Исследование ВТСП YBCO пленок с замороженными напряжениями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Коноваленко Константин Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВТСП YBCO ПЛЕНОК С ЗАМОРОЖЕННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ

01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Омск-2006

Работа выполнена на кафедре общей физике ГОУ ВПО Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского

Защита состоится 27 декабря 2006 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета К 212.179.02 при ГОУ ВПО Омском государственном университете по адресу: 644077, г.Омск, пр.Мира, 55а, ГОУ ВПО Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Омского государственного университета им. Ф. М, Достоевского

Автореферат разослан « ноября 2006 г. Ученый секретарь

диссертационного совета К 212.179.02, кандидат физико-математических наук,

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Югай КлиментиЙ Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Овчинников Сергей Геннадьевич

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Боголюбов Никита Александрович

Ведущая организация:

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) является одной да преуспевающих разделов физики конденсированного состояния. Однако вопрос о природе сверхпроводимости и многих свойствах сверхпроводников до сих пор остается открытым. В ряду вопросов, требующих на наш взгляд внимания, является проблема напряженных состояний, поскольку раскрывает новые возможности и открытие много интересных явлений. Напряженные состояния дают совершено новые направления в физике материалов. Одно из таких явилось создание на основе напряженных ВТСП пленок уникальных сверхчувствительных датчиков СКВИДов.

Напряженное состояние оказывает большое воздействие на сверхпроводящие параметры и может приводить к интересным результатам. Получаемые высококачественные тонкие ВТСП YBajCi^OT-s (YBCO) пленки имеют превосходные значения плотности критического тока, достигающие величины 107 А/см2. Тем не менее, данное значение плотности тока сильно большое для создания СКВИДов с высокой чувствительностью. Существующие в настоящее время способы подавления плотности критического тока, такие приемы как ступенчатые переходы, бикристалл1, очень сложны и требуют специальных методик. Полученные впервые в Омском государственном университете напряженные пленки имеют простой технологический процесс создания н позволяют снизить плотность критического тока до требуемых значений 103 — 105 Л/см2,

Существует много механизмов, влияющих на изменение сверхпроводящих параметров в ВТСП материалах. Они имеют разное происхождение и требуют тщательного изучения, создание новых методов исследований.

Пели и задачи работы. Заключаются в получении напряженных тонких ВТСП YBCO пленок; определении их основных характеристик; экспериментальном исследовании напряженных свойств данных пленок методами туннельной микроскопии и спектроскопии; создание на их основе сверхчувствительных СКВИДов. Согласно с этим были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Напыление тонких сверхпроводящих YBCO пленок на подложках ЬаА10з (LAO) методом лазерной абляции с определенной степенью напряженности.

ll) Makhlin Y., SchoOn G., Shninnan A. Quantum-state engineering with Josepftson-j unction devices // Rev. Mod. Phys. - 2001. - V.73. - №2. - P.357-400

2) Koclle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E.p Clarke J. High-transition-temperature su-

perconducting quantum interference devices // Rev. Mod. Phys. - 1999. - V.71. - №3. -

P.631-686

2. Измерение основных параметров напряженных ВТСП YBCO пленок: критическая температура Тс, плотность критического тока jc> магнитная восприимчивость хо-

3. Определение температурных зависимостей плотности критического тока для различных пленок jc(T).

4. Исследование ВТСП YBCO пленок методом эллипсометрии по определению толщины тонких пленок.

5. Проведение исследования напряженных пленок с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии.

6. Измерение туннельных В АХ для пленок с различной степенью напряженности.

7. Создание высокочувствительных датчиков слабого магнитного поля СКВИДов.

Объект и методы исследования. Объектом исследования являются тонкие сверхпроводящие пленки иттриевого купрата YBCO с разной степенью напряженности, напыленные на подложки алюмината лантана LAO (100), имеющие размер 0,5 х 0,8 см, методом лазерной абляции, с плотностью критического тока 103 — Ю5 А/см2. Методом исследования являются метод туннельной спектроскопии и метод эллипсометрии.

Научная новизна. Выполнен цикл экспериментальных работ, надавленный на изучение напряженных состояний в тонких ВТСП YBCO пленках:

1. Предложен новый метод исследования материалов с нарушенной кристаллической структурой, позволяющий исследовать доменную структуру напряженных пленок.

2. Определены области с нормальной и деформированной кристаллической структурой на поверхности напряженных ВТСП YBCO пленок методом сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии.

3. Доказана доменная структура напряженных пленок. Междоменная граница идентифицируется туннельными ВАХ с характерными максимумами, определяемыми электронами, локализованными в деформационной потенциальной яме.

4. Измерен средний размер доменов напряжения для различных напряженных пленок; определена зависимости количества туннельных ВАХ междоменных границ от степени напряженности пленки. Выявлена зависимости количества электронных уровней от степени напряженности пленки n(jt). Обнаружена зависимости размера домена напряжения от степени напряженности пленки ddomamOi)-

5. Созданы СКВИДы на основе напряженных ВТСП YBCO пленок.

Научная и практическая ценность.

1. Разработана методика выращивания напряженных пленок методом лазерной абляции, позволяющий варьировать сверхпроводящий параметр — плотность критического тока — в широких пределах: 103 — 10s А/см .

