Импедансные свойства высокотемпературных сверхпроводников YBa2Cu3O7-дельта конечной толщины в полях СВЧ и ВЧ диапазонов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ



S?

/

НЩОНШНА ШДШ1Я НШ Украпш iiïcmyi рад1оф1зики та електронАки in. О.Я.Усихова

На правах рукопиоу УДК 537.312.S2 + 621.372.834

ПИК Еяуард Валентинович 1ШЩНСН1 ШСТИВ0СТ1 БИСОКОТШШРАТУРНИХ вд-ПР031ДНШВ ÎBa^CUgO^j CKIH4EHH0I тоэдини в

ПОЛЯХ НВЧ ТА ВЧ Д1АПА30Н1В

01.04.03 - рад!оф!зика

Автореферат

дисбртац!! на здобуття вченого ступеня кандидата ф1зико-матенашчнш наук

XapKiB - 1997

ДиоертаЩя е рукошсом.

Робота виконана в 1нститут1 рад1оф!зики та електрон1ки iu. О.Я. Усикова Нац1шаяьно1 Академ!i Наук Украши, ы.Харк!в.

Науковий кер1вник: доктор ф1зико-матвыатйчнш наук, пров1дшй науковий сп1вроб1тшш ЧЕРПАК M.I. (IPE HAH Укра1ни)

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор ф1зико-иатематичних наук,

головниЯ науковий ствроОхтник ГАНДПйЯЬСШЙ Е.М. (IPE HAH Украши); кандидат техн1лних наук, старший науковий оп1вроб1тник ПРЕЩШ М.М. (ФТ1НТ HAH Укра1ш)

Пров1дна орган!зац1я: Харк1всшй державний ун1веригаег

Захиот в1.дбудеться 26 червня 1997р. о 10 годив1 на зас1-данн! Спец1ал1зовано5 Ради Д 02.29.01 в 1нотитут1 рад1оф1зшси та електрон1ки 1м. О.Я. Усикова HAH У1фа1ни за адресов: 310 065, и. Харк1в, вул. Акад. Проскур2,12, IPE HAH УкраЬш, кояференцзал.

3 дисертац1ЕЮ мохна ознаЗоштися в науковШ б!бл1отец1 IPE НДН Украши, м. Харк1в, вул. Акад. Вроскури,12.

Автореферат роз!слано "26." 1997р.

Вчзний секретар

Спэц1ал1зовано1 Рада

1«. О.М.Горького

доктор ф!зшсо-математишшх наук

Актуальн1оть теми.

К1лька рок1в тому Сув виявлений. новий клао надпров1дних матер!ал1в-окзидних иадпров1дник1з э температурою надпров1даого переходу до 135 К. В1дкриття високотеыпературних ыадпров1дник1в ( ВТНП ) зародило суин!в у справедливое?! традицШшх теор1й яввда надпров1дноот1, привернуло увагу до чиоленних потенц1йних звстосувань, в тому чиол1 в рад1оф1зиц1 та електрон1ц1. На оьо-годняшн1й день опубл1ковано чнмалу к1льк1сть экспериментальних даних стосовно цих ыатер!ал1в. Р1зноман1тн1 структурн! та мате-р1алоэнавськ1 досл1дження,а таков традиц1йн! ф1зичн1 виы1рюван-ня ВТНП ( 1зотсят1чгай ефект, теплоемн1сть» мзгн1тна оприйнят-лив!оть, поглинання електрсыагн!тноI енерг1л та 1нш. ) проде-ионстрували даяк1 надто незвичн1 властивост!, що вшсликало ве-лику к1льк1сть теоретичних 1нт0рпрвтац1й. 0ок1льки природа над-пров!дного стану в цих матвр1алах залишае тьоя незрозум!лою, метою експариментатор1в е вии1рювання ф1зичних характеристик ВТНП 1 виявлення короляц!й м1ж ккм1рювашши параметрами. Так1 залеяс-ыоот1 та взаемозв'язки ыоауть сприяти розум!нню явища надпро-в!дност1, забезггетати порвв1рку запропонованнх теор1й 1 дати 1н-формац!ю про 1кшшв1 застооування.

Взаемод1я влектроиагн1тних пол!в 1 ВТНП визначаеться як I у вс!х пров1даих т!л повершавии 1мпедансом Ъв = + 1ХВ. Його д1йона чаотина - поверхневий оп1р характаризуЕ потузш1оть»

о

розо1ювану на одиниц1 поверхн1, а уявна частина - поверхневий реактанс X ошоуе нэдаоипативниА обм1н енерг!ею м1» полем 1

О

надпровЛднихом у маках глибшш проникания. Таким чином, поверхневий 1шедшс пров1дник!в дае моклив1сть оц!нювати основн1 характеристики пасивних НВЧ 1 ВЧ прилад!в на основ! цих матер1а-л!в.

Низьке значения повархневого опору надпров1двика дозвсшяе дооягати рекордно шсоких значень добротност! резонатор1в, що важяиво для створання виоокостаб1льних генератор!в та резонано-них ф1льтр1в. Незаперечнями е пераваги використання ВТСШ у таких м1крохвильоних пристроях як л!н11 затримки.антени. Особливо це стосуЕться и!крохвильових прилад!в 1 елемент!в планарно! кон-

Ф1гурац1л, прооуванню яких в б1льш високочастотну частину ui-крохвильового д!апазону перешкодхають ом!чн! втрати в ок1н -шар! пров1дшпс1в. 1Це одн1ею пере вагою надпров!дних л!н!й передач! у пор1вшшн1 з традиц1йними л1н1яш на основ! нормальних метал1в е мо*лав!оть передач! сигяал1в без фазовнх опотворань, що зуиовлено иалою даоперо1£Ю для чаотот, значно ыеншх 2 А / h, де А - енерготична щ!лша надпров1даика, h - стала Планка. Ця особлив1оть надпров1дних л1н!й дозволяв передавали коротк! !м-пульси без ix спотворекЕШ на велнк1 в!дстан1.

Вже перш1 ввм1ршання поверхневого шору ВТНП выявили, що при охолодаена! нижче критично! твшхератури TQ anlp Rß опечатку р!зко зивншуЕться, а о1сля цього практично не зи1нюе ться, зали-шаючись на к1яька порядк!в вице значения Rg , якого можна було оч1кувати на ochobI м1кроокоп1чноI Teopii Бард1на - Купера -ШрЛфера (ЕКШ). Частотна залехн1сть Rß надоров1дник1в виявилаоь сильн1иою, н1ж у нормальних ыатал!в. У иШмвтровоиу (мм) д!апа-зон1 1мпеданов! влаотивоот! найкращнх зразк1в УВа^о^СХ^ (УВСО) та м1д1 зр!вншгьоя при теипаратур! 77 К. Ваникли питания: чи справедлива теор!я ЕКШ по в1дношенга> до ВТНП; яка роль зовн!шн1х чиншк1в у поводаеш1 Rß? Кр!м того, оаме у ш д1апазон1 надто актуальною проблемою .е зникення Rg з метою подолання труднощ1в на шляху утворения НВЧ приотро!в плаварао! ковф1гурацЗЛ. Щ обставили викликали необх1дн!сть розробки методу вим1раовання поверхневого Хшеданоу ВИШ зразк!в, що задовольняе наотушпш виыогам: 1) виссжо! чутливост!; 2) мояливоот! визначення Rß зрвзка без його попередньо! обробкя (без зм!ни його форыи та розм1р!в) ; 3) uojuzhboctI проведения вш1рювань у м!л!метровому д1шазон! хвиль: 4) можливоот1 вим1рювань 1ыпеданоних властивос-тей ВТШ в к!лькох чаототних д1апазшах в одному температурному цикл!.

. Мета робота полягае в екопериыентальнсму досл!д*енн! 1ше-дансних властивоотей ВТШ у. ы1л1метровому та високочаототному д1апазовах у широкому температурному 1нтервал1, а тако* розробц! виоокочутливого безконтактного методу вии!рюванвя Zß зразк1в ВТНП з урахуванням ix товщнни.

Науковв новизна проведение доол1двень назначав ться тим, що:

1) розвинуго методику тш1 ридянь 2Р ВТНП зраэк1в,що задовольняе

— -----------------• О

наотупнкм вимогам: а) високо! чутлигост1; б) иозиивоот! неруй-н!вного вкм1ршання зразка, тобто без зи1ш його форми та рози1-р!в; в) ыовливост1 проведения вии1рювань одночаено в рад1о- та ми д1апаэонах в одному температурному цикл1;

2) у ми д!апазон1 проведено вшЛрввання В0 керам1чних 1 пл1вко-ш зразк!в УВСО р1зно! товщшш; виявлено значннй залишковий оп!р у досл1двуваних зразках;

3) вивчено вплив гйдкладкя з ЗгТЮ^ з великим значениям д1елек-хрично! проникност! с на 2_ВТНП; проведено числове моделювання

о

вшшву товщини пл1вки та п!дкладки на х1д температурно! залеж-ност1 ефективного поверхневого 1шедансу;

4) виявлено максимум г1стерезионих втрат у рад1очаототноиу д1а-пазон1 у випадку одноб1чиого збудаання електромагн1тного поля, обуыовлений ск1нч8нн1стю товщшш зразка. У мм д1апазон1 за наявн1стю в1даов1дшл умов такийп1к не опостер1гаЕ ться;

5) показано принципову молишв1оть!в) створення електрично пере-отроюваного смугового ф!льтра на основ1 кваз1оптичного д1елек-тричного резонатора (КДР) та ВТНП пл1вки; б) заотооування КДР для вш!рювання д1елоктричних влаотивоетей п!дкладок для ВТНП пл!вок велико1 площини.

Доотов1ри1сть 1 обгрунтован1оть одерказшх в робот1 результата п1дтверджуютьоя узгоджен!етю теоретичних моделей, ио ви-користовувалися для анал1зу, з в!дпов1днями екперименталывши дантш, а такоя результатами досл1даень 1нших автор1в, що пра-диють у дан1й галуз!.

Ооновн! положения, до п!ддягають захиоту.

1. Обгрувтоваяо ыожлив1сть використання кваз1ошзгчного д1-електричного резонатора (КДР) 1з азимутальними коливаннями витого порядку для шсокочутливого безконтактного заообу вим1рю-вання ге зразк1в ВТНП у ми д!апаэон1 хвшгь.

2. Виявлено немонотонну температурну залежн1сть ефективного поверхневого 1мпеданоу< пл1вшвих зразк!в ВТНП нап1дюгадках з титаната отронц!ю В ми д1апазон1. Показано, що характер залеж-

ноет! обуыовлений явидаи ±нтерфвранц11 хвиль у И1дкладц1.

3. МаЕмшуидоглинання нв . температурят ааяехноат1 ZQ у радиочастотному д!апазон1 в шйвкових зразках ВТШ 1з татцтою, мавшою гяявяш проникания поля у випвдау одноб!чного збудкення е насл1дком г±стервзисних. в трат у зШлшншу отак1 надоров1днлка.

4.На ochobI КДР 1з ВТНП шйвкою в им д1апазон1 меша побуду-вати болометр is НВЧ выжиданиям з чутлив!стю и 10? В / Вт; пере-отровваний :вл0ктрячнии полем резонатор 1з крутизною перестрой-^ ки 0.04 МГц / (В / ос); а такое вим1рпваш& установки дня. до-сл1дхенвя нел1н1йни1 властивостей ВТНП i рад1очастотного в1дгу-ку на м1крохваяьаве . (Ig) випрсм1та>вакня.

