Исследование методами ЯМР и ЯКР фазового расслоения в сверхпроводниках TmBa2 Cu3 O6+x и TmBa2 Cu4 O8 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КРЮКОВ Евгений Вадимович

Исследование методами ЯМР и ЯКР фазового расслоения в сверхпроводниках ТтВаоСизОб+х и ТтВа2Си408

01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ - 1997

Работа выполнена на кафедре квантовой электроники и радиоспектроскопии Казанского государственного университета.

Научный руководитель — доктор физико-математических наук,

профессор Теплов М.А.

Научный консультант - кандидат физико-математических наук,

доцент Дуглав А.В.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор Ацаркин В.А.

— доктор физико-математических наук, в.н.с. Катаев В.Е.

Ведущая организация —Институт физики металлов УрО РАН

(г.Екатеринбург)

Защита состоится " 1? " АПРЕЛЯ 1997 г. в /4 час. на заседании Диссертационного Совета Д 053.29.02. при Казанском государственном университете (420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке университета.

Автореферат разослан " 17 " МАРТА 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного

Совета, профессор % М.В.Ерёмин

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Вопрос о механизме высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), оставаясь неясным до настоящего времени, стимулирует проведение все новых и новых исследований свойств слоистых купратов. Большое внимание в исследовании структуры ВТСП соединений уделяется эффектам фазового расслоения, которые изучаются различными методами (в том числе ЯМР, ЯКР). Ранее при исследовании ВТСП соединений методом "усиленного ЯМР" на ядрах празеодима и тулия было показано1, что спектральные и релаксационные характеристики ЯМР очень чувствительны к искажениям структуры ближайшего окружения редкоземельных (РЗ) ионов—зондов, поэтому могут служить хорошим инструментом для изучения микроструктуры соединений. Поскольку идея фазового расслоения в слоистых купратах к настоящему времени еще не получила полного подтверждения, применение указанного метода для изучения фазового расслоения в сверхпроводниках структуры 1-2-3 и 1-2-4 является, на наш взгляд, актуальным.

Цель настоящей работы состояла в том, чтобы на примере соединений ТтВа2Сич06+х и ТтВ^^СщО^ относящихся к семействам наиболее изученных слоистых купратов со структурой 1-2-3 и 1-2-4, экспериментально исследовать характеристики ЯМР тулия и ЯКР меди и выявить их особенности, связанные с проявлением эффектов фазового расслоения. В работе предпринята попытка построения возможной модели фазового расслоения в данных соединениях. Модель базируется как на результатах, полученных в данной работе, так и на данных других методов исследования.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Впервые использован ЯМР тулия в качестве внутреннего эталона для исследования зависимости интенсивности ЯКР меди от содержания кислорода в сверхдопированных сверхпроводниках структуры 1-2-3.

2. Показано, что кинетика восстановления продольной намагниченности ядер тулия в кислород-дефицитных сверхпроводниках структуры 1-2-3 имеет двухкомпонентный характер. Этот факт может быть интерпретирован как следствие структурного фазового расслоения.

•NMR studies of singlet-ground-state rare-earth ions in high-Tc superconductors /Bakharev O.N., Dooglav A.V., Egorov A.V., Lutgemeier H., Rodionova M.P., Teplov M.A., Volodin A.G., Wagener D. -Applied Magnetic Resonance.-1992.-V.3.-P.613-640.

3. Установлено, что спектры ЯМР тулия и ЯКР Си(2) в структурно совершенных сверхпроводниках структур 1-2-3 и 1-2-4 могут быть разложены на две компоненты с относительными интенсивностями 2:1.

4. Исходя из полученных экспериментальных данных, была выбрана и доработана модель зарядового и спинового фазового расслоения в плоскостях СиОг высокотемпературных сверхпроводников.

5. На основании измеренных гиромагнитных отношений произведено уточнение параметров кристаллического электрического поля и уровней энергии ионов Тт3+ в соединении структуры 1-2-4.

Практическая ценность работы состоит 1) в дальнейшем развитии "усиленного ЯМР" как метода исследования структуры и магнитных свойств твёрдых тел и 2) в получении ряда новых результатов, касающихся структурных особенностей и магнитных свойств соединений 1-2-3 и 1-2-4 при низких температурах.