2. Разработан и запатентован способ определения областей с нарушенной кристаллической структурой в материалах с металлической проводимостью.

3. Созданы СКВИДы на основе напряженных ВТСП YBCO пленок.

Защищаемые положения.

1. Напряжения в тонких ВТСП YBCO,пленках «замораживаются» методом быстрого охлаждения in situ сразу после окончания напыления.

2. Зависимость плотности критического тока от температуры для напряженных тонких ВТСП YBCO пленок имеет минимум в диапазоне температур 55 — 57 К.

3. Напряженные пленки обладают доменной структурой с характерным размером доменов 1—2,4 мкм в зависимости от степени напряженности пленки. Доменная структура напряженных пленок определяется методом туннельной спектроскопии.

4. ВАХ с характерными максимумами получатся в 10 - 40 % случаях измерениях на каждой отсканированной области напряженной пленки.

5. Туннельные ВАХ напряженных пленок, соответствующие междоменным границам, имеют максимумы в интервале напряжений от 1 до 5 В.

6. Размеры доменов напряжений уменьшаются с уменьшением ллот-ности критического тока пленки.

7. Междоменная граница представляет собой малоуровневую потенциальную яму, в которой локализуются электроны.

Апробация па боты. Результаты научной деятельности докладывались на следующих национальных и международных конференциях: XL и XLI Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (г. Новосибирск, 2002 г., 2003 г.); 1-ом Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам (г. Новосибирск, ИНХ СО РАН, 2003 г.); П - ом Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам (г. Красноярск, ИФ им. Киренского J1. В. СО РАН, 2004 г.); IV - ом Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам (г. Новосибирск, ИНХ СО РАН, 2006 г.); а также на научных семинарах ОмГУ.

Публика пни. Основные результаты диссертации изложены в 4 статьях в различных журналах, 2 из которых содержатся в иностранных; в 1 патенте РФ; а также в тезисах докладов 4 различных отечественных и международных конференций. Список публикаций приведен в конце автореферата

Личный вклад соискателя. В диссертацию вошли результаты исследований проведенных автором в лабораториях ОмГУ. Автором поставлены научные задачи, выбраны пути их решения и предложены методы и схемы экспериментальных исследований и теоретического их обоснования. Все вошедшие в диссертацию оригинальные результаты получены либо самим автором, либо при его определяющей роли. В частности проведен полный

цикл исследований напряженных ВТСП YBCO пленок на сканирующем туннельном микроскопе и эллнпсометре, разработан метод исследования материалов с нарушенной кристаллической структурой методом туннельной спектроскопии.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, и заключения, изложена на 100 страницах машинописного текста, иллюстрирована 47 рисунками и 5 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 136 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введение указана актуальность и приведен детальный анализ темы, сформулирована цель, показаны новизна и практическая ценность исследований, и структура диссертации.

В первой главе приведено подробное описание процесса создания тонких напряженных ВТСП YBCO пленок методом лазерной абляции на подложках LAO и сопутствующие этому различные физические процессы, а именно процессы, возникающие на поверхности керамической мишени при поглощении мощного лазерного импульса; структура лазерного факела; полный цикл рост пленки на кристаллической подложке, а также методика выращивания пленок с определенной степенью напряженности.

В качестве метода выращивания тонких сверхпроводящих пленок высокого качества был выбран метод лазерной абляции, поскольку обладает рядом преимуществ, именно при этом способе обеспечивается эпнтаксн-альный рост пленок, с хорошей гладкой поверхностью.

Однако в ходе многочисленных экспериментальных измерений было установлено существование времени запаздывания т^ до достижения которого формируется кластерный механизм отрыва частиц и образуются абсолютно зеркальные пленки, при превышение zd начинает действовать капельный и образуется многодефектная структура. Также было отмечено, что определяющую роль оказывает на процесс роста пленки значение плотности мощности лазерного импульса Winp. Оказалось, что существует пороговое значение — 2,5-10® Вт/см2 до которого время tj —» 0, поэтому в экспериментах используются плотности мощности от 2,5-10® до 1,4810*Вт/смК

Время напыления составляет 2-3 мин. Скорость напыления около 30 — 40 км/мин. Время охлаждения при обычном процессе напыления — 30 мин.

Большое влияние на процесс формирование пленки оказывает температура подложки Т„ при этом в зависимости от степени её нагретости может образовываться либо полупроводниковая пленка, либо сверхпроводящая. Существует интервал температур: AT, ~ 760 — 840°С, в котором сверхпроводящие параметры пленки практически не изменяются. Более

того, в данном интервале температур они максимальны, причем максимум приходится на 820°С, это значение и используется для получения высококачественных сверхпроводящих пленок.

Существует следующая эволюция роста пленок: возникновение островков ортофазы — рост островков ортофазы — примыкание островков и образование зернистой структуры с каналами для протекания сверхтока — слияние зерен — слияние кристаллитов - образование бездвойннковых областей, где критический ток составляетус(77) — 107 Л/см2.