. . Практична д!ш1оть робота. Одержан! результата дозволила зробити ряд препозиции з вдосконадгоншг 1онуючих та отворення нойих цристро1в.

1. Запропоноввна методика вны1рюванвя поверхнвваго 1ипэдансу дозволяе назначат R. виоохояк1ших ВТНП пл!вок.

О

2. Запроподавано кр1оГанний болшетр 1з НВЧ. зм1щенням, який мохе бути викорветашй як елеиент високочутливо! детектуючо! сиотеми приймача нвкогерантного випрои1нввання.

3. Перестрокваний електричним: полем КДР. збурений монокрис-тал1чнш SrTlO^, мохе знайти застосування в фазозоувачах, фильтрах та колввннх сяотемах тверцот1льних генератор1в мм д1апа-зону хвкль •'

4. Показано иоаишв1ст!> вшсористання методики вим!рювання по-верхневого опору для вввчення нел1н1йних властивостей ВТШ.

Адробац1я робота. OchobhI результата дисертац11 допов1дали-ся та обговорювалися на:

- III Всесоюзному оем1нар1 и Функц1ональна магн1тоелектро-н1ка " (Краснояроьк, 1988);

- I Всесоюзной нарад1 з проблем д1агноотики матер1ал1в ВТНП (Чорноголовка, Моск.обл., 1989);

■ - - II Всесоюзн!» ксяференцП з ВТНП (Ки1в, 1989):

- III Всеооюзн1Й нарад1 з ВТШ (карк±в, 1991):

- Европейськ1й конференц!! з прикладао! надоров1даост1

SOCAS'93 (Гет1нгвн. 1993): ____________

-------------1 М1ктародааыу сяшоз1уи1 и Ф1зшса 1 техн1ка ш 1 субии

хвиль " (Харк±в, 1994!-

Публ1кац11. За ивтер1алаии диоартацИ опубл1иовано 16 дру-кованих роб1т i одержано позитивна р!юоння по заявц1 на винах!д.

Структура та обсяг робота. Дисертац1я складаетьея з л'яти глав, вступу, эм1сту, додатку та списку цитовано! л1тератури, що вшшчяе 181 найиэнувашгя. Бона м!стить 46 ыалшнк1в i 2 табли-ц1. Загальний обсяг дасертац1йно1 робота - 173 отор1нки.

Зы1ст робота.

У ветуд! стисло розглядаеться об'ект доол1доення, обгрун-товунться актуалыйоть обрано! томи,шэначаються мета i завдан-ня проведених досл1джень, розкрита структура дисертацП. Фориу-лювться основн! няуков! положения, що п1даягають захиоту-Приводиться список наукових кшференц1й та симпоз1ум1в,нв яких допо-в1далися ооновн! результата диоертац1 i.

В nepmia глав! описан1 установки та методики виы1рювань,що. використо'вувалиоя у робот!. Приводиться sosia та блок-cxeua о<5-ладиання, пояснкетьоя пркзначеиня И елвмонт1в, описуЕ ться методика охолодяевня. П1дкреслюеться, що вим1рювання Z„ проводяться одночасно в двох частотних д!апазонах: у ВЧ д1апазон1 за допо-могою накладно! котушки 1ндуктивност1, bdímkhbhox в рвзонансний контур, та в НВЧ д!апазон1 за допомогою КДР 1з леЯкосапф1ра або алвм!ната лантана. ОпасуЕТЬся методика 1идумд1йних вии1рюввш> ВЧ втрат у надиров1даикв1 за допоыого» гетеродшшого куметра.

Розроблена методика комплексных беэконтактних дрсл1джень поверхневого 1шеданоу ВТНП.одночасно в ВЧ ( 1- 10 МГЦ ) 1 НВЧ (30-80 ГГц) д1апазонах. Одна з ваилквих особливоотей створе-ного впы1рввального комплексу полягае в тому, що об'ектом втИ-рювань е зразки ВТНП без будь-яко! механ1чно1 чи х1м1чно! об-робки, що дозволяе подальше шкориотання цих зразк1в. Комплекс две мохлив1сть. проводит багаторазове терыоциклювання з впоокою в1дтворюван1стю результат1в внм1рювань. При необх!дност1 мокуть бути включен1 i резистивн! вим1рювання.

Охолодешння доол!д»уваного об'Екту зд1йснюс тьоя в стандарт-

б

ному кр1оотат1 типу ПС-100 за допсиогою сп1раяьного холодопро-вода, шконавого э м1дно! трубки, кр1зь яку пропускае ться р1д-кий азот чи rexlA. В1дпрацьоввни4 газ виводиться в газгольдер (гел1й) ado в атиооферу (азот). Така система охолодаання дозво-ляе одержат» доотатньо пов1льне зниження температура si саред-ньою вввдк1стю мэнш 1 К /хв. Контроль теиператури здШсшаетьоя пал1вщюв1дниковиы д1одсы.

Доол1дкэння поверхнавого 1шеданоу в НВЧ д1апаэон1 викону-валиоь за допоиогою КДР, на якому через фгоропластову прокладку (товщиною 0.2 - О.б ш) розтатовувавоя ВТНП зразок.Зы1ни до-бротноет! та резонансно! частота КДР несуть 1нформац1в про величину в трат електроиаш! тно I енергИ Фа глибини проникания поля в зразок.

На в1ди1ну в1д НВЧ вии1рввань у ВЧ д!апазон1 доол1дхуе твоя залезш!оть добротноет1 <га euhoct! поол1довного колишого контура. ВиыХрнихаи добротност1 служить куиатр типу ВМ-560. Ви-м1рювальна. камера взнесена з приладу в кр1остат 1 рози1щена по-Олизу котушки .1лдуктгшост1, яка с сенсором зговэрхневого 1ше-дансу в ВЧ д1апазон1. Плаотинчастий механ1чно перестроив аний конденсатор заи1невий на нап1вдров1двиковий вар1кап типу KB 104 В. Така. компоновка ВЧ охеми дозвсляе Iototho знизити рад1ац1йн1 втрати в згЕДнувалышх пров1дншсах 1 п1двшцити доб-ротн1сть контуру з 10 до 30.

