesoscopic weak links// Phys. Rev. B. - 1994. Vol. 49(N9). - P 2754-2759.

4. De Vries J.W.C., Stollman G.M., Gijs M.A.M. Analysis of the critical current density in higb-T, superconducting films//PhysicaC. - 1989.-V. 157.-P. 406-414.

5. Горькое Л.П., Копнин Н.Б., Высокотемпературные сверхпроводники с точки зрения эксперимента//УФН.- 1988. -Т. 156 (вып. 1). - С. 117-135.

6. Куприянов М.Ю., Лихарев К.К. Эффект Джозефсона в высокотемпературных сверхпроводниках и структурах на их основе//УФН.-1991, -Т. 160 (вып.5). - С.49-87.

7. Feduzi R., Lanza F. Transport properties of LixCui.xO //. Modern Phys. Lett. B. -1993,- Vol. 7. - P. 163-169.

8. Schussler U., Kummel R. Andreev scattering, Josephson currents, and coupling energy in clean superconductor-semiconductor-superconductor junctions//Phys. Rev. B. - 1993.

- Vol. 47 (N5). - P. 2754-2759.

Подписано к печати /^.11.96 уч. изд. 1,2 л. Тираж-70 экз. Заказ N 6 Ъ

Отпечатано на ротапринте Института физики СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок.