Исследование особенностей ВАХ Джозефсоновских контактов на базе Bi-Sr-Ca-Cu-O: Pb тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 537. 312- 62

РАХИМОВ ХАИРУЛЛО ТУРСУНОЕИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВАХ ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ КОНТАКТОВ НА БАЗЕ В1-Зг-Са-Си-0:РЬ

Специальность 01. 04- 09 Физика низких температур и криогенная техника

Автогевеоат

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. м. в. Ломоносова

■Научный руководитель: доктор Физико-математических наук, доцент Я. Г. Пономарев.

Официальные оппоненты: доктор Физико-иатематических наук Р- о. Зайцев, кандидат Физико-математических наук Д. И. ГОЛОВЭ.ШКИН

Ведущая организация - Институт Обшей физики РАН.

Зашита состоится <<Л5~>> ¿г^х^У^З 1992 года

в 15.30 часов на заседании специализированного совета N 2

(К 053- 05. 20) Отделения Физики твердого тела Московского

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

! 19899. ГСП, Москва, Ленинские горы, нгу, Физический Факультет, криогенный корпус, аудитория 2-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического Факультета МГУ.

Автореферат разослан <<.-9 1992 года.

Ученый секретарь спепиализированногс совета

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Открытие в 1986г. высокотемпературной сверхпроводимости Дж. Бепношем и К. Нюллесои В сиситеме Ьа2-хЗгкСиО стимулировало мощный поток исследования по поиску, синтезу и определению Физических параметров огромного числа различных оксидных соединения, главный образом, на основе кулратов меди. На сегодняшний лень число высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) превышает пятьдесят.

ВТСП характеризуются высокой критической температурой ■Тс и большой энергетической целью, на порядок превосходящими соответствующие значения для классических сверхпроводников. Последнее открывает широкие возможности для создания нриоэлектронных приборов: детекторов, смесителей (в области ИК- и свч-диапазонов), СКВИЯов 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. Аминова (кандидатская диссертация, 1990г.) для джоэеФсоновского контакта, на базе ВТСП было получено характерное' напряжение УС=1С-1?П ( 1с-критическия ток, Нп- сопротивление контакта в нормальном состоянии), величина которого близка к теоретически ожидаемой; у. Яжанг и др. сообщили об успешном использовании соединения В11.4Рь0. б3г2Са2СиЗ°х пля создания радиочастотного сквида с рекордно высокой рабочей температурой ТсадМ01 К; в работе X. Джианг с Соавторами в микромостике из УВаСиО получена максимальная, на сегодняшний день, плотность критического тока Лс=1-3х109 А/см2, однако, следует отметить, что вышеупомянутые результаты получены^ ■ в единичных экспериментах. В настоящее время создание серийных криоэлектронных приборов на базе ВТСП сильно затруднено из-за специфических особенностей ВТСП. К ним, в первую очередь, следует отнести малую длину когерентности % и малую длину свободного пробега квазичастичных возбуждений 1. Поверхность ВТСП легко реагирует с материалом подложки, что

- г -

привалит к ее деградации. Поверхность некоторых ВТСП легко реагирует с водой и углекислым газом- Нестехиометрические поверхностные слои теряют сверхпроводящие свойства и находятся в диэлектрическом или юезистивном 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 (ВАХ) туннельных контактов. Так, по данный большого числа работ характерный вертикальный рост тока в Э-I-Б контактах (¿-сверхпроводник, I-изолятор), сохраняющийся у классических сверхпроводников практически вплоть до Тс, отсутствует в случае ВТСП образцов даже при гелиево^ 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 измерений на образцах ВТСП с совершенной поверхностью, обладающей свойствами, близкими к объемным свойствам исследуемого материала.

ЦЕЛЬ И ЗАДАМ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель настоящей работы состояла в экспериментальном исследовании одночастичного туннелирования в контактах на никротрешне в монокристаллических (фаза 2:2;1:2) и поликристаллических (фазы 2:2:1:2, 2:2=2:3 и срастания фаз 2:2:1:2 и 2:2:2:3) образцах Вх8гСаСиО:Рь и вискерах В15гСаСиО (Фаза 2:2:1:2) в широком интервале температур, з определении из экспериментальных данных величины щелевого параметра л и ее тенлерагурной зависимости, в выяснении ролК эффекта близости в формировании свойств туннельных структур и в научении тонкой структуры на ВАХ, связанной с особенностями объемных и поверхностных свойств ВТСП -материала-

В задачи диссертационной работы входило:

1. разработка методики приготовления туннельных контактов на никротреншне,

2. исследование особенностей I (V) -, И (V) МУ- и

характеристик переходов типа 3-1-3, 3-Ы-1-Ы-3 и ЗрЗг-ЬЭг-Э! в интервале температур 4. 2 К ! Т ! Тс, 3- изучение влияния эффекта близости на ВАХ контактов на иинротрешине в образцах, содержащих срастания Фаз 2:2:1:2 и 2:2:2:3,

4. исследование тонкой структуры, возникающей на ВАХ контактов на иикротрешине в В1БгСаС\10:Рь,

5. установлений отношения гмси/кТс у структурно однородных ВТСП- вискеиов В1ЭгСаСиО со структурой Фазы 2:2:1:2,

НАКННАЯ НОВИЗНА ЕАШШ

1. разработана модифицированная методика приготовления дзтзеФсоновских контактов на ииксотрешне, позволяющая исследовать ВАХ гонких монокристаллических и поликристаллических образцов ВхЗгСаСиСКРъ (Фазы 2:2:1:2, 2:2:2:3 и срастания Фаз 2:2=1:2 и 2:2:2:3) и виснеров В1ЭгСаСиО (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 смешений.

3- Для образцов В15гСаСиО:Рь, содержащих срастания Фаз, с помотью 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 З^Зг-Г-Зз-Э! иохет быть связано с эффектом "залечивания" неоднородноетеи в "скаосм" сверхпроводнике со стороны подложки из "сильного" сверхпроводника в результате действия эффекта близости. 5.. На в/.Х ряда исследованных контактов на микротрешине на базе БТСП материала, обнаружена "Э"- образная характеристика

в области шелевого смешения, которая объясняется иннекпией неравновесных носителей в пвибаоьешую область контакта при больших плотностях тока.

6. На БАХ контактов на микрогрешине 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 прибарьерноя области контакта.

7- При смешениях выше щелевого, 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-

8. Исследования ВА.Х контактов на микротрещине в вискерах ШБгСаСиО позволяют заключить, что при использовании материалов с совершенной структурой величины шелевого параметра д и критической температуры Тс хорошо воспроизводятся, причем, отношение 2а<0)/кТс сотавляет 7-5 40.2. что. возножно, является следствием сильного электрон-Фононного взаимодействия в ВТСП- материалах.

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

АПГСБМШ8 РАЕОШ

Оиногшые руэультаты диссертационной работы

докладывались на:

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

- Международной конференции "SQUID-91", Берлин, 1991 р.

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

- I Международной конференции по микроконтактной спектроскопии, Харьков, 1991.

- Международной конференции по материалам и механизмам сверхпроводимости в БТСП Ш, Каназава, Япония 1991.

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

По результатам диссертации опубликовано И печатных работ.

С1ЕШ*£А Й ОЕЬЕН ДИССЕРТАЦИИ,

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 108 наименовании. Диссертация содержит страниц машинописного текста, 5 таблиц и 62 Рисунка.

Ш££ШЕ1АШЕ ЕАВДШ

Но ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность темы диссертационно» работы, Формилируются цели и задачи исследования и кратко излагается структура и содержанке диссертации.

В НЕЕШШ ГЛАВЕ обсуждаются основные Физические свойства ВТСП. Рассмотрены кристаллографические структуры семейств ВТСП YBaCuO. BiSrCaCuO и TlCaBaCuO- поиск новых соединений идет по пути усложнения химического состава и

конструирования соединения, сочетающих в своей структуре уже

i '

известные сверхпроводящие купраты. Обсуждаются общие признаки известных ВТСП- структур, к которым следует отнеЬти; нестехиометричность, слоистость и перовскито-подовность структур с различным числом и разной последова-

тельностыо упаковки металл-кислородных слоев! принадлежность К класс/ купратов; присутствие элементов. способных образовать перовскитные соединения.

Глубина проникновения магнитного поля в ВТСП \ существенно превосходит по величине длину когерентности 5, так что ВТСП относятся к сверхпроводникам второго рода.

Температурная зависимость теплоемкости С<Т> имеет скачок при Г=ТС. Отклонение С(Т> при низких температурах от бкш-зависимости объясняется сильной связью, флуктационными эффектами или их совместными действиями.

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

Существует большое число эффектов, приводящих к появлению дополнительной структуры на ВАХ е-1-Э контактов как при смешениях У!2Д/е, так и при уг2Д/е. Примерами таких эффектов являются: двухчастичное туннелирование, субгармоническая структура, кулоновские эффекты, осцилляции де жена-сент Джеймса, осцилляции Томаша, ступеньки Фиске, ступеньки нулевого поля. В случае сверхпроводников с сильным электрон-Фононным взаимодействием плотность состояний имеет дополнительную структуру при энергиях Ег2Д, что проявляется на <1^1/¿У2- характеристиках в виде особенностей, имеющих сходство с энергетической зависимостью Фонокной плотности состояний.

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

хорошим в электрическом отношении, то куперовские 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 БАХ S-N-i-N-5 контактов являетяся наличие всплеска избыточного тока ("колена") при щелевом смешении и отличие температурой зависимости шелевого параметра Д(Т) от соответствующей зависимости для S-I-S контактов. "Колено" на ВАХ является характерным такие для контактов 5]-S2-!-S2-Si> где S]- массивный сверхпроводник с критической температурой Тс j. S2- тонкий слои сверхпроводника с Тсд tTcl<Tcz}• в последнем случае температурная зависимость ¿(Т) имеет особенность при T-Tcz-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) лля вышеупомянутых контактов.

К настоящему времени опубликовано большое число рабст, посвященных исследованию одночастичного тунк&лирования и эффекта ДкозеФсона' в ВТСП. Лля целей туннельной спектроскопии используются как M-I-S, так и P-I-S контакты. Наилучшие результаты получены на контактах ка бикристаллических границах. на ' нежзеренных границах (контакты типа S-I-S) и ка контактах на иикоотвешинч (break Junctions)(контакты типа S-I-S или S-N-I-N-5). Практически во веек случаях используется естественный барьер, возникающий на поверхности ВТСП или на бикристаллическоя или межэереннои границе и имеющий по данным большого числа авторов шогтковский характер. Успе-х ■ контактов на иикротрещине 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 целевая структура на, БАХ оказывается размытой, так что ни одной вольтамперной характеристики с вертикальным ростом тока при

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

Получение вертикального скачка тока при у=2Д/е у

.туннельного Б-1-3 контакта на базе ВТСП позволило бы создать

идеальный детектор очень слабых сигналов, обладающий высокий

предельной частотой (паленая ИК область) и широким

'динамическим диапазоном, что является следствием большой

величины ¡целевого параметра. В случае классических

сверхпроводников расширение динамического диапазона 3-1-5,

детекторов достигается последовательным включением'

Нескольких Б-Г-Б контактов. ;

В последнее время появились работы, указывающие на

розможность существования сильного электрон-Фотонного

рзаимодеяствия в ВТСП. К нин относятся; обнаружение Фононной

структуры на ¿^/^-характеристиках; большое отношение

2Д/ктс, превышающее примерно в два раза аналогичную величину

у классических сверхпроводников; обнаружение кубической

температурной зависимости параметра затухания Г, обратцр

пропорционального времени киэни квазичастичных возбуждений

т; (имеется соответствующая теория Е. Г. Максимова

применительно к втсп».

Температурная зависимость целевого параметра Д(Т> у

ВТСП по данным большого числа авторов согласуется с

Формальной теорией ЕКШ-

Появились работы, в которых сообщается о. тон, что

эффект близости работает в ВТСП-структурах на расстояниях,

намного превышающих длину когерентности ¡ч, полученную из

1

магнитных измерений. Физическая природа дальнодействия эффекта близости в БГСП пока остается не ясной.

Ш ВТОРОЙ ГЛАЗЕ диссертации приведено описание экспериментальной установки. Рассмотрены структурные особенности исследованных образцов- Описана методика приготовления туннельных переходов на кикоотрешинах.

для получения и записи I <V) -. а!(У>/аУ- и а21МУ2-зависимостеи туннельных сгрунтур на основе В13гСаСаО-натериалов использовался модернизированный автоматический

ноет, регистрирующий изменение проводимости 10~* (Он)"', при уровне модуляции Ю~5ЧО~2 в.

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

Критическая температура сверхпроводящего перехода Тс, как у монокристалличесних, так и у поликристаллических образцов, определялась по зависимости от температуры амплитуды шелевоя структуры на dl(V)MV~ характеристиках исследованных контактов. Этот метод определения Тс является более надеждным, так как позволяет наяти Тс в контактной области. Ясно, что в случае сильно неоднородного образца критические температуры, определенные tío этой методике и по температурной зависимости сопротивления R(T). могут не совпадать.

Рентгенографические исследования образцов, содеьжз-зшх срастания Фаз показали, что образцы содержат около 90и Фазы 2223 и по 3/. Фаз 2201 и 2212. На рентгенограммах порошка образцов обнаружены-' рефлексы, указывающие на наличие в образцах Фаз упорядоченного срастания. Эти Фазы имеют структуру упорядоченно чередующихся по оси с слоев Фаз 2201, 2212 и 2223. Ренгеноструктурнкй анализ вискеров показал, что они в основном состоят иэ Фазы 2212, т. е. являются структурно однородными, выращенные вискеры имели толпшну 1 * 2 мкм, ширину 10 - 150 ним и длину 2^7 мм. Температура сверхпроводящего перехода составляла Тс = 80 К.

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

Образцы монтировались на рабочем столике типа ..-"крест" (вискеш - на поперечных потенциальных и токовых пятачках) из тонкого Фольгирсваного стеклопласта с концентратором механических напряжений в центральной части столика. ЭлектрЕсгяскик контакт между образцом и токовыми и потенциальными медными "пятачками" осуществлялся с помощью

индий-галлиевого пшпся. При комнатной температуре образец фактически "плавал" в жидком ишшй-галлиевон припое, что предохраняло его от повреждении при установке на вставку. Микрогрешина генерировалась в асидкон гелии с помощью микрометрического винта.

В ТРЕТЬЕЙ ; ГЛАВЕ излагаются результаты экспериментального исследования ВАХ контактов на микротрешше в монокрисгаллических (Фаза 2212) и поликристаллических (Фазы 2212. 2223 и срастания Фаз 2212 и 2223) образцах ВхБгСаСиО:Рь в иирокои интервале температур.

ВАХ контактов • на базе мононристадлических и поликристаллических образцов со структурой Фаз 2212 и 2223 имели более или менее размытую щелевую особенность, так что вертикального роста тока при V ~ 2Д/е не наблюдалось. В большинстве случаев наблюдался "всплеск" избыточного тока ("колено") пси V ~ 2ь/е, что может быть связано с появлением нормального Я- слоя на границе сверхпроводник - изолятор при образовании барьера Шоттки на поверхности ВТСП (т. е. реализацией в микротрепшне сложной З-ГЫ-Ы-Б- структуры). Теоретический анализ ВАХ з-Н-1-Ы-5- контактов, выполненный в Н. О. Куприяновым и А. А. Голубевым, подтверждает возможность появления "колена" на ВАХ в области щелевых смешений-

Величина шелевого параметра Д(Т) находилась, из расстояния У=4Д/е . между пиками динамической проводимости на й! (V) /«IV характеристике. Для образцов Фаз 2212 и 2223 отношение 2Д/кТс лежит в интервале 5.8 '6. Б., а температурная зависимость шели Д(Т) хорошо описывается Формулой Таулесса, практически совпадающей, в приведенных координатах, с Форнальной теорией БКШ.

Хорошо воспроизводящийся участок вертикального роста тока в области "шелевых" смешений наблюдался при низких температурах на ВАХ контактов на микоотрешке у поликристаллических образцов, содержащих срастания Фаз 2212 и 2223 (рис. 1). <п/ау-характеристики в этом случае имели вид дельта- функции (рис. 2) при температурах до ~50К, что позволило проследить зависимость д(Т> с достаточной

2-

1 -

-1-

-2-

-3-

В13гСдСиО;РЬ (2212+2323) 034а(ро1усг.) Г " 4.2 К

-60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 V, тУ

Рис. 1. Вольганпеоная характеристика контакта на миксотрешине в поликристаллическои образце ЕКЗгСаСиО: Рь, содержащем срастания Фаз 2223 и 2212 при V-4-2К (образец ОЭ-Цс)

4Н

•Й

■И

а -

3 -1 -

V.

^ В|ЗгСаСиО:РЬ

(2212+' ОЭ—4с I I I | I I I | I I I -60 -40 -20

(2212+2223)

Т=90 К

Т=В0 К

Т=4.2 К

I I I | I I | | | | |

20 40 60

V, тУ

¿ис. г- <Л (V)МУ- характевиптили контакта нп ликьотгешмке в Поликристаллическои образце серии 0Э-4с (ВгЗгСаСиО:

•(2212*2223 Фазы), записанные в широком интервале температур.

Рис. 3- Температурные зависимости величины 2Д. у образцов Вг^гСаСиО.'Рь: 1- и 2- образец 03-4с содержащий срастания Фаз 2223 и 2212, 3- обоааец виБН-Зь (2212- »«аза). Сплошные линии проявлены по Оюрнулё Таулесса •

РИГ. .-1. темпесхтуркые Э&ВИСИКОСТ'Д ве&счрми " * У пвмэи««» ШБгСлСиСИРь- '.-оеряз':!; \'Р-1 П?.23-4>аз;п. ?--1-оои&эцк г*и»и &КН (?.г:г * :'.г?.г 0аз::>, о»-ей 1Л1.-2Т (2212 1-аэп!. /и'^ип - .чоч',-" пг; ¿'Ог^у/ч1? Т'г^л^сс'.

точностью. Наличие "колена" на БАХ (рис. t). особенности температурных зависимостей амплитуды пиков динамической проводимости а(Т) и щелевого параметра д(Т) (рис. 3,ветвь 2) при температурах, близких к Тс Фазы 2212, лают основание считать, что мы имеем дело с контактом типа Sj-S2-I-S2~St. При T i 60 К на ВАХ образца OS-4c была зафиксирована допольнительная щелевая структура налоя амплитуды, которая дала вторую ветвь 2ДСГ) на рис. 3 (ветвь I), 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 шелевои особенности на ВАХ образца OS-4c, нохет быть отнесена к тонкому слою (возможно, монослою) Фазы 2212. шелевоя параметр в котором существенно увеличен из-за действия эффекта близости в сруктуре S|-S2-i-Sj-S]. Мы считаем, что при генерации никротрещины разлом образца происходит в "слабом" месте, каким, видимо, является слоя 2212- Фазы, в результате образуется S1-S2-I-S2-S1 структура с массивным сверхпроводником S) ( Фаза 2223 ) и тонким слоем S2 Фазы 2212 ( Д(0>2212 < д(0)2223

На рис. 4 приведены зависимости 2МТ) в чистой Фазе 2223 (ветвь 1. поликристаллический образец VS-1), в чистой Фазе 2212 (ветвь 5, монокрисгаллический образец 1Л1-2Т). 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 шалевых параметров Фазы 2212 (Д(0)2212' и Фазы 2223 (Л(0)2223}• Последнее может быть объяснено различной толдшяоя слоя SСделано предположение; что в данном случае "сильный" сверхпроводник (2223) с большим значением Д?223 оказывает "залечивающее" действие на тонкий слой слабого сверхпроводника (2212), сглаживая Флуктуации щелевого параметра в плоскости слоя.