Для создания тонких ВТСП УВСО пленок, находящиеся в напряженном состоянии, необходимо соблюдение всех режимов, как и при выращивании монокристаллических пленок с хорошими сверхпроводящими параметрами, но с уменьшением времени остывания напыленной пленки с 30 мин до 5 — 10 мим, что приводит к созданию уникальных пленок, которые характеризуются такими же сверхпроводящими параметрами (Тс, АТ{) за исключением плотности критического тока ]с(77), которой можно управлять путем изменения времени закалки и делать равным 103 — 10' А/ам2.

Предполагается, что снижение плотности критического тока может быть обусловлено тем, что из-за быстрого охлаждения пленки после процесса напыления, механические напряжения, возникшие в тонкой сверхпроводящей пленке из-за различия параметров кристаллической решетки и коэффициентов термического расширения пленки и подложки, не успели срелаксировать и приводят к образованию новой дефектной структуры.

Действительно, поскольку процессы, происходящие в тонкой пленке порядка десятков нанометров, т. е. с системой промежуточного ранга между макро и мюсро — мезосистемой. Напыленная пленка находится в структурно-неоднородном состоянии после процесса напыления. Под воздействием упругого напряжения в структурно-неоднородном материале за счет концентратов мезоскопических масштабов, вызванных различием параметров пленки и подложки, формируется неоднородное поле напряжений. На начальной стадии развития пластической деформации в направлениях максимальных касательных напряжений формируются полосы локализованного сдвига. В областях, ограниченных полосами локализованной деформации внутри структурных элементов деформации, материал оказывается слабо деформированным. Дальнейшее деформирование приводит к нарастанию локализованной пластической деформации, смещением и поворотом блоков материала. Весь материал оказывается фрагментирован-ным. Особенно ярко это проявляется в полях скоростей. Разрушение материала в дальнейшем происходит по границам сформировавшихся блоков2.

Поэтому по нашему мнению напряженная пленка состоит из доменов напряжений — из областей правильной кристаллической структурой и гра-

1 Панин В. Е., Коротаев А. Д., Макаров П. В., Кузнецов В. М. Физическая мезомех аника материалов// Известия вузов. Физика. -1998. - Т.41. -№9. - С.8-3б

ниц между доменами, которые являются областями с нарушенной кристаллической структурой, и могут представлять собой деформационную потенциальную яму, в которой могут локализоваться электроны.

Естественно, что протекающий через такую границу сверхпроводящий ток будет взаимодействовать с электронами потенциальной ямы, что и обуславливает снижение плотности критического тока.

Прямых методов вычисления степени напряженности данных пленок не существует, поскольку существующие на сегодняшний день методы по определению механического напряжения доступны только дня макроскопических, однородных, изотропных систем. В нашем случае мы имеем напряженную УВСО систему, которая характеризуется неоднородным распределением механического напряжения и анизотропией. Однако характеристикой степени напряженности может служить именно плотность критического тока, поскольку она характеризует состояние пленки в общем, и изменяется в соответствие с изменением условий получений данных пленок.

Для доказательства существования доменной структуры и малоуров-невой потенциальной ямы на поверхности напряженных ВТСП УВСО пленок применялся запатентованный метод на основе сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию напряженных пленок и получению их основных характеристик, таких как критическая температура перехода в сверхпроводящие состояние Та плотность критического тока температурная зависимость плотности критического тока )е(Т), магнитная восприимчивость ха\ приведены данные, установленные с помощью эллипсометра по определению толщины тонких пленок и сканирующей туннельной микроскопией и спектроскопией.

Измерение плотности критического тока)с напряженных ВТСП УВСО пленок проводилось стандартным четырехзоцдовым методом.

В результате проведенных исследований была получена интересная зависимость ¡С(Г), представленная на рис.1, которая отлична от обычной зависимости монокристаллических ВТСП пленок. Данная зависимость имеет характерный минимум в диапазоне температур 55 — 57 К, причем чем меньше плотность критического тока напряженной пленки, тем сильнее провал. При этом плотность критического тока при термоциклирова-нии при азотной температуре практически остается постоянной. Значение критической температуры для напряженных пленок было таким же, как и у высококачественных монокристалл ических.

Таким образом, можно заключить, что напряженные тонкие ВТСП УВСО пленки обладают совершенно новыми свойствами, однако они устойчивы к термоцнклированшо, имеют высокие значения критической температуры, необходимое низкое значение плотности критического тока,

поэтому полностью подходят дня создания СКВИДов с высокой чувствительностью.

4 У '

ЦК ХК

Рис. 1. Температурные зависимости плотности критического тока напряженных пленок: а) для образца с 3,8-104 Л/см3-, Ь) для образца с 2,0- 10э А/см*.

Измерение толщины тонких ВТСП УВСО пленок производилось с использованием лазерного эллипсометрического комплекса ЛЭК-9105, в результате сделанных измерений были определены толщины пленок от 20 до 70 км, изменяющиеся в соответствии со временем напыления, при этом было установлено, что достаточно малые толщины приводят к подавлению сверхпроводящего состояния.

Для доказательства существования доменной структуры напряженных пленок использовался метод сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии. В качестве исследовательского прибора применялся сканирующий туннельный микроскоп СММ-2000Т (СТМ).