Автор защищает

1. Результаты экспериментальных исследований ядерной спин-решеточной релаксации ядер 169Тт3+ в образцах TmBa2Cu30^+x (х=0-Н) при низких температурах.

2. Результаты исследований спектральных и релаксационных характеристик ЯМР 169Тт3+ и ЯКР Си(2) в сверхдопированных образцах ТтВа2Сиз06+х (х=0,90+1,00), а также в образце TmBajCujOg.

3. Интерпретацию экспериментальных результатов, обобщённую в разделе "Основные результаты работы" (см. ниже).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XXVII Конгрессе AMPERE (Казань, 1994), 30-м Совещании по физике низких температур (Дубна, 1992), 4-ой Международной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Гренобль, 1994), Международном семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости (Майами, 1995), Международной конференции, посвященной десятилетию открытия высокотемпературной сверхпроводимости (Делфи, 1996)

Публикации. Основное содержание работы отражено в десяти научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии (119 наименований). Работа содержит 160 страниц машинописного текста, в том числе 53 рисунка и 7 таблиц.

Содержание работы

Первая глава содержит сведения о главных особенностях ЯМР 169Тт в соединениях ТтВа2Си306+х, иллюстрирующие достоинства метода "усиленного ЯМР", в ней также приводятся некоторые полезные для

дальнейшего изложения факты, касающиеся особенностей ядерного квадрупольного резонанса меди в соединениях УВагСизО^+х и УВадСц^.

Во второй главе дано описание аппаратуры и методики эксперимента. Содержатся сведения о технологии приготовления образцов, их характеристиках, способе получения ориентированных образцов.

В третьей главе суммированы результаты исследований импульсного ЯМР Тт и ЯКР Си(2) в двух сериях образцов ТтВагСизОб+х, условно названных Тт6,х (х=0-Н, шаг Дх=0,1) и Тт6,хх (х=0,9(Ы,00, шаг Дх=0,02), а также в образце ТтВа2Си408 (Тш124). Образцы представляли собой порошки, смешанные с параф-дном; оси с частиц порошка были ориентированы в поле 94кЭ при температуре плавления парафина.

Главной особенностью ЯМР Тт в изученных соединениях является сильное неоднородное уширение линий ЯМР, обусловленное разбросом параметров кристаллического электрического поля на ионах Тш3+ из-за дефектов кристаллической структуры (кислородных вакансий и др.). Оценка разности энергий ближайших к основному синглету возбуждённых состояний иона Тт3+ в соединении ТтВа2Сиз06 4 (т.е. в сверхпроводнике с наиболее разупорядоченной структурой), выполненная по методике работы2, даёт доя ближайших соседей величину ~2%. Приблизительно такой же должна быть и разность Н резонансных полей ядер Тт в соседних узлах решётки, и на частотах ЯМР 40-=-50 МГц, которые использовались в данной работе, эта разность Н=150+200Э оказывается значительно больше максимальной величины радиочастотного поля Н; в наших экспериментах (~50Э). При натичии столь сильного неоднородного уширения нет необходимости учитывать неоднородность внутренних магнитных полей в сверхпроводниках типа 1-2-3 (~20Э), обусловленную вихревой структурой3.

Для того, чтобы проявить различия между слабодопированным и сверхдопированным режимами в свойствах ЯМР (ЯКР), мы провели исследование спектральных и релаксационных параметров ЯМР Тт и ЯКР Си(2) в соединении ТтВСОб+х с кислородным индексом, соответствующим границе между этими режимами. Главным побудительным мотивом этого исследования было предположение, что сяабодопированные соединения 1-2-3 (х-^6,90), в отличие от сверхдопированных, содержат слои фазы, которая в ЯКР (ЯМР) Си(2) не наблюдается, но проявляет себя косвенно в свойствах ЯМР наблюдаемых фаз. В основе этого предположения лежал

2 Decrease of the homogeneous width of the Tm3+ electron energy levels in TmBa2Cu306+x at the superconducting transition / Egorov A.V., Ltitgemeier H., Wagener D., Dooglav A.V., Teplov M.A. -Sol.St.Comm.-1992.-V.83.-№2.-P.lll-116.

3 Brom H., Alloul H., The flux Pattern in the high-Tc superconductor YBa2Cu307 studied by 8?Y NMR // Physica C.-1991.-V.185-189.-P.1789-1790.

