Исследование особенностей ВАХ джозефсоновских контактов на базе BiSrCaCuO:Pb тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

г- С!

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИН. М. В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИИ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 537- .я - 62

Р А X В Н О В ХАИРУЛЛО ТУРСУНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВАХ ЛЖОЗЕФСОНОВСКИХ КОНТАКТОВ НА БАЗЕ ВА-Бг-Са-Си-О!РЬ

Специальность 01.04.09 Физика низких температур и криогенная техника

Автореферат

диссертации на соискание ученой'степени кандидата Физико-математических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре Физики низких температур и

[

Сверхпроводимости Физического Факультета Московского Государственного Университета им. н. В. Ломоносова

доктор Физико-математических наук, доцент Я. Г. Пономарев.

официальные оппонент и: доктор Физико-математических наук Р. О. Зайцев, кандидат физико-математических на/к И. Б. цетлин.

Ведущая организация - Институт Общей физики РАН.

в 15-30 часов на заседании специализированного совета N 2

(К 053.05.20) Отделения Физики твердого тела Московского

Государственного Университета им. И. В. Ломоносова по адресу:

119899. ГСП, Иосква, Ленинские горн, МГУ, Физический Факультет, криогенный корпус, аудитория 2-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического факультета МГУ.

•Научный руководитель:

Зашита состоится

1992 года

Автореферат разослан

года.

Ученый секретарь

специализированного совета

N 2 ОФТТ (К 053. 05. 20!

ИГУ им- Н й- Ломоносова

о

катцшлап Физикп-

млтсматичспних наук

• ' >>, Л'.'-, !

л ,. . - I -

1. ОЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ 2ШШ

Открытие в 1986г. высокотемпературной сверхпроводимости Лж. Бедносиеи и К. Мюллером в сиситеме Ьа2-хЗгхСчО стимулировало ношныя поток исследований по поиску, синтезу и определению Физических параметров огромного числа различных оксидных соединения, главным образом, на основе кулратов мели- На сегодняшний лень число высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) превышает пятьдесят.

ВТСП характеризуются высокой критической температурой Тс и большой энергетической щелью, на порядок превосходящими соответствующие значения для классических сверхпроводников. Последнее открывает широкие возможности для создания криозлектронных приборов: детекторов, смесителей (в области ИК- и СВЧ-диапазонов), СКВИЛов и элементов логических устройств, работающих при температуре жидкого азота. Результаты интенсивных исследования Физических свойств ВТСП. в течении пяти лет указывают на реальность подобных применений: в работе Б.А. Анинова (кандидатская диссертация, 1990г.) для джозеФсоновского контакта на базе ВТСП было получено характерное' напряжение Ус=|с'-1?п ( 1С-критический ток, йц- сопротивление контакта в нормальном состоянии), величина которого близка к теоретически ожидаемой; У. Джанг и др. сообщили об успешном использовании соединения Вц^РЬо, 6Зг2Са2Си3ох для создания радиочастотного снвида с рекордно высокой рабочей температурой Тоаб=101 К; в работе X. Лжианг с йоавторами в микромостике из УВаСиО получена максимальная, на сегодняшний день, плотность критического тока ,1(3=1. ЗхЮ9 А/см2. Однако, следует отметить, что вышеупомянутые результаты получены- в единичных экспериментах. В настоящее время создание серийных криозлектронных приборов на базе ВТСП сильно затруднено иэ-за специфических особенностей ВТСП. К ним, в первую очередь, следует отнести малую длину когерентности 5 и малую длину свободного пробега квазичастичных возбуждении 1. Поверхность ВТСП легко реагирует с материалом подложки, что

- а -

приводит к ее деградации. Поверхность некоторых ВТСП легко реагирует с водой и углекислым газом- Нестехионетряческие поверхностные слои теряют сверхпроводящие свойства и находятся в диэлектрическом или резистивном состояниях, так что существенную роль в Формировании сверхпроводящих свойств приповерхностных слоев может играть эффект близости. Исследования ВТСП методом туннельной спектроскопии указывают на сильное размытие плотности состояний на границе энергетической щели, приводящее к размытию вольтамперных характеристик СВАХ) туннельных контактов. Так, по данный большого числа работ характерный вертикальный рост тока в 1-3 контактах (Б-сверхпроводник, 1-изолятор), сохраняющийся у классических сверхпроводников практически вплоть до Тс, . отсутствует в случае ВТСП образцов лаже при гелиевой температуре. Продолжает существовать разброс в экспериментальных данных, характеризующих основные Физические свойства ВТСП, что в свою очередь затрудняет однозначный выбор Физического механизма, определяющего явление высокотемпературной сверхпроводимости.

Перечисленные выше проблемы определяют актуальность проведении туннельных измерения на образцах ВТСП с совершенной поверхностью, обладающей свойствами, близкими к обьемным свойствам исследуемого материала.