С помощью СТМ были получены отчетливые двухмерные и трехмерные изображения поверхности напряженных ВТСП УВСО пленок. Оптимальные значения туннельного тока и напряжения для процесса сканирования выбирались следующие: ток 10 нА> напряжение 720 мВ. Увеличение составляло 2м = 16384, размер области сканирования 6*6 мкм1.

Поскольку СТМ позволяет производит измерения зависимости туннельного тока от прикладываемого напряжения между иглой микроскопа и изучаемой поверхностью — снятие В АХ, была разработана методика, позволяющая определять точки на поверхности исследуемой УВСО пленки, в которых должен локализоваться дефект с электронами. Действительно, в случае идеальной поверхности мы должны были иметь линейную В АХ для ВТСП структур, однако любые изменения типа проводимости, распределения энергетических уровней электронов в точках поверхности образца, связанные либо с изменением локального состава материала поверхности образца, либо с наличием дополнительных электрических потенциалов в локальных точках поверхности образца, влияют на вид ВАХ.

Методика нашего запатентованного метода заключалось в следующем: на отсканированной области ВТСП кленки производилось снятие В АХ с шагом 0,3 — 0,5 мкм, так что вся отсканированная область покрывалось сеткой точек измерений, полное количество измерений ВАХ при каждом исследовании составляло 160 — 220 измерений.

В результате были получены следующие зависимости туннельного тока 1 от напряжения и, варьирующиеся от металлической и полупроводниковой зависимости (рис.2) до ВАХ, обладающими характерными максимумами (рис.3), которые представляют наибольший интерес.

Рис. 2. Вольтамперная характеристика: а) металлическая, Ь) полупроводниковая.

и, в

» 4»

* « *

а з 4 *

г 1 •

101 10* И* 10*

Рис. 3. Туннельные ВАХ междоменной границы с различным числом максимумов, зависимость

Т. е., можно говорить о достаточно сложном составе и структуре сверхпроводящей пленки, обусловленной локализацией различных микроструктур.

Из приведенных измерений видно, что ВАХ действительно обладают максимумами, число п которых варьируется от 1 до 5 (рис.3 (0) в зависимости от степени напряженности сверхпроводящей пленки, т.е. чем меньше плотность критического тока, тем больше максимумов на ВАХ. Причем характерные ВАХ получаются в 10 - 40 % случаях измерениях, пики на ВАХ возникают при напряжении от 1 до 5 В, что значительно меньше энергия ионизации атомов и позволяет утверждать, что данная ВАХ относится именно к деформационному потенциалу. Пики на ВАХ соответствует числу уровней в потенциальной яме, причем как мы видим, число этих уровней растет с увеличением степени напряженности пленки, то есть с увеличением степени напряженности увеличивается глубина деформационного потенциала.

Т. о., с определенной долей уверенности можно говорить о том, что напряженные пленки имеют именно доменную структуру, границы между которыми представляют малоуровневую потенциальную яму.

Такие вольтамперные характеристики мы называем туннельные ВАХ междоменной границы.

Все координаты и число точек с туннельной ВАХ междоменной границы были зафиксированы для каждой отсканированной напряженной пленки (рис.4,5), что позволяло проанализировать характер зависимости числа характерных ВАХ от степени напряженности плевки. Как видно из табл.1,2 число характерных ВАХ увеличивается с уменьшением плотности критического тока.

Зная расположение точек, можно оценить форму и размер доменов напряжения, считая, что точки с характерными ВАХ соответствует междоменным границами. Проведенные расчеты показывают, что средний размер доменов составляет 1 - 2,4 мкм и увеличивается с увеличением плотности критического тока (рис.б).

Т. о., из сделанных наблюдений можно с полной уверенностью заключить, что напряженные ВТСП УВСО пленки действительно состоят из доменов напряжений, граница между которыми представляет собой малоуровневую потенциальную яму.

Переход между монокристаллическими и напряженными пленками является структурно фазовым переходом, а именно от бездефектной структуры к доменнообразованной.

Наличие именно заряженной междоменной границы приводит к существенному подавлению плотности критического тока от 107 А/см2 для монокристаллических до 103 — 10' А/см для напряженных.

Таблица 1 Образец А: основные характеристики напряженных ВТСП УВСО пленок_

N Плотность критического тока}а А/см Количество туннельных ВАХ междоменной границы, % Средний размер доменов <(!>, мкм

1 1,0-1 о* 43,2 1.0

2 5,0-103 19,27 1,21

3 3,0-1 о4 18,0 137

4 2,0-103 15,54 1,77

5 3,0-1 о5 12,0 2,17

б 6,0*1 о3 11,96 2,4

Таблица 2 Образец В: основные характеристики напряженных ВТСП УВСО таенок

N Плотность критического тока/с, А/см Количество туннельных ВАХ междоменной границы, % Средний размер доменов <<3>, мкм

1 4,5-10* 27,77 1,12

2 5,2*10* 24,32 1,15

3 3,4-104 22,2 1,31

4 1,2*105 17,42 1,6

5 2,0-103 16,27 1,65

б 5,0*105 15,38 2,03

7 6,8-105 14.17 2,1

3 1 ■ * ■ . • « 3 г * а « • Ч1

1 ■ 9 : 1 ■ ' ч

■ * » * • * 1 »