В досл!даеннях добротное?! Q 1 резонансно! чаототи на НВЧ. викориотовувавоя спос1б передач!. Залежн1оть ампл1туда сигналу на виход! резонатора в!д частоте мае вагляд резонансно! криво!. На певноиу р1вн1 по ширин1 ц1е! криво! значения дойрашоот! мохе бути об числено за допоиогою в1домого оп1вв1дношення. Значения ip вим1рювалося за дшомогою хвилаи1ра. Завдяки в1дсутноот1 скла-довах частан в конотрукц11 КДР та г1отерезиених явищ в мшокр1с-тал1чному руС1н1 (лейкооапф1р1) вибрадай тип резонатора мае ви-ооку в1дтворвван1оть влаоно1 частота та добротност! при багато-разовоьу терыоцшиоованн1. Абсолютно значения поверхнавого шору R_ зразка ВТНП визначалося шляхом шр!вшшня втрат у КДР, збуре-

О

ному и1дшш зразком з в!дошш значения« Rg .

Доповнивши описаний вим1рювальний комплеко гвилеводшш трак-_ той велико! потухност1 та котушками Гельиголъца, розм1щенимя зовн! кр!остата, мохна досл1даувати кр1м температурно!, такой ашл1тудну та магиЗясягальаву залеквост! шверхневого 1югедяноу ВТИХ. Методика особливо спряятлива для випробування пл1вок . великих poauipíB, що використовуються для створвння НВЧ прастро!в.

В друг1й глав! розглядаються КДР 1з азимутальними коливан-няш типу "шегочучох галоро!". Обговоршгься труднощ! »пов'язан! з точним розв1 язанням задач! про спектр коливань КДР, збуреного пров1дншеовии т!лсы. Даються формули, що зв'язують добротн1оть i частоту збуреного резонатора з д!йсною та уявною частицами Zß зразка. Ошгсуються ochobhI характеристики ВДР: збудауван!. типа хвиль, розпод±л компонент поля для деяких тнп!в коливаннь, час-тотннй спектр резонатора. Показаться такое, що щят збуренн! КДР ыеталевим диском, з д!аметром, що трохи перевищук д1аывтр резонатора» рад1ац1йн! втрати мвйхе в1дсутн1 1 не залежать в1д д1аметру зразка. Виявлено, що при духе великому збуренн1, коли зразок знаходиться на в1дотан! а 0.04 - 0.20 ш в!д КДР, залек-н1сть добротност! збуреного резонатора в!д в1дстан! до зразка стае немонотонною 1з-за взаемод!! р1зноман1тних тип1в коливань. Одержано вираз для и!н1мально вим1рншаного значения R0 залеано в1д добротност1 та збурения резонатора зразком.

Висока добротн1сть сапф1рових КДР (105 npi 300 К i лснад 10б при кр1огаиних температурах) i залеш1оть íp в1д д1електрично1 проншшост! с иавколишнього простору роблять перспектнвним Ix застосування в вим1ршссах параматр1в д!елвктрик1в, зокрема д1-електричниг. пл1вок, що моакуть наноситися на торцьову поверхню резонатора. При цьому важливою умовои е вимога низького р!вня втрат (tg 5 < 10).Необх1дн1сть досл1даення д1елактрик1в з б1лыи високими втратами, а також зразк!в у вигляд! пл!вок зыусшюроз-робник!в иукати нохливост1 ним1рюввнь на шляху використання складених КДР. Основою таких складених КДР могли бута диски з вясокояк1снах д1електрик!в з малими втратами,на торцьову по верх-ню яких накдадалиоь диски чи пл1вки досл1д*уваного матер1алу з з великими втратами.

Точний розв'язок задач! про спектр коливань КНР, збураного пров1дшш т!лом, представляЕ в!дои1 труднощ!, пов'язан1 з в!д-сутн1стю жореткдх гравичних уиов.Проте у випадку малого збурен-кя в робот! 11] було одержано сп!вв!дашеяЕЯ, що зв'язуе частоту та добротн!сть резонансного .коливання з параметрами зразка. При цьому припуокалооь, цо в1сь ан1зотроп11 криоталу (руб!на, лейкосао®!ра) сп1впадаЕ з геоиетрияною в!ссв резонатора. Б!льш загалышй. випадок для дов1льного кута м1ж осями був розглянутий в робот! [21.

Вивчення впливу в1дношвння д!аметру диску ,цо збурюе ВДР, до д1амётру резонатора на величину рад1ац1йних втрат в КДР дозволило назначите оптимальной розм!р ,досл!джуваного зразка. Одним з небаханих явшц при вим!р»ваннях поверхневого 1шшдансу е взае-мод1я р1зноман1тних тап1в коливань вКДР.що призводить до появи ооциляц1й на монотонн1й залехност! навантахено! добротнбст1 в1д в!дотан1 до втйрюваного т1ла. Шдбором налеиюго формату ВДР/ мохна керувати спектрон резонансних частот, усуваючи зайв! коливання. Залежно в!д величина поверхневого опору вим1роваао-го об' е кту вшагае тьоя такс«, проводим виб1р !нтервалу в!дота-ней и1х торцьовою. поверхнею ВДР 1 зразком.

'ШнДмплкго вим1ршанв величина поверхневого опору. Кв для вибраного типу резонатора'визначаЕ ться двоыа факторами: величиною власно! добротноот! резонатора 1 чутлив!стю виы!рювально! установки. Проведена. оц!нка чутливост! КДР.виготовленого з тех-н1чного руб1на, при використанн!. його в синтезатор! частота з спектральной розд!вьн1отю и 10 кГц св!дчить про ыохлив1сть ви-м1рювання йе виоокояк!сних. ВТШ шйвок.