ЦЕЛЬ Я ЗАМШ) ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель насгояшея работы состояла в экспериментальном исследовании одкочастичного туннелисования в контактах на микротрешне в монокристаллических (Фаза 2:2:1:2) и поликристаллических (Фазы 2:2:1:2, 2:2:2:3 исрастания фаз 2:2:1:2 и 2:2:2:3) образцах В13гСаСиО:Ръ и вискерах В15гСаСиО (Фаза 2:2:1:2) в широком интервале температур, в определении иа экспериментальных данных величины шелевога параметра А и ее температурной зависимости, в выяснении роли эффекта близости в формировании свойств туннельных структур и в изучении тонкой структуры на ВА.Х, связанной с особенностями объемных и поверхностных свойств ВТСП -материала-

В задачи диссертационной работы входило: 1. разработка методики приготовления туннельных контактов на микротрешине,

2- исследование особенностей НУ)-, <11 (Ч)/аУ- и <12ПУ)/ау2- характеристик переходов типа Б-1-5. 3-М-1-Ы-5 и 3]-Эз"I-Б2~3; в интервале температур 4-2 к < т ! Тс.

3- изучение влияния эффекта близости на БАХ контактов на микротретине в образцах, содержащих срастания Фаз 2:2:1:2 и 2:2:2: 3,

4- исследование тонкой структуры, возникавшей на ВАХ контактов на минротрепшне в В13гСаСиО:Рь,

5. установление отношения 2М0)/кТс у структурно однородных ВТСП- вискеров В15гСаСиО со структурой Фазы 2:2:1:2-НАУЧНАЯ ишианд идиш*.- -

1. Разработана модифицированная методика приготовления дхоэёФсоновских контактов на микротрещине, позволяюшая исследовать ВАХ тонких монокристаллических и поликристаллических образцов В15гСаСиО:Рь (Фазы 2:2:1:2, 2:2:2:3 и срастания Фаз 2:2:1:2 и 2 = 2:2:3) и вискеров В15гСаСиО (Фаза 2:2:1:2> микронных размеров- в широком интервале температур'4-2 К ; Т ! Тс.

2- Впервые на ВАХ ВТСП контактов джозеФсоновского типа .обнаружен участок вертикального роста тока в области шелевых смешения.

3, Для образцов В1 БгСаСиО: Рь. содержащих срастания Фаз, с поношь» метода туннельной спектроскопии обнаружена аномальная температурная зависимость шелевого параметра, которая может быть объяснена сильным действием эффекта близости в этих материалах.

4. Высказывается предположение о том, что появление участка вертикального роста тока на ВАХ контактов типа 51-52-1-32-31 может оь[ть связано с эффектом "залечивания" неоднородностеи в "с;;аОсм" сверхпроводнике со стороны подложки из "сильного" сверхпреподника в результате действия эффекта близости-

5- На влх ряда исследованных контактов на микротрещине на базе БТСп материала, обнаружена "5"- образная характеристика

в области шелевого смещения, которая объясняется инжекгшей неравновесных носителей в прибасьерную область контакта пои больших плотностях тока.

6. На ВАХ контактов на микротсешине у монокристаллических и

поликристаллических образцов со структурой Фаз 2:2:1:2 и 2:2:2:3 в широком температурном интервале обнаружена резонансная структура. которая может ' быть связана с присутствием де-Женовских уровней в прибарьерной области контакта.

1- При смешениях выше шелевого, на второй производной от ВАХ контакта на базе В13гСаСиО:рь (2;2-1:2-Фаза) обнаружена структура, совпадающая по своей Форме с энергетической зависимостью Фононной плотности состояния в этом материале. Присутствие указанной структуры. возможно, является следствием сильного электрон-фононного взаимодействия в БТСП- материале.

6. Исследования ВА.Х контактов на микротрешине в вискерах ВАБгСаСиО позволяют заключить, что. при использовании материалов с совершенной структурой величины щелевого параметра Д и критической температуры тс хорошо воспроизводятся, причем, отношение 2Д(0)/ктс сотавляет 7.540- 2. что, возножно, является следствием сильного электрон-фононного взаимодействия в ВТСП- материалах. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ЕАШШ

Полученные в диссертационной работе ВАХ длсозеФсоновских ВТСП-контактов с вертикальным ростом тока при У-2Ь/е указывают на принципиальную возможность создания на их основе детекторов и смесителей слабых сигналов в СВЧ- и ИК-диапазонах. Данные о аномальной температурной зависимости шелевого паранетра у образцов, содержащих срастания Фаз, и о тонкой структуре на ВАХ джозеФсоновских ВТСП-контактов могут оказаться существенными при выяснении природы высокотемпературной сверхпроводимости.