- и -

это приводит к росту времени жизни квз.зичастичнык возбуждений г и н уменьшению размытия пика плотности состоянии, что возможно, и вызывает появление участка вертикального госта тока на ВАХ контакта.

Качественно отличное поведение 2ДСГ1 обнаружено нами у монокристаллического образца 1Л.-2М (ветвь 2 на рис.5). В указанном случае предполагается образование структуры Зз-Эр I -33-52• ше Б;>- сверхпроводящая Фаза 2212. Б) - тонкий слой свсрчлиоигшяиеи Фазы 2223, щелевой параметр в котором сильно занижается с росток темлератури из-за эффекта близости.

Остается неясным, как соотнести полученные результаты с малым, порядка ЮА, значением ллинм когерентности £ в ВТСП, полученным из измерения второго критического поля Нс2'

На ВАХ некоторых полукристаллических образцов при щелевых смешениях наблкталось возникновение п3"-обраэиости. Унекшенне шедевого параметра в исследованных контактах с ^о.-.ток тока может быть объяснено резким увеличением

Т, К

р,10. •>■ теипесчтурни" зависимости ре личины да у образков

ЬлЯгСаСиО.' Р1-: 1- 0'И>1ч»ц У8-! «22ЛЗ И.&Л) . 2- О'Ч'ПЗСП Ш,-2Н (гг-..'» ♦ 2223 Фаза». 3- образец Ы1.-2Т 1221.'! 1члэз>

области в результате инжекции пей больших плотностях тока через контакт.

Я ЗЕЗШЕЯШ главе приведены результаты исследования тонкая структуры на ВАХ контактов на никротрешине а широком температурном интервале 4. 2 К ! Т < Тс.

На сЦ (V)/МУ- характеристиках контактов на микротрещине в моно- и поликристаллических образцах обнаружена "резонансная" структура, имеющая аид эквидистантных осцилляции- зависимость номера осцилляция от смещения хорошо ложится на прямую линию (рис. 5). Основные особенности обнаруженной "резонансной" структуры на ВАХ исследованных образцов сводятся к следующему.

1. осцилляции наблюдаются как в случае монокристаллических, так и в случае поликвисталлических образцов;

2. осцилляции имеют эквидистантный характер и распространяются в некоторых случаях в эашелевую область смешения (рис.6);

3. у образцов Фазы 2:2: г. 2 период осцилляция 5У воспроизводится с хорошей точностью 5У=(2. 5 1 0.3) мБ и не зависит от макроструктуры (моно- или поликристаллы) и от конкретной геометрии контакта;

4. у образца Фазы 2-- 2; 2; 3 период осшмлляций 5У=<2.0 5 0.2) мВ на 20* меньше , чем У Фазы 2:2: 1:2;

5. в отличие от щелевой структуры положение осиилляеионных пиков на (IIМУ- характеристиках не зависит от температуры;

6. амплитуда осцилляция с ростом температуры быстро понижается, причем при Т I Тс "резонансная" структура' на а[/аУ - характеристиках исчезает полностью.

(1з 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 нормальном слое в приповерхностной области ВТСП-электропов.

На л-1 (V) /(IV2 - характеристике контакта на микрото^.чинч

£

с

7 *

V >

Ч >

Рис.6. ИУ)- и а [ (V) /"«АУ - характеристики микротоешине в мононристалическои образце серии 1,П--2С при Т-1.2 К.

д

о

г »

контакта на В^гСаСиО'.РЬ

140

V - / • , тУ : Е . т»У

ОТ VI

РИС.7. Вторая производная п зав1^;имости

чзпрч*рния (у-ра/е) у контакта на микол и^иише

у' •! ¡(: '15"' тал чич г скок потопе 1.П.-710-?. при Т-.|.2К (привал !! и

•:!'.:-по1!н.лл плотность сисгоячии о'ь-'о . в функции от энергии у Еи-.ЗгэСаСиэО«. (Кривая г)-

о

в монокристаллическок образце со структурой Фазы 2212 при |V|224/е обнаружена характерная структура (рис.7, кривая 1), имеющая Формальное сходство с Фононноя плотностью состояний в Bi^SrgCaCugOg. определенной по рассеянию тепловых нейтронов ¡рис. 7. кривая 2), что указывает на возможность сильного электрон-Фононного взаимодействия в этой материале.

Б ПЯТОЙ ГЛАВК приведены результаты исследования одночастичного туннелирования в контактах на микротрешине в Втсп- вискерах BiSrCaCuO. Установлено, что у структурно однородных ВТСП, типичными представителями которых являются вискеры, шелевой параметр 4 и критическая температура Тс воспроизводятся с хорошея точностью, причем 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 джозеФсоновских контактов на микротрешине, позволяющая исследовать ВАХ тонких монокристаллических и поликристаллических образцов BiSrCaCuO:Рь (Фазы 2:2:1:2. 2:2:2=3 и срастания Фаз 2:2:1:2 и 2:2:2:3) й вискеров BiSrCaCuO (Фаза 2:2:1:21 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 щелевых смещении. Полученный результат имеет большое значение- для будущих применений ВТСП- контактов в качестве детекторов слабых сигналов в СВЧ- и ИК- диапазонах.

3. У образцов BiSrCaCuO: Рь. содержащих срастания Фаз. с поношью метода туннельной спектроскопии обнаружена аномальная температурная зависимость щелевого параметра, которая может быть объяснена сильным деиствиен зффекта близости в этих материалах.

4' Высказано поедположение о тон, что появление участка

вертикального роста тока на БАХ контактов типа S1-S2-I-S2-S1 иожет быть связано с эФФактон "залечивания" неоднородностея в "слабой" сверхпроводнике со стороны подложки из "сильного" сверхпроводника в результате действия эффекта близости-5. На ВАХ ряда исследованных контактов на никротрешине на базе ВТСП- материала, обнаружена "S"- образная характеристика в области шелевых смешений, которая объясняется инжекциея неравновесных носителей в прибарьеоную область контакта при больших плотностях тока-

6- На ВАХ контактов на никротрешине у монокристаллических и поликристаллических образцов со структурой Фаз 2-2- И2 и

2:2:2:3 в широком температурном интервале обнаружена "резонансная" структура, которая может быть связана с присутствием де-женовских уровней в поибарьерной области контакта.

7- При смещениях иьпие шалевого, на второй производной от ВАХ контакта на базе BiSrCaCuO'Pb (2:2: Г- 2-Фаэа) обнаружена структура, имеющая сходство с энергетической зависимостью Фононноя плотности состошпш в этой материале. Присутствие указанной структуры, возможно, является следствием сильного электрон-Фононного взаимодействия в ВТСП- материале-

8. Исследования ВАХ контактов на микротрчшине п пискерах BiSrCaCuO позволяют заключить, что при использовании материалов с совершенной структурой величина щелевого параметра, полученная с ппмошью туннельной спектроскопии, находится в однозначном соответствии с Тс материала, причем, отношение 2М0)/кТс сотаиляет 7 5 1 0-2, что, возможно, является следствием сильного электрон-Фононного взаимодействия в ВТСП материале-

По тене диссеотаиии опубликованы следующие работы: 1. Аминов б-а. , Буш A.A., Кауль А-р., куликов м а., Леонюк JI. И. . Оськина Т. Е., Пеляш м. В. , Петров Д. К. , Пономарев Я- Г., Рахимов Х.т., Сетупати-К. , Судакова. М- в. Влияние эффекта близости на вольт; '.мпернне характеристики контактов на никротрешине в Bi-Si-Ca-Cu-o-.рь. // Письма в жзтф. -1491, -т. 54

вып. ь -с. 52-57.