у трет1Й глав! вивчаються деяк1 вахлив! особливост! по-гликання м!крохвиль та 1х проникания в надпров1 дников! зразки, виготсшлен! з ншюристанням р!зномав1тних технолог1й. Приводять-оя 1 анал!зуютьоя результат тешературних виы1рювань Ва, прове-дених на кераи!ках та пл1вках на р!зноман!тних тйдкладках. Пока-зуется, цо осциляцИ. йв в шйвках на Шдкладках БгО!!^: були по-в'язвн! з.прониканняи хвиль . в п1дкладку та ~1х' !ятерфвренц!ЕЮ. Досл!джено моклив!оть керування частотою КДР електронним спосо-

бои. Вияснено, що у пост!йному електричному пал! величиною 2,5 кВ /см у структур! "КДР + ВТНП пл1вка на п!дкладц! SrT103" вн-« гикав зоув резонансно! частотк * 100 Цгц у 8 ми д!впйзон! хвиль.

Повврхнввий.оп1р R0 yoix зразк!в знаншуе тьоя. при переход! з нормального стану в надпров1дниковий. ВТНП у пор1внянн1 s НТНП мають значний залишковий onip. Ширина переходу у карам1чних зраэк!в значно б!лына, nia у пл!вковнх та мояокристал!чяих. За-лойн!сть R0 в!д темпвратури в нормальному стан! маг л1н!йний характер. 3 теорИ БХШ випливае екапоненц!йний видтемператур-hoï залакност! r£ з одним параметром енергетичног щ!лнни в над-пров!дному отан1. Проведений анал1з даних окопврименту показав, що ч1тка ексгонеяЩЙна залеюйоть не опоотер!гаЕТЬСя. Ямцо все х таки вввжати на окремих температурних. 1нтервалах теоретична сп1вв1дноиення справедливиы, то мохна одержати вастуш1 пврамет-ри енергетично: щ!дши:

А / к Т0 = 2 в 1нтервал1 TQ / Т = 1.5 - 2 та Д / к 3?0 - 0.6 в !нтервая! TQ / Т > 2.

Заотоеувакзя феноценолог^чно! двор!динно1 Teopiï для" анализу температурно! залежзоот! глибини проникания X продемон-струвало задов!льну узгоджен!сть з даними екслеримента. Одержан! значения X г* 365 им для керам!чних та 140 нм для пл!вкових зраз-к1в корелшть з данями 1ншх досл!дник!в.В1дзнвчимо,що керам!хи з "поганки* R мають веяике X (« мкм) у всьсму температурному

3

!нтервал!. 3 л1н1йно! залехност! Rg(T) в нормальному стан! в наближенн! класичного ск!н - ефекту могна отримати значения пи-томого шору р на пост!йвому струм!. Одержана таким чиной значения р = 373 мкОм ом для керам!ки. Найнращ! iuiIbkobî та ыоно-кщстал!чн! зраэки мають « 50 мкОм см при Т = 100 К.

У перших найб!льв як!ошх пл!вках, що одеришн! на п1дклад-ках з манокристал!чного SrMO-j, були виявлей ооциляц!! Rfl нище температур! переходу в иадпров1дний отан.ямцо товщика пл1вки иепта гонщики ох1л-шару (або х лондон1всько! глибини проникания X).

Ваотосуввння Teopiï л!н1й перэдач1 для анал!зу споотережу-ваного ефекту дозволило одерхати сп!вв1дноиення для ефективного

поверхневого 1мпедансу ZB отруктури "пл1вка + п!дкладка". Ви-вчення вшшву товнини л1дкладки opa р!зних товщинах пл1вкн ВТНП було здШонено вляхои чиолового эксперименту на. персональному комп'ютер! типу iblt 286 ат. Як показав екшерниент, п!к вини-кае у вшадку, коли на товщин! п1дкладки t укладае ться ц!ле число довхин п!вхвиль: k t = Я n, п = 1, 2, 3,..., де jfc, г хвЕльове число для в1яьного проотору. Безсумн1вно, що осцшщцИ Re иохна пояонити !нтврфервнц!ев хвиль,в1дбитих в!д двох шшщин д!елвктрично1 п1дишдки .Ш.дтвврдаення цьоцу вионовку одеркано 1 для 1шо1. ор1гнтац11. отруктури "пл1вка + п!дкладкам, коли до резонатору . була повернута п!дкладка. Викориотаний теоретичный п1дх1д дозволив в1рно оц1нити число 1нтерференц1йних резонано1в, а такожзадехн1сть ширшш резонансного п1ка в1д е. номеру резонансу та температур«. В1дзначиио, що ооциляцП R„ були в1дсутн! в пл!вках на п!дкладках з KgO та LaAlO^.

Для розрахунку 1стиного значення Rr, по ефективноыу значен-

aff в

ню оклвдено програму на мов! 0 ++.

У четвврт!й глав!. експериыентально досл1дасУЕ ться роамЗриий ефект у ВЧ диапазон! в керан!чних та ш!вкових зразках ВТШ у випадку одноб!чного збудкення елактроыагн1тного поля. Спостере-хуваний максимум поглинаяия проявляешься, коли глибина проникания поля в нормальному стан! перевищуЕ товцину зразка.