■ * ш • *

■. Г • . *, >-1 • • ■

-1 . ^ л • • ' • * •

• I * • ' * * * <

-3 ■1 * 1 г ь -3 -2 -1 А I 1 1

Ф Ь)

3 3 ■ *

• • 9 ■

1 * • 1 • ■ • . *

1 1 0 • • • ■ 3 » : * ■ •

■ * ■ ■ #

»• * »1

■ •

-I ■ • * • •

ш* а о . ■ * ■

■ ' *

-3 -2 '1 » 1 2 3 -■¿.ьо-ад ол м 1,1 м з,1) 3.3 ¿>0

X, пкш X, акн

с) Ф

3 ■ . з

* * *

■ , • я 1 •

1

1 0 в • 1: • • * • -

■А' 1 • * и • •

-2 * ^ * • * ■

•3 * ■ .1 • *

-3 -г •1 в 1 3 ■ ш • ■

X* йка О *1 VI в ] 1 3

жЬ«

е) Я

Рис. 4. Образец А: распределение точек с туннельной ВАХ междоменной границы для пленок с плотностью критического тока: а))с = 1,0-103 А/см1; Ь)Л = 5,0-Ю3 А/см ; с)/е = 3,010* А/см2-, = 2,0-105 Л/см2; = 3,0-105 Л/см2; 1)Л = 6,0-105 А/см2.

3 ' г * I * 1 ■ . •

I « * г • • • •

1 - • • . 1 >1

1 * ■ • ■ щ 1 • # , •

а • » » Е • л

> * 1 «

■3 ■ -1 • ч а

к ■ •• •

-I » ■ • < • -1 ■ ■ ■

о -1 -I 0 1 1 2 о *2 9 12 3

X. лкя X* шкм

ч> Ь)

• • • •

г * * * г -

х • 1 •

5 , • * а

е * а •

• л ■ » •

.1 • • -г ■ . *

я в

■ • * • ь * ■

о -I *1 1 | 1 3 -3 -1 0 12 3

X» паки»

С) Ф

3 9 • 1 . ■

■ » ■ • •

3 ■ ( а *

1 3 „ а * 5° • * ' •

Б V . • а 1-1

>■ *

•3 *

-3 ■ ■ • ' » »

-3 -2 1» I -2 »1 0 12 3

К, шЪм X, гакт

щ> л>

г •

1 *

Е ¿с 0 • •

Е *

г- , * I

-1

4 " *

л .1 * 1 г з

& вОиц

е>

Рис. 5. Образец В: распределение точек с туннельной ВАХ междоменной границы для пленок с плотностью критического тока: а)]е = 4.5-103 А/см2; б)Л - 5,2-101 А/см2; в)Л =• 3,4-101 А/см2; г)Л = 1,2-101 А/см2; д)Л = 2,0-105 А/см2; е)Л = 5,0-105 А/см2; ж)Л = 6,8-105 А/см2.

Рис. 6. Зависимость среднего размера домен <d> от плотности критического тока напряженной пленки jc: а) образец А, Ь) образец В.

В третьей главе приводится теоретический расчет, доказывающий вид ВАХ для случая протекания тока между иглой микроскопа и потенциальной ямы с электронами.

Гамильтониан такой системы:

H = Hn +.Hp+HTi

где Нл и Нр - полные гамильтонианы соответственно иглы и потенциальной ямы, Hj— туннельный гамильтониан:

Hn-Zska^ak(J, Нр =SembLbmfff

ко гаа

kma

Туннельный ток 1(У,7) между потенциальной ямой и иглой при температуре Т К и напряжении V В найдем, зная среднюю величину скорости изменения оператора числа электронов Нр*.

i(v,t) = -e<Np(t)}, Np=|[ht,nJ

тогда получаем следующие выражение для тока:

I(V,T) = ^Im{gTbn{ä^bmo)|.

Применяя метод функций Грина и предполагая, что вероятность перехода из связанного состояния максимальна при условии равенства энергии электрона и энергии уровня. В модели описываемая нами такая функция будет иметь 8 - образный характер, поэтому матричный элемент представим в следующей форме:

|Тк>т|2=^6(еУ-ек),

то конечное выражение для туннельного тока в случае двухуровневой потенциальной ямы принимает вид:

Полученное выражение доказывает, что туннельная ВАХ для случая деформационной потенциальной ямы с локализованными в ней электронами действительно должна обладать максимумами и подтверждает полученные экспериментальные данные.

В четвертой главе говорится о непосредственном применении напряженных ВТСП УВСО пленок для создания сверхчувствительных СКВИДов. Подробно описывается весь многоступенчатый процесс создания СКВИДов и определение основных характеристик.

Рис. 7. Схема (Зс-СКВИДа: 1 - контур СКВИДа, 2 — концентратор потока, 3 — кольцо индуктивности, 4 — золотые контакты.