АПРОБАЦИЯ РАНОШ

Основные руэультаты диссертационной работы домладиналжь на:

- научных конференциях "Ломоносовские чтения". Москва, 1991 г. , 1992 г.

- Международной конференции "SQUID-9r, Берлин, 1991 г.

- Международной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости и локализаиионнын явления», Москва, 1991 г.

- 1 Международной конференции по микроконтактноя спектроскопии, Харьков, 1991.

- Международной конференции по материалам и механизмам сверхпроводимости в ВТСП III, Канаэава, Япония 1991.

- XXIX Совещании по Физике низких температур, Казань, 1992.

По результатам диссертации опубликовано 11 печатных работ.

С1ЕШХЕА И ОБЪЕМ ЖССЕЕГАШШ.-Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 108 наименования, диссертация содержит страниц машинописного текста, 5 таблиц и 62 рисунка.

Во ШЕДШИЙ обосновывается актуальность темы диссертационной работы, Формилируются цели и задачи исследования и кратко излагается структура и содержание диссертации.

В ПЕЕШЯ ГЛАВЕ обсуждаются основные Физические свойства ВТСП. Рассмотрены кристаллографические структуры семейств ВТСП YBaCuO, BlSrCaCuO И TlCaBaCuO. Поиск НОВЫХ соединений идет по пути усложнения химического состава и

Конструирования соединений, сочетающих в своей структуре уже

i ■

известные сверхпроводящие купраты. Обсуждаются общие признаки известных ВТСП- структур, к которым следует отнейти: нестехиометричность. слоистость и перовскито-

I

подонность структур с различным числом и разной послеяова-

тельностыо упаковки металл-кислородных слоев; принадлежность к классу купрятов; присутствие элементов, способных образовать перовскитные соединения.

Глубина проникновения магнитного поля в ВТСП А существенно превосходит по величине длину когерентности ^ак что ВТСП относятся к сверхпроводникам второго рода.

Температурная зависимость теплоемкости С(Т) имеет скачок при Т=ТС. Отклонение С(Т) пси низких температурах от ЕКШ-зависимости объясняется сильной связью, Флуктационными эффектами или их совместными действиями.

В первой главе также обсуждаются особенности ВАХ туннельных и квантовых (джозефсоновских) контактов на сверхпроводниках. Приведен обзор работ по одночастичноиу туннелировангао и эффекту близости в ВТСП- структурах.

Существует большое число эффектов, приводящих к появлению дополнительной структуры на ВАХ 5-1-5 контактов как при смещениях V!2Д/е, так к при Примерами таких

эффектов являются: двухчастичное туннелирование, субгармоническая структура, кулоновские эффекты, осциллянии яе кена-сент Джеймса, осцилляции Томаша, ступеньки Фиске, ступеньки нулевого поля. В случае сверхпроводников с сильным электрон-Фононным взаимодействием плотность состояний имеет дополнительную структуру при энергиях Е2 2Д, что проявляется на а21/<1У2- характеристиках в виде особенностей, имеющих сходство с . энергетической зависимостью фононной плотности состояний.

Получение идеальной ВАХ Б-1-3- контактов представляет на практике большие трудности. Прежде всего небходимо, чтобы время жизни квазичастичных возбуждения т, было достаточна велико (в противном случае плотность состоянии будет "размазана", что приведет к размытию ВАХ даже при т-ОЮ. Граница Э-1 должна быть резкой. Наличие нормального слоя на этой Гранине (т.е. при структуга 3-М-1 вблизи поверхности) приводит к появлению новых свойств, отличных от свойств обычного 3-!-$ (Я-1-М) контакта. Если контакт между нормальной и сверхпроводящей областями является достаточно

- ? -

хорошим в электрическом отношении, то купевовские пары могут диффундировать из сверхпроводника в нормальный металл, это означает, что параметр порядка в N области становится отличным от нуля. В этом заключается суть эффекта близости. Характерной особенностью ВАХ S-N-I-N-S контактов лвляетяся наличие всплеска избыточного тока ("колена") при щелевом смешении и отличие температурой зависимости шелевого параметра Д(Т) от соответствующей зависимости для S-t-S контактов. "Колено" на ВАХ является характерным также для. контактов 5]-Sg-I-S2-S], где S|- массивный сверхпроводник с критической температурой Tcj, S2- тонкий слоя сверхпроводника с Тс;з <ТС1<ТС2>' в последнем случае температурная зависимость Д(Т) имеет особенность при Т=ТС2-В случае классических сверхпроводников теория эффекта близости разработана достаточно хорошо," в частности, теория Макмиллана, а также более последовательная теория Голубова и Куприянова, хорошо описывают ВАХ и зависимости Д(Т) для вышеупомянутых контактов.