0.94

0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 H/v (Э/кГц)

0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 H/v (Э/кГц)

Рис.1. (а) Спектры ЯМР Тт в серии образцов TmBajCujOé+x, Т=4,2К, V~36+37 МГц, Hic', стрелками указаныпараметры спинового гамильтониана для фазы Орто1.

(б) Спектры ЯМР Тш образцов TmBC07.oo и ТтВСОб.94 при Т=1,5К, Н±с', разность этих спектров (процедура вычитания описана в тексте).

давно обнаруженный4, но никем не подтвержденный факт уменьшения на 1/3 интенсивности сигнала ЯКР Си(2) в YBC06+x при изменении кислородного индекса от 7,00 до 6,97. В качестве эталона для исследования зависимости интегральной интенсивности сигнала ЯКР Си(2) от содержания кислорода мы использовали амплитуду ЯМР Тт, предполагая, что магнитные поля от соседних ионов Си2+(2) на ионе Тт компенсируются вследствие симметричности позиций Тш в кристаллической решетке и амплитуда сигнала ЯМР пропорциональна количеству всех ядер Тт в образце. Нам удалось подтвердить результаты работы5 (при изменении кислородного индекса от 7,00 до 6,98 интенсивность ЯКР Си(2) падала на 1/3 и при дальнейшем уменьшении содержания кислорода не менялась) и показать, что для "исчезающей фазы" характерна тетрагональная (или псевдотетрагональная) симметрия. На Рис.1а представлены спектры ЯМР Тш образцов ТтВа2Сиз00+х (х=0,90*1,00). Предполагая, что "исчезновение" 1/3 интенсивности ЯКР Си(2) должно проявиться также в спектрах ЯМР Тш, мы провели процедуру вычитания для спектров ЯМР Тт с нормировкой 1 для спектра Тш7,00 и 2/3 для Тт6,94. Нормированные спектры ЯМР Тт образцов ТтВС0700 и TmBCOg98 и их разность представлены на Рис. 16. Видно, что в разностном спектре ЯМР Тт отсутствует "плечо" при H/v=2n/ïb> т.е. для этого спектра характерна тетрагональная (псевдотетрагональная) симметрия.

4 Си nuclear quadrupole resonance of YBa2Cu3Ox with varing oxygen content /

Vega A.J., Farneth W.E., McCarron E.M., Bordia R.K. -Phys.Rev.B.-1989.-V.39.-P.2322-2332.

Рис.2. Спектры ЯМР тулия ориентированных порошковых образцов Тт6,5, Тт7,0 и Тт124: (а) Н1с', Тш124: Т=1,5К, у=46,2 МГц; Тт6,5: Т=1,5К, v=42,8 МГц; Тт7,0: Т=1,5К, у=46,7 МГц. (б) НЦс', Тт124: Т=1,5К, у=22,7 МГц, Тт6,5: Т=4,2К, у=19,6 МГц, Тт7,0: Т=4,2К, у=50,2 МГц.

Для релаксации поперечной намагниченности ядер Тт и Си(2)

характерен двухкомпонентныи закон:

4ш(2т) = АэехР

Д-.ц(2х) = А^ехр

A il

~At2G

А ( *

+ А^ехр

\( 2т

"zUi

,г1

(2) - для ядер Тт,

(3) - для ядер Си(2).

Релаксация продольной намагниченности описывается следующим уравнением для обеих ядерных спиновых систем:

1-М//А{осГ-ехр(л[Г/Ц)усхр(-1/Т{). (4)

На основании полученного закона релаксации нами было сделано заключение о том, что образцы ТшВСОб+х с содержанием кислорода х«1 структурно достаточно совершенны и однородны, релаксация продольной намагниченности протекает в них по двум независимым каналам: один канал определяется имеющимися все же дефектами структуры и связанными с ними парамагнитными центрами и характеризуется временами Г/ , другой связан, по-видимому, с релаксацией через электроны проводимости, для него характерны времена Г;". Наличие электронов проводимости подтверждается отрицательной термоЭДС в сверхдопированных соединениях5.

Результаты исследования соединения Тш124 мы сравнивали с данными, полученными в образцах ТгпВСОб+х; это казалось нам

5 Cochrane J.W., Russel G.J., Matthews D.N. // Seebek coefficient as an indicator of oxygen content in YBCO.-Physica C.-1994.-V.232.-№ 1-2.-P.89-92.

естественным, т.к. соединения имеют сходную структуру (прежде всего парные плоскости CuO-¡). На Рис.2 приведены спектры ЯМР Тш образцов ТШВСО70, ТтВСОб5 и Тт124. Видно, что спектры ЯМР Тт образцов TmBCOg 5 и Тт124 практически совпадают. На основании этого мы сделали предположение о сходстве параметров кристаллического электрического поля на ионах Тт3+ в соединениях ТтВСОб.5 и Тт124.

Сильное неоднородное уширение линий ЯМР Тт имеет очень важные последствия в спин-решеточной релаксации ядер тулия. При достаточно низких температурах (Т<10К) релаксация, обусловленная взаимодействием ядра с собственными 4Г-электронами, становится неэффективной, и релаксация ядер тулия, как в случае диамагнитных атомов, обусловлена взаимодействием с примесными (или собственными) парамагнитными центрами (ПЦ), либо с другим» источниками флуктуаций внутренних магнитных полей6. В высокотемпературных сверхпроводниках локализация собственных ПЦ и их связь со структурными дефектами представляет наибольший интерес. Можно попытаться получить нужную информацию, используя в качестве зондов ядра тулия. Частоты ЯМР Тт очень чувствительны к локальным искаженииям кристаллического электрического поля, вследствие чего резонансная линия сильно неоднородно уширена. В этом случае yHi<M, а ядерная спиновая диффузия затруднена из-за различия ларморовских частот ядерных спинов, находящихся в соседних узлах кристаллической решетки. Поэтому при низких температурах релаксация ядерных спинов через ПЦ хорошо описывается выражением7

J-M/M^ílj [l-c+c<xp(-t/T,(rj))], (5)

где / нумеруют узлы решетки, в которых случайным образом с вероятностью с расположены ПЦ, a 1/Tj(rj) представляет собой скорость ядерной релаксации, обусловленной взаимодействием с ПЦ, расположенным в узле j. Кинетика восстаноачения продольной намагниченности становится неэкспоненциальной и, более того, форма кривой восстановления оказывается чувствительной к характеру распределения ПЦ в кристаллической решетке. В частности, если ядерные спины связаны с ПЦ диполь-дипольным взаимодействием (1/Т}(ф~г/6) и концентрация ПЦ мала, уравнение (5) сводится к простому соотношению

7-М/М„=ехр(-//Г7)и, (6)

в котором т=1/2 соответствует однородному объемному распределению ПЦ в образце. Без учета угловой зависимости диполь-дипольного

6 Ядерная спин-решеточная релаксация тулия в TmBa2Cu306+x при низких температурах / Бахарев О.Н., Володин А.Г., Дуглав А.В., Егоров А.В., Марвин О.Б., Налетов В.В., Теплов М.А., Вагнер Д. -Письма в ЖЭТФ,-1993.-Т.58.-№8.-С.608-614.

7 МсНепгу M.R., Silbernagel B.G., Wernick J.H. // Nuclear spin-lattice relaxation in the LabcGdcAl2 intermetallic compounds. - Phys.Rev.B.-1972.-V.5.-P.2958-2972.

0,01

6,2 6,4 6,6 6,S 7,0 содержание кислорода

Рис.3. Спин-решеточная релаксация ядер 169Tm: T=l,5K, Hic', H/v=2jt/ya.

(а) ▼ - в образце Tml24: v=40,55 МГц, сплошная линия соответствует уравнению (6) с параметрами: 1/Ti=5,24(l)c-1, ш=0,46(1); о - Тт6,6, • -Тт6,5, д - Ттб,4, сплошные линии соответствуют уравнению (7).

Зависимость параметров спин-решеточной релаксации ядер 169Тт (ур.(7)) от содержания кислорода в образцах Тт6,х, v=47-=-49 МГц: (б) доля быстрорелаксирующих ядер, (в) скорость релаксации быстрорелаксирующих ядер, (г) скорость релаксации медленнорелаксирующих ядер.

взаимодействия в случае трехмерного распределения ПЦ со спином S=l/2 имеем [12]:

х, --------- (7)

j 1 4 а 2 7 2

Т = п çK êbB<Tt >

l+(ù2xl

2кТ

где п- концентрация ПЦ, «=уН - частота ЯМР, т0 - время корреляции флуктуаций локальных полей, создаваемых ПЦ-ми в месте расположения ядер, а gl и я следует интерпретировать здесь как компоненты Б и у -тензоров, соответствующие направлениям вдоль и поперек оси квантования спинов, т.е. внешнего поля Н.

В экспериментах при температуре 1,5К был исследован ряд образцов Тт6,х в поле Н1с' при Н/у=0,189 Э/кГц. Примеры релаксационных кривых приведены на Рис.За. На том же рисунке для сравнения приведена релаксационная кривая образца Тш124, снятая при тех же условиях. Оказалось, что кинетику релаксации в кислород-дефицитных образцах не удается описать уравнением (6) с т=1/2, но она хорошо описывается суммой двух слагаемых с показателями т-1/2. Результаты апроксимации экспериментальных данных для Тгп6,х функцией

7-М/М. =/„-ехр (-(1/Ты)Щ + (1-/п) ехр(-(г/Т15) У2) (8)

(кГц)

29 30

v (М Tu)

150 200

Т (К)

Рис.4 (а) Спектры ЯКР бзСи(2) в образце Тш124, снятые при различных температурах: о - при фиксированных задержках между зондирующими импульсами т=40мкс, а - спектр, "восстановленный" к нулевой задержке по процедуре, описанной в тексте; сплошные линии - апроксимация суммой двух гауссианов.

Зависимость параметров апроксимации спектров от температуры: (б) ■ -частота узкой гауссовой компоненты, □ - частота широкой гауссовой компоненты; (в) ширина узкой компоненты; (г) ширина широкой компоненты; (д) относительная площадь узкой компоненты; ▲ - параметры "восстановленного" спектра.

показаны на Рис.Зб-г. Эти результаты подтверждают, как нам кажется, модель структурного (химического) фазового расслоения на мезоскопическом уровне8. Очевидно, образцы Тт6,х с х>0,4 содержат обедненные дырками несверхпроводащие области (n-фаза) и обогащенные дырками сверхпроводящие области (s-фаза). Короткое время релаксации Tta характеризует ядра тулия, принадлежащие каплям n-фазы с большой концентрацией ПЦ. Эти капли расположены на границе перколяционного сверхпроводящего кластера s-фазы, в котором концентрация ПЦ мала и ядра тулия имеют длинные времена релаксации Tis. Как видно, относительный объем n-фазы (fn) имеет максимум на переходе "полупроводник-сверхпроводник" и быстро спадает с ростом х. Тщательный анализ спектров ЯКР 63Си(2) в образце Тт124 показал, что они могут быть хорошо описаны суммой двух гауссовых линий, имеющих разные ширины. На Рис.4а изображены спектры ЯКР б3Си(2), снятые при

8 Neutron spectroskopic evidence for cluster formation and percolative superconductivity in ErBa2Cu3Ox / Mesot J., Allenspach P., Staub U., Furrer A., Mutka H. -Phys.Rev.Lett..-1993.-V.70.-P.865-868.

различных температурах при фиксированной величине т=40 мкс. На Рис.4б-д представлены параметры апроксимации этих спектров двумя гауссовыми линиями. В температурной зависимости частоты ЯКР (Рис.4б) хорошо проявилась характерная температура Т*~150К, близкая к температуре, при которой наблюдается открытие псевдощели в спектре магнитных возбуждений; при этой же температуре начинает уменьшаться ширина обеих линий (Рис.5в,г) и меняется отношение интегральных интенсивностей узкой и широкой линий с 1/4 до 1/2 (Рис.4д). Поскольку форма спектра зависит от величины т, это обстоятельство могло повлиять на результаты обработки, показанные на Рис.4б-д. Чтобы убедиться в том, что это влияние в нашем случае несущественно, мы построили спектр ЯКР 63Си(2) при температуре 4,2К по точкам, регистрируя в каждой точке частотной шкалы кривую спада амплитуды спинового эхо ядер меди и экстраполируя ее к нулевой задержке (г=0). В результате оказалось, что этот спектр практически не отличается от того, который был снят при т=40мкс (ср. спектры в нижней части Рис.4а); параметры разложения этого спектра (треугольники на Рис.4б-д) подтверждают сделанные выше выводы. В частности, мы получаем соотношение 5п(8п+8ь):=1/3, из которого следует, что интегральные интенсивности широкой и узкой компонент спектра при температуре жидкого гелия соотносятся между собой, как $ь:Зп=2:1.