На рис.7 представлена схема (1с-СКВИДа, полученный на основе одной тонкой напряженной ВТСП УВСО пленке методом проекционного фотолито1рафического метода с использованием разработанного метода радикального газового травления. Данный СКВ ИД имеет следующие параметры: Джозефсоиовские слабые связи шириной но 3 - 4 мкм> контур квантования диаметром 30 мкм. При этом СКВ ИД имеет максимальное значение по чувствительности равное (10~3 — Ю^)Ф(/Игт при значении критического тока /е ~ 10 — 20 мкА, что соответствует плотности критического тока напряженной пленки порядка 104 А/см2.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Получены напряженные ВТСП УВСО пленки, обладающие новыми структурными свойствами и имеющие плотность критического тока 10э — КУА/см1.

2. Предложен новый метод исследования материалов с нарушенной кристаллической структурой, основанный на измерения вольтам первых характеристик на поверхности материала с нарушенной кристаллической структурой, применяя сканирующую туннельную микроскопию и спектроскопию. Разработан метод исследования структуры напряженных пленок.

3. Определены области с нормальной и деформированной кристаллической структурой на поверхности напряженных ВТСП УВСО пленок методом сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии по характерному виду вольтамперных характеристик.

4. Доказана доменная структура напряженных пленок. Измерен средний размер доменов напряжения для различных напряженных пленок 1 - 2,4 мкм и определена зависимость размера домена напряжения от степени напряженности пленки ¿¡ыя^яО'с), при увеличении степени напряженности пленки домены напряжений уменьшаются в размерах.

5. Показано, что междоменная граница представляет собой малоуровневую потенциальную яму и идентифицируется туннельными вольтамперными характеристиками с характерными максимумами в интервале напряжений от 1 до 5 В, число которых изменяется от 1 до 5, определяемыми электронами, локализованными в деформационной потенциальной яме, выявлена зависимость количества электронных уровней от степени напряженности пленки л (¡У, число максимумов на вольтамперной характеристике растет при уменьшении плотности критического тока напряженной пленки.

6. Показано, что число характерных вольтамперных характеристик с максимумами увеличивается от 10 до 40 % от общего числа сделанных измерений вольтамперных характеристик на каждой напряженной пленки при увеличении степени напряженности пленки.

7. Измерена толщина тонких ВТСП УВСО пленок методом эллипсомет-рии, изменяющиеся от 20 до 70 мм, и определяемая временем напыления. Достаточно малая толщина пленок приводит к подавлению сверхпроводящего состояния.

8. Созданы СКВИДы на основе напряженных ВТСП УВСО пленок с чувствительностью (103 — Ю^Фо/Нг"1 при плотности критического тока 104 Л/си2.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Югай К.Н., Серопян Г.М., Муравьев А.Б., Коноваленко К.Б., Хо Е. Тонкие ВТСП пленки YBCO с замороженными напряжениями // ФНТ. -2006. - Т.32. - Kai. - С.75-82

2. Yugay K.N., Muravjev A.B., Yugay K.K., Seropyan G.M,, Sychev S.A., Ko-novalenko K.B., Huh Y-, Pashkevich D.S., Stupak A.V, Kim J.U. SQUJDs on the base of strained YBCO films // J. Superconductivity. - 2004. - V.17. -N26. — P.755—760

3. Патент RU 2239814, МПК 7 G 01N 13/12. Способ определения областей с нарушенной кристаллической структурой в материалах с металлической проводимостью / Югай К.Н., Коноваленко К.Б., Сычев С.А., Серопян Г.М., Муравьев А.Б.; Омский государственный университет. — N 2002119300; Заявл. 24.07.2002; Опубл. 10.11.2004; Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели» N 31

4. Коноваленко К.Б., Югай К.Н. Ток в системе "сверхпроводник - заряженная квантовая точка - сверхпроводник" // Вестник Омского университета. -2003.- Т.27.-Kai.- С Л 8-20

5. Югай К.Н., Коноваленко К.Б., Муравьев А.Б., Серопян Г.М., Сычев С.А. Исследование напряженных состояний пленок YBCO методом туннельной спектроскопии // Вестник Омского университета. — 2002. — Т.25. — №3. — С.21—23

В заключение автор выражает признательность научному руководителю доктору физико-математических наук профессору Югаю Климентию Николаевичу за переданный опыт и знания, которые отражены в данной работе, а также всему коллективу кафедры общей физики Омского государственного университета.

Отпечатано с оригинал-макета, предоставленного автором

Подписано в печать 17.11.2006. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная.

Оперативный способ печати. Усл. печ. л. 1,25 Уч.- изд. л. 1,30. Тираж 100 экз. Заказ № 182

Отпечатано в «Полиграфическом центре « КАН» 644050, г. Омск, пр. Мире, 11 А, тел. 65-47-31 Лицензия ПДЛ № 58-47 от 21.04.97 г.

Введение.

Глава I. Выращивание напряженных тонких ВТСП YBCO пленок методом лазерной абляции.

1.1. Физические процессы на YBCO мишени при поглощении лазерного импульса. ф 1.2. Лазерный факел.

1.3. Физические процессы роста YBCO пленки на кристаллической подложке.

1.4. Методика выращивания YBCO пленок с замороженными напряжениями.

Глава II. Экспериментальные исследования ВТСП YBCO пленок с замороженными напряжениями.