К настоящему времени опубликовано большое число работ, посвященных исследованию одночастичного туннелирования и эффекта ЛжозеФсоиа' в ВТСП. Для целей туннельной спектроскопии используются как N-I-S, так и s-1-S контакты. Наилучшие результаты получены на контактах на бинристаллических границах, на межзеренньгх границах (контакты типа S-1-S) и на контактах на микротсешине (Ьгеак junctions)(контакты типа S-I-S или S-N-I-N-S). Практически во всех случаях используется естественный барьер, возникающий на поверхности ВТСП или на бикристаллической или межзеренноя границе и имеютия по данным большого числа авторов шоттковский характер. Успех • контактов,, на микротре'шине объясняется тем, что в этом случае .контакт образуется на криогенных сколах, качество поверхности которых в настоящее время является наивысшим. Тем не менее, исследования показывают, что даже в этом случае щелевая структура на ВАХ оказывается размытой, так что ни одной вольтамперноя характеристики с вертикальным ростом тока.при

- а -

У=2Д/е вплоть до настоящего ' времени авторами не опубликовано.

Получение вертикального скачка гока цт У-24/е у .туннельного 5-1-3 контакта на базе ВТСП позволило бы создать идеальный детектор очень слабых сигналов, обладающий высокий, ^седельной частотой (далекая ИК область) и пщрокин 'динаиичояким диапазоном, что является следствием большой величины щелевого параметра. в случае классических сверхпроводников расширение динамического диапазона Б-1-3 детекторов достигается последовательным включением: рескольких 3-1-3 контактов.

В последнее время появились работы, указывающие на возможность существования сильного электрон-Фотонного рзаимодеиствия в ВТСП. К нин относятся-, обнаружение Фононной ртруктуры на ¿2 [/¿^-характеристиках; большое отношение 24/кТс, превышающее примерно в два саза аналогичную величину у классических сверхпроводников; обнаружение кубической Температурной зависимости параметра затухания Г, обрату пропорционального вренени жизни квазичастичных возбуждений т; (имеется соответствующая теория Е. г. Максимова применительно к ВТСП).

Температурная зависимость щелевого параметра д(Т) у ВТСП по данным большого числа авторов согласуется с Формальной теорией БКШ.

Появились работы, в которых сообщается о. тон, что эффект близости работает в ВТСП-структурах на расстояниях, нанного превышающих длину когерентности полученную из

I

магнитных измерении. Физическая природа дальнодействия эффекта близости в ВТСП пока остается не ясной.

ж) ВТОРОЙ шве диссертации приведено описание экспериментальной установки. Рассмотрены структурные особенности исследованных образцов. описана ' методика приготовления туннельных переходив на кикротрещинах.

Для получения и записи I г V) -. <И(У)/<1У- и а21/йУ2-зависимостеи туннельных структур на основе В13гСаСиО-материалов использовался модернизированный автоматический

ноет, регистрирующий изменение проводимости Ю-4 (Он)"1, при уровне модуляции 10~5*10~2 В.

В работе исследовались монокристаллические и поликристаллические образцы ВТСП семейства BiSrCaCuO. легированные свинцом (Фазы 2212. 2223 и срастание Фаз 2212 и 2223) и вискеры BiSrCaCuO (чистая Фаза 2212). синтезированные в различных лабораториях.

Критическая тенпература сверхпроводящего перехода Тс. как у монокристаллических. так и у поликристаллических образцов, определялась по зависимости от температура амплитуды щелевой структуры на dl(V)/dV- характеристиках исследованных контактов. Этот метод определения Тс является более надешпшн, так как позволяет найти Тс в контактной области, ясно, что в случае сильно неоднородного образца критические температуры, определенные río этой методике и по температурной зависимости сопротивления R(T). могут не совпадать.

Рентгенографические исследования образцов, содержания срастания фаз показали, что образцы содержат около 90'/- Фазы 2223 и по 5Z фаз 2201 и 2212. На рентгенограммах порошка образцов обнаружены' рефлексы, указывающие на наличие в образцах Фаз упорядоченного срастания. Эти Фазы имеют структуру упорядочений чередующихся по оси с слоев Фаз 2201, 2212 и 2223. Ренгеноструктурный анализ вискеров показал, что они в , основном состоят из Фазы 2212. т.е. являются структурно однородными. Вырашеиные вискеры имели толщину 1 ' 2 мки, цшгину 10 ' 150 нкм и длину 2 * 7 мм. Температура сверхпроводящего перехода составляла Гс = 80 К.

В ' работе разработана модернизированная методика создания контактов на микротрешне ("break Junctions"). .