Перейдем теперь к рассмотрению спин-спиновой релаксации ядер Тт и Си(2) в соединении Тш124. Как уже было сказано выше, для кинетики спин-спиновой релакса1щи обеих спиновых систем в соединениях Ттб+х характерен двухкомпонентный закон (см. ур.(2) и (3)). Принято считать, что соединения ЯВазСщОз, в отличие от соединений ЯВагСизОб+х, обладают совершенной кристаллической структурой и в этом смысле превосходят даже соединения 11Ва2Сиз07. Поэтому предстаюилось интересным изучить спин-спиновую релаксацию ядер Тт в ТтВагОцОв. Эксперименты, выполненные нами на образце Тт124, показали, что спин-спиновая релаксация Тт в этом соединении также является двухкомпонентной: кривые спада спинового эхо при обеих ориентациях магнитного поля (Н||с' и Н±с') описываются суммой (2) (Рис.5а,б).

При исследовании спектральных характеристик ЯКР Си(2) в образце Тт124 мы пришли к выводу, что в нем присутствует более чем один тип центров Си(2), и для описания спектров применили двухцентровую модель. Модель оказалась, как нам кажется, достаточно плодотворной (с ее помощью мы увидели, в частности, что не только частота ЯКР Си(2), но и форма линии ЯКР, характеризуемая соотношением вкладов двух компонент, имеет особенность в области температур вблизи Т*), однако применимость этой модели в условиях, когда компоненты спектра имеют почти одинаковые частоты, оставалась все же спорной. Двухкомпонентная спин-спиновая релаксация тулия в Тт124 устраняет эти сомнения. Более того,

Г2(мкс)

О 50 100 150 200 250 АГ1„(2т) 2» (МКС)

0 200 400 600 аоо 1000

2т (мкс)

О.ЗС 0,32 0.34 0.36 О,за 0.40 0.42

н/v (Э/кГц)

Рис.6. Кривые спада поперечной намагниченности ядер 169Тт в образце Тт124 при Т=1,5К: (а) Н±с', Т=1,5К; (б) Н||с', Т=1,5К, сплошные линии соответствуют апроксимации уравнением (2).

"Восстановленный" спектр ЯМР ядер тулия, Н||с', Т=1,5К, у=22,7МГц, полученный при апроксимации экспериментальных кривых спин-спиновой релаксации ядер Тт в соответствии с ур.(2).

(в) Зависимость от величины магнитного поля времен спин-спиновой релаксации медленнорелаксирующих (Tîl) и быстрорелаксирующих (Т^з) компонент.

(г) Полный спектр ЯМР 1б9Тт, "восстановленный" к нулевой задержке между зондирующими импульсами.

(д) Вклад быстрорелаксирующих ядер в спектр ЯМР 169Тш.

(е) Вклад медленнорелаксирующих ядер в спектр ЯМР 169Тт. Пунктиром показано различие в положении линий.

она позволяет осуществить дополнительную проверку модели на основе сопоставления спектров ЯМР тулия, отвечающих ядерным спинам Тт с разными временами релаксации Т2.

Мы исследовали "восстановленный" спектр ЯМР 169Тт в ориентации магнитного поля Н|С, при которой спектр представляет собой одну широкую "линию" с крутым спадом в области сильных полей. Полученный спектр представлен на Рис.бг. Оказалось, что этот спектр разложился на две компоненты (Рис.бд и е), имеющие различные времена релаксации Т2 (Рис.бв). Эти компоненты имеют несколько различные резонансные частоты, а их интегральные интенсивности относятся между собой как 2:1.

гь0

ао

Рис.6. Две возможные Б^ре-модели квазиодномерного упорядочения зарядов и спинов в биплоскостях С11О2. Стрелками показаны спины ядер меди, стрелками в кружках - спины дырок, "размазанных" по четырем атомам кислорода вокруг центрального атома меди, заштрихованные полосы - области, обогащенные дырками. Проекции атомов тулия на плоскости Си02 обозначены маленькими кружками и жирными наклонными черточками. Различие в символах отражает принадлежность к разным группам ядер тулия, имеющих различное лохальное окружение.