2.1. Исследования температурных зависимостей плотности критического тока ВТСП YBCO пленок.

2.2. Исследование магнитных свойств ВТСП YBCO пленок.

2.3. Экспериментальные исследования сверхпроводящих YBCO пленок с помощью метода эллипсометрии.

2.3.1. Физический принцип работы эллипсометра.

2.3.2. Описание работы лазерного эллипсометрического комплекса ЛЭК-9105.

2.3.3. Оптические свойства YBCO и LAO.

2.3.4. Методика эксперимента.

2.3.5. Результаты исследований.

2.4. Экспериментальные исследования напряженных ВТСП YBCO пленок методом туннельной микроскопии и спектроскопии.

2.4.1. История развития туннельной микроскопии.

2.4.2. Физический принцип работы туннельного микроскопа.

2.4.3. Описание работы экспериментальной установки СММ-2000Т.

2.4.4. Характеристики исследуемой поверхности.

2.4.5. Методика эксперимента.

2.4.6. Вольтамперные характеристики напряженных пленок.

2.4.7. Вольтамперные характеристики с характерными максимумами.

2.4.8 Определение размеров доменов напряжений.

Глава III. Теоретическая модель напряженного состояния ВТСП YBCO пленок.

Глава IV. Изготовление СКВИДов на основе ВТСП YBCO пленок с замороженными напряжениями.

4.1. Типы Джозефсоновских переходов в сверхпроводящих структурах.

4.2. Процесс создания и дизайн dc-СКВИДа на основе напряженных пленок.

4.3. Измерение чувствительности СКВИДа на основе пленок с замороженными напряжениями.

Проблема напряженных состояний

Актуальность проблемы

Высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) является одной из преуспевающих отраслей науки. Ее стремительные темпы видны по числу публикуемых статей, роста критической температуры перехода в сверхпроводящие состояние. Создана огромная база по структуре всех известных ВТСП материалов и их свойствах.

Предложено большое количество теоретических моделей для объяснения многих явлений, происходящих в ВТСП структурах, результаты которых очень близко описывают экспериментальные данные.

Однако вопрос о природе сверхпроводимости и многих свойствах сверхпроводников до сих пор остается открытым.

Одним из таких вопросов является проблема напряженных состояний, которая является на сегодняшний день наиболее актуальной, поскольку раскрывает новые возможности и открытие много интересных явлений. Напряженные состояния дают совершено новые направления в физике материалов. Одно из таких явилось создание на основе напряженных ВТСП пленок уникальных сверхчувствительных датчиков СКВИДов - сверхпроводящее квантовое интер-ферометрическое устройство (Superconducting Quantum Interference Device -SQUID).

Состояние проблемы

Теоретические и экспериментальные исследования природы ВТСП далеки до завершения [1-4], тем не менее, за 20 лет успешного изучения ВТСП с помощью самых современных экспериментальных методов накоплен огромный фактический материал и построены теоретические модели для описания уникальных свойств ВТСП. Отметим, что вплоть до настоящего времени отсутствует согласие в выборе механизма спаривания, хотя существование изотопического эффекта в недопированных и передопированных сверхпроводящих куп-ратах явно указывает на существенную роль фононов в формировании сверхпроводящих свойств ВТСП.

Развитие высокотемпературной сверхпроводимости началось в 1986 г. с открытием швейцарских физиков Беднорца Д. Г. и Мюллера К. А., обнаруживших существование сверхпроводимости при температуре 30 - 35 К [5,6] для соединения La2.xBaxCu04. Причем самым удивительным было то, что материалом с высокотемпературной сверхпроводимостью оказалась керамика, приготовленная из оксидов бария, лантана и меди.

Открытие Беднорца и Мюллера послужило большим импульсом для синтеза принципиально новых сверхпроводников во всем мире [7], уже в марте 1987 г. критическая температура составила 92 К [8] в соединении оксидов бария, иттрия и меди. За достаточно короткий период времени критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние возросла до 196 К [9]. Большую роль играло поиск новых ВТСП материалов именно простым экспериментальным методом, изменяя лишь ионный радиус и степень окисления [10,11]. Повышение критической температуры помогло решить проблему с хладагентом и перейти от дорогостоящего жидкого гелия, который позволяет работ со сверхпроводящими материалами до 60 - 80 К, к жидкому азоту, снизив тем самым расходы до 10000 раз. Этот фактор приводит к удешевлению, а, следовательно, более широкому распространению различных сверхпроводниковых устройств [12].

Однако, несмотря на многообразие новых сверхпроводящих оксидов, общей их чертой является принадлежность к перовскитоподобным соединениям [13] с дефектной структурой по кислороду [14]. Структуры всех известных к настоящему времени ВТСП-оксидов генетически связаны со структурой перов-скита (АВХз). Каркасная структура перовскита при этом становится слоистой: упорядочение кислородных вакансий приводит к образованию слоев (Cu02).