Образцы монтировались на рабочем столике типа „•"крест*' (вискеры - на поперечных потенциальных и токовых пяткчках) из тонкого Фольгированого стеклопласта с концентратором мехашпеских напряжения в центральной части столика. Электшпйския контакт между образцом и тоновыми и потенциальными иелными "пятачками" осуществлялся с помощью

индии-галлиевого припоя. При комнатной температуре образец Фактически "плавал" в жидком индий-галлиевом припое, что предохраняло его от повреждении при установке на вставку. Никвотрепшна генерировалась в всидкон гелии с помошью микрометрического винта.

В третьей ^ ГЛАВЕ излагаются результаты экспериментального исследования ВАХ контактов на микротрешине в монокристаллических (Фаза 2212) и поликристаллических (фазы 2212, 2223 и срастания Фаз 2212 и 2223) образцах ВгЗгСаСиО:Рь в широком интервале температур.

ВАХ контактов 1 на базе монокристаллических и поликристаллических образцов со структурой Фаз 2212 и 2223 имели более или ненее размытую шелевую особенность, так что вертикального роста тока при V ~ 2Д/е не наблюдалось- В большиндтве случаев наблюдался "всплеск" избыточного тока ["колено") при V ~ 2Д/е, что может быть связано с появлением нормального Ы- слоя на границе сверхпроводник - изолятор пои образовании барьера Шоттки на поверхности ВТСП (т.е. реализацией в микротрешине сложной З-ЬЫ-И-З- структуры). Теоретический анализ ВАХ Б-ИЫ-Н-З- контактов, выполненный в н. ю, Куприяновым и а. А. Голубевым, подтверждает возможность появления "колена" на ВАХ в области щелевых смешений.

Величина щелевого параметра Д(Т) находилась, из расстояния Ч- 4Д/е ■ между пиками динамической проводимости на (НРЛ/аУ характеристике. Для образцов Фаз 2212 и 2223 отношение 2Д/кТс лежит в интервале 5. 8 * 6. 8., а температурная зависимость' иели Д(Т) хорошо описывается Формулой Таулесса, практически совпадающей, в приведенных координатах, с Формальной теорией БКШ.

хорошо воспроизводящийся участок вертикального роста тока в области "щелевых" смешений наблюдался при низких температурах на ВАХ контактов на микротрешине у поликристаллических образцов, содержащих срастания Фаз 2212 и 2223 (вис. 1). си/ау-характеристики в атом случае имели вид дельта- функции (рис. 2) при температурах до ~50К, что Позволило проследить зависимость Д(Т> с достаточной

- и -

2-

0-

-1-2-

-3-

BlSrC»CuO:Pb (2213+-32Z3) 0S4c(polycr.) Т = 4.3 К /

/

-60 .-+5 -30-15 0 15 30 45 60 V, raV

Рис. 1. Вольтаипешая характеристика контакта на микротрешинч в поликсисталлическон образце BiSrCaCuO: Рь, содержащем срастания Фаз 2223 и 2212 при Т=4. 2К (образец OS-4C)

$2Н

1 -

4-

й -

^ BiSrCoCuO:Pb (221 2+2223) OS-4с

I

I I 1 | I -60 -40

Т

T=>SO к

т«во к

Т=70 К Т=.55 К

Т=50 К Т=>45 К -I

-20 0 20 V, mV

Т=40 К т:—

т=за к -

Т=4.2 К

I I I 1 I I I | I I I

40

60

¿ис. 2- dI(V)MV- характеристики контакта на. пик&отгепшне в Л ол ик рис т ал л ич е ск о м образие сеши 0S-4C (Bi ЗгСаСиСкРЬ, ''2212 + 2223 Фазы), записанные в широком интервале температур.

т, к

Рис. 3. Температурные зависимости величины 2Д у образцов Г31ЧгСаСиО:РЬ! 1~ и 2- образец 03-4с содержащий срастания Фаз 2?23 и ?212, 3- образец БиБН-Зь (2212- Фаза). Сплошные линии

рис. темпесатуркые завксиностя величины г* V озмэппе

В 1Яг-СаСиО '-образец ( 2223-Фаза). Г—4 • обрлзак серии

•РПЙН ¡2212 + 2111 Сазм), оГ>йа*еи 1.1Ь-2Т (2212 Фаза). •"ЯДоаиШГ: л.'НИИ ■• рДСЧе? ПП •К'РМУЛ® Т':УЛ ее С л •