В1домо, що поле провикас в надпров!дник у вигляд! щхор1в. Наянн!сть п1н!нга вихорово1 структур« в ВТНП (як 1 в yalx коротких надпров!дниках II - го роду ) призводить до практично л!н!й-ного зменоення маш!тного потоку вглиб зразка на в!дм1ну в1д нориальних метад1в,де поле епадае за екопонентою. Коли в умовах эксперименту мохе бути застосована модель Б!на, узагальнена на випадок звичайного кр!па потоку, максимуму поглинання в!дпов!-дае умова 13Jí Н^ = 0.971 flQ ^(З^) Дв ^о^шах* " шшчен" ня критичного струму при Т = Т^. Hpj - ампл!туда зм1нного поля, d - товщина зразка. В «одел! термоахтивоваиоI течП потоку (TAFP) щи температур1 розм!рного максимума мохна використати р1вн!оть: g (Tnp^.) = d / 2 [ 4 ]. В цьому вападку для визначвн-ня глибинц проникания С мохна застооовувати форму ли класично!

електродинаы1ки, в яких пров1дников! властивоет1 характеризувть-ся величиною опором теч1! потоку.

Перш1 зразки металооконд1в ВТШ були дуже недосконадими, мала велику к1льк!сть ненадпров1дних дом!шок.Тому однозначно вота-новити природу розм1рного ефекту в них виявилооя складним. На б!лыя досконалих керам1чних зразках 1 в особливост1 на. пл1вках В1НСГ вдалося показала, що положения п1ка поглинання в залежнос-т1 в!д товщини зразка, ампл1тудн поля та частота краще описув твоя моделл» критичного отану, н1ж ва п1дстав1 формул клаоично! е лэктродинш1ки.

Металооксиди ВТШ мають структуру, що складагться з зерен та м1жзеренних прошарк!в. Останн1 являють собою даозефсон1вськ1 контакта, що зв'язують зерна в сдану струмонеоучу систему. 3 температурного ходу криво! поглинання вдае ться визначити тем-пературну зале*а1оть критичного струму, з яко! моаиа одержати тип слабкозв1 язаних контакт1в у м!хзоренних проверках.

Явище високочастотного розы1рного ефекту в зразках ВТНП ск1нчвно1 товвдни запропсяовано вакористати для забезпечення температурко - залежного демпфування коливань механ1чного осци-лятора в систем! надиров!.дно 1 магн1тно1 п!дв1ски.

У п'ят!й глав! розглянуто питания практичного використан-ня результата, одерканих в робот!. На основ!, охододжуваного болометра, в якому використаний КДР з надпров!дною пл1вкою, мокна створити малошумний вим!рник потужност! випрои1нювання електро-магн1тних хвиль терм1чним засобом в НВЧ та 1яфрачервоному д!апа-зонах. Проведений анал1з показав, що за допомогою запропонова-ного болометра з НВЧ зм1щенням можна значно п1двищити вольт-ватну чутлив1сть приймача. Перевага досягае ться тим, що у вигля-д1 детектуючого елементу викоряотовуЕТьея . нап1впрозора надпро-в1даа пл1вка, розмЩена над КДР, а вии1ривана 1вфорыац1я зосв-реджуЕ ться в зм1нах поверхневого 1мпедансу ц!е I пя1вки. Зокрема, впкористовуЕться теыпературяа эалежнЛсть поверхневого реактансу (уявно! часгшш 1нпеданоу), при цьому вим1рюеться зсув фази НВЧ сигналу, обумовлений зм1ною чаототи КДР 1з пл1вков. Зм1па Ите-даноу поблизу Тл при зниженн! температури е р!зко»,. 1 ця обета-

шва разом з ввсокою добротн!стю ВДР мае вир!шальне значения. ОцЛнена вольтватна чутлив1оть дор!внве п * Ю^ В / Вт.

Викориотовуючи КДР, мокна створювати багатофункц1ональн1 твердот1льн1 црвотро!, забезпечуючи кр1и частотно! етб1рност1 стаб1л1зац1ю частота .керування р1внем та фазою сигналу, а також ефективн! оиотеш рад!оелектрошо! апаратурн нового сокол 1ння в ш д1апазон! хвиль. Разом з там п1даищуЕТЬся над1йн!сть, зменшу-еться вага, reOajmal розы1ря, варт1оть та металоемн±оть при-стро!в. Як показали досл1даення структур« " YBCO тонка пл1вка на п!дкладц1 з титаната стронц!ю •+ ВДР вшсонан! в 8 мы д1апазсш1 хвиль. пост±йне алектричне поле величине«) 2.5 кВ / си виклшеае зеув резонансно! частота на 100 Х1Гц. За цих умов вавантажена добротн1сть КДР зи1ш£ться иенш, His у 1.5 рази та мае значения ü 100 при температур! 72 К. В1дбивний НВЧ фазозеувач, побудова-ний на ochobí тако! структура, мав би незначн! втрати в сыуз! робочих частот та енергодппживаяня.

Екепериментальна установка, розроблена для вим1.ривання по-верхневого Лмпедансу, п1сля деяко! доробки дозволяс проводати також досд1даення нел!н1йних влаотивосгей ВТНП. До цього часу 1овуе погляд, цо шяШавХ ефекти в В1ИТ в пом1рних иага!твих полях обумовлвн! слабкимв зв' язкши SIS - та SNS - типу . Зг1дно з теорХсю ХадыЗр1т'?вра, нел1н!8ннй в1дгук слабких зв'язк1в в залежное^ в!д ампл1туди поля иожна подЛлити на три режима: 1) мей-сввр1воький отав, при якшу нал1н!йн1оть обумоалана руйнуванняы купер1всы«х пар; 2) хг!л1нг джозефсон1вських вихор!в уоередин1 слабких зв'язк1в; 3) теч1я потоку джозефсон1вськкх вихор1в. У зразку тонко! пл1вки YBC0 нв п!дкладц1 LaJLlO^, як показус проведений анал!з результат1в експеримвнту, вдалося спостер!гати зазначен! вице режши нел1я1йного в1дгуку.