Для объяснения полученных нами экспериментальных результатов была привлечена ленточная модель расслоения зарядов и спинов в плоскостях Си02 (йпре-модель), предложенная б работе9. Нами эта модель была распространена также на систему ядерных спинов тулия. Ключевым элементом предложенной схемы является предположение, что обе спиновых системы (Тш и Си(2)) разбиваются на две группы Т- и О- центров, и число О-центров вдвое больше числа Т-центров. Это предположение подтверждается почти всеми результатами наших опытов.

Основные результаты работы

Экспериментальные результаты, свидетельствующие о структурном (химическом) фазовом расслоении кислород-дефицитных соединений структуры 1-2-3:

1. Используя ЯМР тулия в качестве внутреннего эталона при исследовании зависимости интенсивности спектра ЯКР меди от содержания кислорода в сверхпроводниках структуры 1-2-3, мы подтвердили, что при уменьшении

9 Бахарев О.Н., Еремин М.В., Теплов М.А. \\ Упорядочение магнитных кластеров в плоскостях СиОг в сверхпроводниках структуры 1-2-3. -Письма в ЖЭТФ.-1995.-Т.61.-С.515-519.

кислородного индекса х от 7,00 до 6,98 и ниже интенсивность спектра ЯКР Си(2) уменьшается на 1/3, т.е. слабодопированные соединения структуры 1-2-3 содержат фазу, спектр ЯКР Си(2) которой на "обычных" частотах не наблюдается.

2. Показано, что кинетика восстановления продольной намагниченности ядер тулия в кислород-дефицитных сверхпроводниках структуры 1-2-3 имеет двухкомпонентный характер. Этот факт интерпретирован как следствие структурного фазового расслоения на области (фазы) с большей концентрацией структурных дефектов и связанных с ними парамагнитных центров (ПЦ) и области структурно более совершенные, концентрация ПЦ в которых мала. Наибольшая доля разупорядоченной фазы наблюдалась при содержании кислорода х=0,4, соответствующей границе перехода полупроводник-сверхпроводник.

Экспериментальные результаты, свидетельствующие о зарядовом и спиновом фазовом расслоении стехиометрических соединениях структуры 1-2-3 и 1-2-4:

3. Установлено, что спектр ЯКР 63Си(2) в сверхпроводнике структуры 1-2-4 имеет сложную форму и может трактоваться как суперпозиция двух линий с разными ширинами и отношением интенсивностей равным 2:1 при низких температурах.

4. Установлено, что температурная зависимость формы линии ЯКР Си(2) в сверхпроводнике структуры 1-2-4 ведет себя немонотонно: имеется ярко выраженный минимум частоты ЯКР Си(2) для обеих линий при температуре ~150К; при этой же температуре резко меняется ширина обеих линии в спектре ЯКР Си(2) и соотношение их интенсивностей.

5. Установлено, что спектр ЯМР тулия в структурно совершенных сверпроводниках типа 1-2-3 и 1-2-4 может быть разложен на две компоненты с относительными интенсивностями 2:1.

6. Полученные экспериментальные данные были использованы при выборе и доработке БЫре-модели зарядового и спинового фазового расслоения в плоскостях СиС>2 высокотемпературных сверхпроводников.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Phase separation in oxygen-deficient ТтВагСизОе+х superconductors / Teplov M.A., Bakharev O.N., Dooglav A.V., Egorov A.V., Kijukov E.V., Marvin O.B., Naletov V.V., Volodin A.G. - Physica C.-1994.-V.235-240.-P.265-266.

2. Диффузия кислорода в TmBajCu^Oe+x ПРИ комнатной температуре /Крюков Е.В., Марвин О.Б., Семенова Е.А, Теплов М.А., Еникеев К.М., Клочков А.В -Письма в ЖЭТФ.-1994.-Т.60.-№1.-С.30-34.

3. Phase separation in 1-2-3 compounds as seen from rare-earth magnetic resonances / Teplov M.A., Bakharev O.N., Dooglav A.V., Egorov A.V., Krjukov E.V., Marvin O.B., Naletov V.V., Volodin A.G., Wagener D. -Extended abstracts of the XXVIIth congress AMPERE.-1994.-V.1.-P.17-18.