2. Bush. A. Ai Leonruk. L- I, Oskina. T-E. PedVash ■ H-V. Petrov. D. K, Ponomarev. Ya. 6, Rakhimov. H. T, Sethupathi. K-Influence of the proximity effect on current-voltaee characterise cs of break Junctions in Bi-Sr-Ca-Cu-O'- Pb. > Proc. International Conference on Hieti Temperature Superconductivity and Localisation Phenomena. -Moscow. USSR, 11-15 Har 1991.

3. B. A. Amino v, A-A. Bush, L. bLeonyuk, Т.Е. Oaklna. M. V- Pedyash , D- K. Petrov, Ya. G- Ponomarev. H. T. Rakhimov, K.. Sethupathi. H V. Sudakova. Fine structure in the Tunneling Characteristics of Bi-Sr-Ca-Cu-O: Pb. Proc. SQUID'91.-Berl in, Germany, 18-21 June 1991.

4. B. A. Ammov, M. V. Pedyash, D. K. Petrov, H- T- Rahimov. K. Sethupathi, M. У. SudaKova, Ya. 6. Ponomarev. Single particle tunneling and Josephson effect in HiSrCaCuO and 'ПБлСаСиО expounds. // Ph>.Ti c.i C- -1991. 185- 1в9. -p. 2533-2534.

5. L. 1 • Leonruk, H- T. Rakhimov, K. Sethupathi. Observation of resonance structure on the current-volta8e characteristics of break junctions on Bi-Sr-Ca-Cu-0¡Pb. Proc. First International Conference on Point-Contact Spectroscopy. -Kharkov, Ukraine, 4-10' September 1991.

6. Influence" of finite life time of auasipartic1es on the l-V-characteritics of break Junctions based on high-Tc supercoductors. H-V. Pedyash, D-K-Petrov, Ya. 6. Ponomarev. H. T- Rakhimov, Proc. First International Conference on Point-Contact Spectroscopy.-Kharkov, Ukraine. 4-10 September 19917. Бранят H. Б. , Брояде E. л. , Леонюк Л. И.. Педяш и. В-. Петров Л. К. , Пономарев Я Г.. Рахимов X. т., Сетупати. к.. Судакова. И. В. . Теннакун А. Б. Туннельный аффект в контактах на иикрогрешине в Bi-Sr-Ca-Cu-0'.Рь.// ФИТ- -1991. -Т. 17. вып. 7. -С. 852-858.

8. Педяш И. В. Петров д. к. Пономарев я. Г. Рахимов " X. Т. £етупати. к, судакова. м. В. Исследование температуркой зависимости шелевого параметра в Bij, jPtoQ. sS^CaoCujOjo-Дрепринг МГУ N. 7 /199!.

9. Леонюк Л. И.. Пеляш И. В-, Петров Д. К., Поноиарев я. г. , Рахимов X. Т.. Сетупати. К. , судаков а. м. в., Теннакун А. Б. Температурная зависимость щелевого параметра в В1-5г-Са-Си-0:РЪ. Препринт ИГУ N. 15/1991.

10. Педяш К. В, Пе-пюв Д. К, Поноиарсп Я. Г, Рахимов X. Т, сотупати. К, Судакова. Н. В. Температурная зависимость шелевого параметра в Вц, 5РЬо, дЭгзСагСизОю- // Сверхпроводимость: Физика, химия, техника.-1991. - Т. И-И.-с. 2128-2132.

11. Пономарев Я-Г. , Рахимов Х.Т. , Петров д. К., Шабалин Н. Е. Эффект близости в контактах на иикротрешине в В1-Зг-Са-Си-0'Рь.// Тезисы докладов XXIХ-го Совещания по Физике низких температур, г. Казань -1992., -ч- 1, -с. 28.