У вионовках сфорыульовано ochobhí результата роботи :

1. Розроблена методику та отворено установку для досл1д-ження теыпературно! залажноот! поверхшвого lucre дансу ВТШ зраз-kíb одночасно в БЧ i НВЧ д!апазоаах безконтактним способом. 3 !! допомогою можна визначати абсолютно значения поверхнавого шору в НВЧ д1апазон1, залежн!сть критичного струму, в!д темпера-

тури в ВЧ диапазон!.

2. Темпвратурна та частотна залехност! йв ВТЕП у НВЧ д1а-пазоя1 для нормального стану мохуть бути описан! в наблизенн! теорН класичного ек1л - ефэкту. Нвяче Т0 електродинам!чн! влао-тивост! характеризуются значнгши И0 1 Х^ в усьому температурному 1нтервал1, що пов'язано або з структурною недосковал1стю до-ол!джуваних зразк!в, чи з !х ан1зотроп1£ю пров!дност!, або 1з влсокою залшпковою щ!льн!стю носПв заряду. Не спостер1гаг ться ч!тко! екопоненц1йо1 темпаратурно! залежноот! з одниы параметром анаргатично! щ!лшш, характерно! для ЕКШ - теорП. йв в надпров!дному ствн1 задов!льно описуе ться в мехах мода$!кова-ковано! двор!динно1 модел!.

3. Вкявлено немонотонну температурку залежн1сть увсо

9

пл!вках на БгЛО^ при товщин! пл!вки, меншо! глибини проникания поля в нормальному стан!. В результат! числового эксперименту з'ясовано, що спостережуван! при зм1н! температура осца-ляц!1 йд являють собою !нтерференц!Ян! резонанса та пояснюються

1лтерфорекц1Ей хвиль, в!дбитих в1д передаьо1 та задньо! ст!кок п1дкладки. Змодельовано еволюц!ю зм!ни при р!зних товщи-нах пл!вки ВТШ. На основ! модел! складено програму для числового розрахунку !стнного значения по вим!рюваному ефективно-му значению.

4- Виявлено п1к г!стерезисних втрат у ВЧ д!апазон1 (« 10 МГц) в випадку одноб!чного збудження електроиагн!тного поля, обуиовлений ск!нчвнп!ств товщини зразка.

5. Назначено . форму температурно! залехност! критичного струму з температурного ходу криво! поглинання в керам1ках та пл!вках. Показано, що вона в!дпов1да£ олабкиы зв'язкам Б-И-Б типу в пл!вках та керам1ках.

б. Вотановлено, що температурив та польова залехноот! ВЧ поглинання в УВОО тонких пл1вках з високов струнонесучою спро-иожн1стю можуть бути пояснен1 в межах модел! териоактивованого кр!па магн!тного потоку.

7. Виявлен! та доол1даен! в робот! ф!зичн1 ефекти та особ-лшзост! ВТШ дозволили запрошнувати ряд нових КВЧ пристро!в:

болометр s НВЧ зм1щенням; перестроюваний електричним полем КДР, який моае знайти застооування в. фазозоувачах, ф1льтрах та ко-ливальних системах твердот1льних генератор1в им д1апазону хвиль. Список л1тератури, що цитуеться в автореферат!.

1. Филиппов Ю.Ф. ^Резонансные колебания в ограниченных твердотелышх структурах* - Авторе®, докт. дао.- 1992.-ИРЭ АН-УССР.-Харьков.- 19 с. . • -

: 2."-Еременко 3»£. Электромагнитные волны и колебания в ограниченных твердотельных структурах при произвольном направлении оси анизотропии или внешнего магнитного поля. - Двтореф. канд. дао,- 1996.- ИРЭ HAH Украины.- Харьков.- 19 с.

3. Clem J.R. and Sanchez A. Hysteretio 1С losses and susceptibility of thin superoonduoting discs.-Phys.Rev. B.-1994.-50.- P.9355.

4. Kea P.H., Aarts J., van der Berg J., van der Beek C.J., IfydOBh J.A. Thermally assist ed.,Ilux îlow at - email driven cur-rentß.- Superoond. Soi.. .Teohnol. .- -1989.- 1.- P. 242-243. -,

Основн! публ1кац11 so тем1 диоертац11 приведено ншкче :.

1. Икик Э.В., .Ревенко D-Ф., Черпак Н.Т., Кириченко ¿.Я. Радиочастотный размерный аффект вблизи Т0 в высокотемпературных сверхпроводниках // Письма в ЯП® - Т.15, N 7. - 1989. - С.1 - 5.

2. Итак Э.В., Кириченко А.Я.. Ревенко Ю.Ф., свистунов В.М., Черпак Н.Т., Яковенко B.U. Сверхпроводящая керамика в ВЧ и СВЧ полях // ДАН УССР, оерия А, И 5. - 1989. - С.51 - 54.

3. Ижик.Э.В., Кириченко А.Я., Черпак Н.Т. Установка и методика для бесконтактного измерения сверхпроводящих свойотв ВТСП // Заводская лаборатория. - И 8. -1990. - С.112 - 1154. Ижик Э.В., Ревенко. Ю.Ф., Свистунов В.М., Таренков B.D., Харьковский С.Н., Черпак Н.Т., Яковенко. Д.М., Кириченко А.Я. Особенности возмущения открытых диэлектрических СВЧ резонаторов ВТСП // Сб. "Проблемы ВТСП", препринт Института металлофизики, Киев. -1988. . ;>,г..,J... „,vi ...

5- Ижик Э.В,, Черпак'Н.Т., Кириченко А.Я. Установка и методика

IS

для комплексного исследования ВТСП в ВЧ и СВЧ полях // Сб. "Функциональная шгнитоэлектронлка п, тез . докл . III Всесоюз. семинара, Красноярск. -1988.

6. Величко А.В., Ижик Э.В., Кириченко А.Я., Черпак Н.Т., Кондрашин С.К. Исследования СВЧ свойств YBaCuO и BiSrCaCuO с помощью КДР // Сб. Трудов "Квазиоптическая техника мм и . оубмм диапазонов волн", ИРЭ АН УССР, 1989. - С. 123 - 128.