4. Oxygen diffusion in ТтВа2СизОб+х at room temperature / Krjukov E.V., Marvin O.B., Semenova E.A., Teplov M.A. -Extended abstracts of the XXVIIth congress AMPERE.-1994.-V.2.-P.979-980.

5. Кинетика упорядочения кислородной подрешетки ТтВагСизОб.б при комнатной температуре / Крюков Е.В., Марвин О.Б., Семенова Е.А., Теплов М.А.-Тезисы докладов ХХХ-го Совещания по физике низких температур.-Т994.-Т.1.-С.155-156.

6. Singlet-ground-state paramagnetic centers in Q1O2 layers as seen from 169Tm NMR in ТтВа2СизО£+х superconductors / Bakharev O.N., Witteveen J., Brom H.B., Krjukov E.V, Marvin O.B., Teplov M.A.-Phys.Rev.B. -1995.-V.51.-№l.-P.693-696.

7. Intrinsic Paramagnetic Centers in 1-2-3 Superconductors / Teplov M.A., Bakharev O.N., Brom H.B., Dooglav AV., Egorov A.V., Kijukov E.V., Marvin O.B., Mukhamedshin I.R., Naletov V.V., Volodin A.G., Wagener D., Witteveen J. - Journal of Superconductivity.- 1995.-V.8.-№4.-P.413-416.

8. Crystal electric field at Tm3+ sites in ТтВаоСизОх / Ishigaki Т., Mori K., Bakharev O.N., Dooglav A.V., Kijukov E.V., Lavizina O.V., Marvin O.B., Mukhamedshin I.R., Teplov M.A. - Solid State Comm.-1995.-V.96, N-7 P.465-469.

9. Особые свойства сверхдопированных соединений 1-2-3; ЯКР Cu(2) и ЯМР Тт в ТтВа2СизОх при низких температурах / Теплов М.А., Вагнер Д., Дуглав А.В., Крюков Е.В., Марвин О.Б., Мухамедшин И.Р. - ЖЭТФ-1996.-Т.109.-Вып.2.-С.689-705.

10. Электронное фазовое расслоение в ТтВагСщОз / Теплов М.А., Крюков Е.В., Дуглав А.В., Егоров А.В., Мори К. -Письма в ЖЭТФ.-1996.-Т.63.-Вып.З.-С.214-220.

11. Comparative studies of the Tm NMR in thulium 123 and 124 compounds: Evidence for structural and electronic phase separation / Bakharev O.N.,

Dooglav A.V., Egorov A.V., Kijukov E.V., Sakhratov Yu.A., Teplov M.A. -Pis'ma v ZhETF.-1996.-V.64(2).-P.365-370.

12. Tm NMR and Cu NQR studies of phase separation in TmBaCuO compounds / Teplov M.A., Bakharev O.N., Dooglav A.V., Egorov A.V., Kjjukov E.V., Mukhamedshin I.R., Sakhratov Yu.A, Brom H.B., Witteveen J. - To be published by Kluwer Academic Puplishers in NATO AS I Series.

13. NMR and NQR studies of phase separation in TmBaCuO compounds / Teplov M.A., Bakharev O.N., Brom H.B., Dooglav AV., Egorov A.V., Kijukov E.V., Sakhratov Yu.A., Witteveen J., Mukhamedshin I.R. -Materials Aspects of High Tc Superconductivity: 10 years after the Discovery.-Abstracts.-Delphi.-Greece-19-31 August 1996.

14. Intrinsic magnetic centers and microdomains in oxygen-deficient YBa2Cu30g.5 and TmBa2Cu30g->-x / Bakharev O.N., Aminov L.K., Dooglav A.V., Egorov A.V., Kijukov E.V., Mukhamedshin I.R., Naletov V.V., Teplov M.A., Volodin AG., Witteveen J., Brom H.B., Alloul H. - To be published in Phys.Rev.B.-1997.-V.55.-№17.

Откопировано на ризографе в Издательстве Форт Диалог. Заказ № 104. Тираж 100. Бумага офсетная.

Адрес Издательства Форт Диалог: г.Казань, ул.Университетская, 17. Тел. (8432) 38-73-51