точностью. Наличие "колена" на БАХ (рис.1), особенности температурных зависимостей амплитуды пиков динамической проводимости А(Т) и шедевого параметра ДСП (рис. 3.ветвь 2) при температурах, близких н Тс Фазы 2212. дают основание считать, что иы имеем дело с контактом типа S1-S2-I-S2'Sj. При т г 60 К на БАХ образца 0S-4c была зафиксирована допольнительная щелевая структура малой амплитуды, которая дала вторую ветвь 2Д(Т) на рис.3 (ветвь 1), хорошо согласующуюся с теоретическим расчетом по Формуле таулесса (сплошная линия на рис. 3) и соответствующую по нашему убеждению, чистой Фазе 2223. ветвь 2 на рис. 3. соответствующая основной щелевой особенности на ВАХ образца 0S-4c, может быть отнесена к тонкому слою (возможно, монослою) Фазы 2212, шелевой параметр в котором существенно увеличен из-за действия эффекта близости в сруктуре Sj^-I-Sg-Sj. Мы считаем, что при генерации никротрещины разлом образца происходит в "слабом" месте, каким, видимо, является слой 2212- Фазы. В результате образуется S j-S2-I-Sg-Sj структура с массивным сверхпроводником Si ( Фаза 2223 ) и тонким слоен S2 Фазы 2212 ( Д(0)2212 к ДiO'2223 >•

На рис. 4 приведены зависимости 2Д(Т! в чистой Фазе 2223 (ветвь 1, поликристаллический образец VS-1), в чистой Фазе 2212 (ветвь 5, нонокристаллический образец LIL-2T), а также в поликристаллических образцах серии BUSH (ветви 2-4), содержащих срастания Фаз. Полученные температурные зависимости 2Д(Т) (рис.4) типичны для бислоев сверхпроводников с различающейся критической температурой, где эФФект близости играет существенную роль. Из' рис. 4 видно, что значения д<0) различных образцов серии BUSH (ветви. 2-4) распределены между значениями шелевых параметров Фазы 2212 (А(0) 221 и фазы 2223 <Д (0)2223'' Последнее может быть объяснено различной толщиной слоя Sj- сделано предположение,' что в ланном случае "сильный" сверхпроводник (2223) с большим значением ^2223 оказывает "залечивающее"

действие на тонкии слои слабого сверхпроводника (2212),

>

сглаживая Флуктуации щелевого параметра в плоскости слоя.

- Н -

это приводит к росту времени жизни квазичастичных возбуждения т и к уменьшению размытия пика плотности состоянии, что возможно, и вызывает появление участка вертикального госта тока на БАХ контакта.

качественно отличное поведение 2МТ) обнаружено нами у монокристаллического образца 1Л1-2Н (ветвь 2 на рис. 5). В указанном случае предполагается образование структуры З^-Э1-1-5¡-32' где сверхпроводящая Фаза 2212, Э]- тонкий слой

сверхчюоьодшаеи Фазы 222 3. щелевой параметр в котором сильно занижается с росток температуры из-за эффекта близости.

Остается неясным, как соотнести полученные результаты с малым, порядка 10А, значением длины когерентности * в ВТСП, полученным из измерений второго критического полл ИС2'

На ВАХ некоторых поликшсталлических оОраэиоп при адлеьых смешениях наблюдалось возникновение "г"-образности. Уменьшение щелевого параметра в исследованных контактах с гчютсм тока может быть объяснено резким увеличением концентрации неравновесных кпазичастии п прибарьерной

Т, К

гно. с>- Теипературни«1 эавислиэсти величины у образцов В1Г.гСаСиО:Рь: 1- Образец 1 кчэа). ?.- ОГч>аз«П

(27'.\? * 2223 Фазаь образец Ш.-ЗТ '.г?.!?. Фаза)

области в результате инжекши пси больших плотностях тока через контакт.

В ЗЕ1ШЕ10Й главе приведены результаты исследования тонкой структуры на ВАХ контактов на микротрещине в широком температурном интервале 4. 2 К ! Т s тс.

На d[(V)AiV- характеристиках контактов на микротрещиие в моно- и поликристаллических образцах обнаружена "резонансная" структура, имеющая вид эквидистантных осцилляции- Зависимость номера осцилляции от смешения хорошо ложится на прямую линию (рис.6). Основные особенности обнаруженной "резонансной" структуры на ВАХ исследованных образцов сводятся к следующему:

1. осцилляции наблюдаются как в случае монокристаллических, так и в случае поликристаллических образцов'.

2- осцилляции имеют эквидистантный характер и распространяются в некоторых случаях в эашелевую область смешений (юис. 6)¡

3- У образцов Фазы 2:2:1:2 период осцилляция ¿V воспроизводится с хорошея точностью <5V=(2-5 t 0-3) мВ и не зависит от макроструктуры (моно- или поликристаллы) и от конкретной геометрии контакта;

4- у образца Фазы 2:2: 2; 3 период оспиллляиия SV- (2- 0 í 0.2) «В на 20'/- меньше , чем у Фазы 2•• 2 ■ 1 = 2;

5. в отличие от шелевоя структуры положение осцилляпионных пиков на dt/dV- характеристиках не зависит от температуры; 6- амшшгула осцилляции с ростом температуры быстро понижается, причем при Т ¿ Тс "резонансная" структура' на di/dV - характеристиках исчезает полностью-