7. Cherpak К.Т., Izhyk E.V., Kirlohenko A.Ya., Velichko A.V. Miorowave and radiofrequenay properties of high-T0 thin films // Physioa 0 - 1991. - V.180. - P.280 - 283.

8. Величко А.В., Ижик Э.В., Кириченко А.Я., Черпак Н.Т. Температурная зависимость вффективного микроволнового, импеданса пленки ВТСП на подложке с большим значением диэлектрической проницаемости // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. Т.б, N 6. - 1993. - С.1189 - 1198.

9. VeliohkoA.V.,Cherpak N.3!.,Izhyk E.Y..Kirlohenko A.Ya.

On a development possibility of tunable mlorowave passband filter based on dielectric resonator with high-T0 Illo.- Int.J. of Infrared and Millimeter Waves.- 1994.- 15, N 10.- P. 1631-1642.

10. Величко А.В., Ижик Э.В., Кириченко А.Я., Черпак Н.Т. Охлаждаемый болометр // Положительное решение по заявке N 4908120/09/010854 с приоритетом от 5.01.91.

11. Величко А.В., Ижик Э.В., Кириченко А.Я., Черпак Н.Т., Кондрашин С.К. Температурная зависимость импедансных свойств и энергетическая щель в YBaCuO // Тезисы докладов 2-ой Всесоюзной конференции по ВТСП, Киев, 25-29 сентября, 1989. -С.154 - 155.

12. Cherpak N.Т., Izhyk E.V., Kirlohenko A.Ya., Velichko A.V., Chukanova I.N., Usoskin A.I. Thin high-TQ superconducting film in micro- and radlowave eleotroaagnetio fields // Abstr. of ICAH'91. E-MRS Spring Keating, Strasbourg, Prance, 1991. -P.A1-VIII/P20.

13. Cherpak N.T., Izhyk E.V., Kirlohenko A.Ya., Velichko A.V., Chukanova I.N., Usoskin A.I. Hig?i-Tc superoonduotors properties near Tc: field penetration depth and miorowave effect on

radiowave properties // Abstr. oi I^S-HTSO, Kanazawa. Japan, 199t. - P.3B-44.

14. Gherpak N.T., Izhyk E.V., Xiriohenko A.Ya., Veliohko А.У., Chukanova I.N. Usoskin A.I. Impedanoe properties of YBCO thin film In nun and radiowave fields // Abstr. of Inter. Workshop on HTSO thin - films, Roma, Italy, 1991. - P.P40.

15. Veliohko.A.V., Izhyk E.V., Klriohenko A.Ya., Cherpak N.T. On a oreation possibility of tumble microwave passband filter based on dieleotrio resonator with high-TQ film // Abstr. of XXJV General Assembly of URSI, Kyoto, Japan, August 25 -Septemper 2, 1993. - P.584.

16. Величко A.B., ИаикЭ.В., Кириченко А.Я., Черпак Н.Т., Усоскин А.И., Чуканова И.Н. ИПпедансные свойотва тонкой пленки УВаСиО в поле квазиоптического диелектрического резонатора. Глубина проникновения.. // Тезисы докладов III Всесоюзной совещания по ВТСП, Харьков, ФТИНТ, 15-19 апреля, - 1991. -

С.134 - 135.

17. Cherpak N.T., Izhyk E.V., Klriohenko A.Ya., Koaayna M.B., Velichko A.V. Bieleotrlo Constant Characterization of Large -Area Substrates in Millimeter Wave Band. // Int.J. of Infrared

and Millimeter Savee.- 1996.- 17, И 5.- P. 819-831.

---------Шик Э.В. Иипвдаясные свойотва высокотемпературных сверхпроводников YBajCu^Cu, ^ конечной тоэдпш в полях СВЧ и ВЧ диапазонов.- Рукопись,

Диссертация на соискание ученой степени кандидата {иззпсо-изтоиаигаеоких наук по специальности 01.04.03.- Рпдасфгаик».-Институт радиофизики и алехтроники им. А.Я.Усикова НАЛ Украина» . Харьков, 1997.

В диссертационной работе развит способ измерения нмпеданс-ных свойств шсокотешературанг сверхпроводников (ВТСП) с использованием квазиоптических диалвктрических рззонаторов (КДР) в миллиметровом диапазоне волн и проведены акспершентальше исследования- повершостного шпеданса 1„ керамических и пленочных

О

образцов ВТСП на шдасяках из SrTiO^, LaAlOj и JtgO о учетои их конечной толзяни. Немонотонная температурная зависимость 2д на подложке из SrliO^ объясняется интерференцией волн в подложка. Обнаружен пик ВЧ потерь (на частоте-« 10 КГц) и показана его гиотерезионая природа.

Izhyfc I.V. Sicrorave and radiowave inpedanoe properties of high-te»peratirre suparoonductors of finite thiafc-павв.- The manuscript.

Tto dissertation advanced for a scientific degree of a candidate of physios and satheaatlcs In the speciality 01.04.03-Radiophysics.- A.Usilcov Institute of Radiophysios and Bleotro-nlcs, KAS of Uiraine, Kharkov, 1997'.

A nan experimental approach ror the measurements of the impedanoe properties higlb temperature superconductors (HTSO) In ви wave range has been developed.Using quasi-optical dleleotrio resonator (QBE) excited with the higher type azimithal овоШа-tions the surface Impedanoe Zg of ceramic and thin film samples on the SrTiQ3, baA10j and XgO substrates was studied. It is pointed out that nonmonotoneous temperature dependences of ZB and radiofrequency (iff) absorption of thin films on SrTlO^ biOv-strate are due to finite thiolmeBa or the samples. Hie observed maximum of Ri absorption la. shorn to be caused by. hysteretio 1оавев in ИКС.