Из сравнения полученной "резонансной" структуры с изученными ранее типами структур на ВАХ классических туннельных контактов сделано предположение, что возможной причиной появления ■ "резонансной" структуры является возникновение связанных состояний де-Жена - Септ Джеймса в узком нормальной слое в приповерхностной области ВТСП-эДектродов-

На d2I (V) /<iV2 - характеристике контакта на микротоечаше

70 И -«в -

I

"1

29 -

I

<0-1 О ' ..(О -1

•га -

I

-во -1

I

-И -( -10

в15гС«РЬСиО ( твпосг. ) I I I - 30 Г ш АЛ К 2/^0) « Л 1с«Ял •• ».» тУ

-из

-м

о

V . тУ

Рис.6. НУ)-нинюотоешине в (2:2;1¡2) сепии

и ¿И(У)/йУ - характеристики

нонокристалическом 111-20 при Т-4. 2 К-

образце

контакта на В13гСаСиО'.РЬ

м ■

го -

В) 8г С« Си О I РЬ

I I 17« - 1 , 4 I (V ) / * V

производная (V- ?,Д/е ! У

V - гл. / » . тУ : Е . те»У

((1-ПУ)/(ЗУ2) п зависимости от контакта на микрощ^шшй п

........гталличвскок оьрззш? 1.1!.-7-10-2 пек Т-.|. ?.К (кривая П и

пониал плотность состояния. <5'11-«> в функции от энергии у ;.эг2СаСи20& (кривая 2).

Рис. 7. Вторая наш>я*.ения

в монокристаллическом образце со структурой Фазы 2212 при ¡У^гл/е обнаружена характерная структура (рис. 7, кривая 1), имеющая Формальное сходство с Фононной плотностью состояний в В^ЭггСаСизОд, определенной по рассеянию тепловых нейтронов (рис. 7, кривая 2), что указывает на возможность сильного электрон-Фононного взаимодействия в этой материале.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования одночастичного туннелирования в контактах на микротрешине в ВТСП- вискерах ВхЗгСаСмО. Установлено, что у структурно однородных ВТСП, типичными представителями которых являются вискеры, щелевой параметр Д и критическая температура тс воспроизводятся с хорошея точностью, причен отношение 2Д(0)/ктс более, чем в два раза превосходит аналогичную величину у . классических сверхпроводников со слабой связью, что указывает на возможность аномально сильного электрон-Фононного взаимодействия в ВТСП материалах.

111 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Разработана модифицированная методика приготовления джоэеФсоновских контактов на микротрешине, позволяющая исследовать ВАХ тонких нонокристаллических и поликристаллических образцов ВгЗгСаСиО'РЬ (Фазы 2:2:1:2. 2:2:2:3 и срастания Фаз 2:2:1:2 и 2:2:2:3) II вискеров ВгЗгСаСиО (Фаза 2:2:1:2) микронных размеров В широком интервале температур 4. 2 К Т ! тс.

2. Впервые на ВАХ ВТСП контактов джозефсоновского типа обнаружен участок вертикального роста тока в области телевых смещения, полученный результат имеет большое значение- для будущих применения ВТСП- контактов в качестве детекторов слабых сигналов в СВЧ- и ИК- диапазонах.

3. У образцов ВхБгСаСиО:рь, содержащих срастания Фаз, с помощью метода туннельной спектроскопии обнаружена аномальная тенператуюная зависимость шелевого параметра, которая может быть объяснена сильным действиен эффекта близости в этих материалах.

4. '> Высказано предположение о том, что появление участка

вертикального роста тока на ВАХ контактов типа Si-Sg-t-Sg-Sj ножет быть связано с эффектом "залечивания" неоднородностей в "слабом" сверхпроводнике со стороны подложки из "сильного" сверхпроводника в результате действия эффекта близости.

5. На ВАХ ряда исследованных контактов на никротрешше на базе ВТСП- материала, обнаружена "S"- образная характеристика в области щелевых снешений, которая объясняется инжекциеп неравновесных носителей в пшбарьерную область контакта при больших плотностях тока.

6. На SAX контактов на нккрогрешине у нонокристаллических и поликристаллических образцов со структурой Фаз 2:2=1:2 и

2:2:2:3 в широком температурном интервале обнаружена "резонансная" структура, которая ножет быть связана с присутствием де-Женовских уровней в прибаюьерной области контакта.

7. При смещениях вше щелевого, нз второй производной от ВАХ контакта на базе BiSrCaCuO:Pb (2:2=1:?.- йаэ а} обнаружена структура, имеющая сходство с энергетической зависимостью Фононноя плотности состояния в этом материале. Присутствие указанной структуры, возможно, является следствием сильного элекгрон-Фононного взаимодействия в ВТСП- материале.

8. Исследования ВАХ контактов на микротрешине п вискерах BiSrCaCuO позволяют заключить, что при использовании материалов о совершенной структурой величина щелевого параметра, полученная с помощью туннельное спектроскопии, находится в однозначном соответствии с Тс материала, причем, отношение 2М0)/к.Тс сотавляет 7. 5 i О- 2, что., возможно, является следствием сильного электрон-Фононного нзаимодействия в ВТСП материале.

По теме диссертации опубликованы слецу-шия работы: J. Аминов F. А.. Буш A.A., Кауль А-Р. , Куликов H.a., Леонюк Л- и. , оськина Т- Е. . Пеляш Н. В-, Петров Д. К. , Пономарев Я. Г'. , Ракимов X. Т.. Сетупати-к. . судакова. И-в. Влияние эффекта близости на польт;\мпеснип характеристики контактов на ии;;;к>трешине в Bi-St-Ca-Си-0:Рь.//Письма в ЖЭТФ. - l?9l, -Т- VI

ВЫП. -C. 52-57.

2■ Bush. A. A, LeonyuR. L. I, Osk'ina. Т.Е. Pedyash . H. V. Petrov. D.K. Ponomarev. Ya. G, Rakhimov. H. T, Sethupathi. K. Influence of the proximity effect on current-vo1tage characteristics of break Junctions in Bi-Sr-Ca-Cu-O:Pb. Proc. International Conference on High Temperature Superconductivity and Localisation Phenomena.-Moscow.USSR. 11-15 Hay 1991.

3. B. A. Ami no v I A.A.Bush. L. I • LeonruK, Т. Е- Озкта, И. V. Pedyash , D-K. Petrov, Ya. G. Ponomarev, H. T. Rakhimov, K-Sethupathi, H. V- Sudakova. Fine structure in the Tunneling Characteristics of Ba-Sr~Ca-Cu-0:Pb. Proc. SQUID'91." Berl m, Germany, 18-21 June 1991.

4. B. A. Ammov, M. V. Pedyash, D. iC. Petrov, H. T. Rahimov, K. Sethupathi, M V. Sudakova, Ya. G. Ponomarev. Single particle tunneling and Josephson effect in iliSrCaCuO and TUtf.'iCaCuO compounds. // PhY.nr.i С- -1991. 1 S3- tee. -p. 2533-2534.

5. L. 1 • Leonyuk, H- T- Rakhimov, K. Sethupathi. Observation of resonance structure on the current-voltage characteristics of break Junctions on Bi-Sr-Ca-Cu-O! Pb. Proc.. First International Conference on Point-Contact Spectroscopy. -Kharkov, Ukraine, 4-10 September 1991.

6. Influence of finite life time of quasipartic1 es on the I-V-characteritics of break Junctions based on high-Tc supercoductors. H. V- Pedyash, D. Petrov, Ya. G. Ponomarev, H. T. Rakhimov, Proc. First International Conference on Point-Contact Spectroscopy.-Kharkov, Ukraine, 4-10 September 1991.

7. Бранит H. Б., Бройле Е. Л. , леонюк Л. И., Педяш М- В. , Петров д. к.. Пономарев Я. Г., Рахимов X. Т. , Сетупати. 1С. , Судакова. М. В., Теннакун А. Б. Туннельный эйФект в контактах на микротрещине в Bi-Sr-Ca-Cu-O:Pb. // ФИТ.-1991. -Т. 17, вып. 7. -С. 852-858.

8. Педяш М. В, Петров Я. К, Пономарев Я. Г, Рахимов " X. Т, ретупати. к, судакова. к. в. Исследование температурное зависимости щелевого параметра в Bi j, jPbg. sS^CajCujOiQ. Препринт МГУ N. 7 /1941 ■

9.: Леонюк л. И. ■ Педяш М. В. ■ Петров Я. к., Пономарев Я. Г. , Рахимов Х- Т. ■ Сетупати. К-, Судакова- м. в., теннакун А. Б. Температурная зависимость щелевого параметра в Вх-Бг-Са-Си-0:РЬ. Препринт МГУ N. 15 /199110- Педяш Н. В. Петиив Я- И, Пономарев Я. Г, Рахимов X. Т, Сетупати. К, Судакова. М. В. Температурная зависимость шелевого параметра в В1 эРЬо, 55г2Са2СизОю- У' Сверхпроводимость: физика, химия, техника.-1991. - Т. 4, N. 11.-с. 2128-213211. Пономарев Я-Г., Рахимов X. Т., Петров Д. К., Шабалин м. Е-Эффект близости в контактах на микротрешине в В1-5г-Са-Си-0'Рь> // Тезисы докладов ХХ1Х-го Совещания по Физике низких температур, г. Казань -1992., -ч. 1, -с-28.