В структуре перовскита основными структурными элементами являются октаэдр ВХ6 и кубооктаэдры AXj2 [15-17]. Октаэдры ВХ6, соединенные общими вершинами, образуют бесконечный трехмерный каркас (изотропную структуру), в пустотах которого располагаются атомы А. Для прогнозирования возможности образования соединений со структурой перовскита применяется геометрический критерий устойчивости Гольдшмидта [18]: t = (rA+rx)/[V2(rB + rx)] = l, который определяет допустимые размеры катионов А и В (или расстояний А-Х и В-Х). Следует отметить, что образование перовскитной структуры с идеальной стехиометрией (1:1:3) возможно и в случае заполнения А-, В- и Х-позиций большим числом атомов. В этом случае атомы, входящие в состав соединения (фазы), должны обладать подобной кристаллохимией для размещения их по однотипным позициям.

В случае оксидных перовскитов идеального состава АВОз помимо геометрического условия должно выполняться условие электронейтральности, т. е. суммарный положительный заряд катионов должен быть равен +6 для компенсации отрицательного заряда. Однако для большинства катионов это условие не реализуется, но, тем не менее, образуются аниондефицитные структуры состава АВО3.5. В этом случае образование перовскитной структуры обусловлено возможностью проявления, в первую очередь у катионов В-типа, меньших координационных чисел. Для оксидов со структурой перовскита на основе Си образование апиондефицитных перовскитных структур происходит вследствие большой устойчивости координационных окружений для атомов меди с координационным числом меньше 6 (для Cu2+ (d.9) характерны тетрагональная пирамида и квадрат; для Cu+ (d10) - гантель; для Си3+ (/) - квадрат). В этих структурах эффект Яна-Теллера приводит к большому искажению координационных полиэдров Си (II и III) (растяжение октаэдров СиОб вдоль оси 4-го порядка вплоть до реализации окружения в виде тетрагональной пирамиды или квадрата). Очевидно, что этот эффект для медных перовскитов способствует образованию устойчивых аниондефицитных структур.

Множество выполненных к настоящему времени синтезов и наблюдений позволяет указать следующие признаки, присущие веществам и материалам с ВТСП [13]: a) структуры фаз являются производными от структуры перовскита; b) все они являются более или менее сложными оксидными фазами; c) структуры имеют большое число анионных вакансий, концентрацию которых можно легко варьировать, изменяя условия синтеза; d) наличие перовскитоподобной слоистой структуры, обязательным их элементом является наличие плоскостей (СиОг) с дефектностью, обусловленной легированием или кислородной нестехиометрией, и склонностью к различного рода упорядочениям и превращениям; e) наличие меди, обладающей уникальным свойством легко изменять степень окисления, поляризоваться, изменять координационное окружение и вызывать в нем ян-теллеровские искажения, в этих структурах В-позиции заняты только атомами меди.

Любой сверхпроводник состоит 2-4 оксидов.

Можно также назвать следующие свойства медных сверхпроводников, сформулированные Андерсеном [10,19]: a) медные сверхпроводящие оксиды имеют двухмерную или слоистую структуру; b) матричные купраты La2Cu04 и УВаСизОб являются мотовскими диэлектриками с антиферромагнитным упорядочением (магнитные моменты соседних ионов компенсируют друг друга); c) близость сверхпроводящей и диэлектрической фаз в двухмерной системе.

Кроме этого можно добавить следующие особенности [10,20]:

- исключительно малая длина когерентности;

- высокая критическая температура Тс сверхпроводящего перехода;

- d-тип симметрии сверхпроводящего параметра порядка А и слабая чувствительность к рассеянию на немагнитных примесях;

- особенность фазовой диаграммы: близость антиферромагнитного и сверхпроводящего состояний и существование последнего в ограниченном с обеих сторон интервале концентраций носителей, существование псевдощелевого состояния при Т > Тс в недопированной области;

- "нарушение" оптического правил сумм;

- структура "пик-провал-горб" в спектрах фотоэмиссии с угловым разрешением (ARPES) и в туннельных характеристиках;

- статическая и динамическая структура страйпов и её связь со сверхпроводимостью;

- особенность в спектрах неупругого рассеяния нейтронов при Т< Гс;

- отличие концентраций сверхтекучей компоненты от полной концентраций носителей;

- большое отношение 2А(Т=0)/ТС в области слабого допирования;

- аномальное температурные и частотные зависимости диагонального и холловского сопротивлений.

Слейт сформулировал [21] в наиболее общем виде физико-химические критерии появления высокотемпературной сверхпроводимости: близость к границе металл-диэлектрик и состояние плохого металла при Т > Тс\ наличие металлов со смешанной валентностью в трех различных степенях окисления М1'1, Ы\ Мп+1, причем п может варьироваться от 2 до 5, а состояния М1'1 и Мп+1 должны быть диамагнитными; для соединений на основе переходных металлов сверхпроводимость может иметь место, когда cf-орбитали почти полностью заняты электронами или почти полностью вакантны; для соединений, не содержащих переходных металлов, сверхпроводимость может иметь место при частично заполненной s-зоне; степень ковалентности связи должна быть высокой; в дополнение к катионам, обеспечивающим уровни проводимости, желательно присутствие катионов с сильными основными свойствами типа Ва2+; сверхпроводящее состояние должно быть термодинамически нестабильным.

Для объяснения механизма спаривания электронов предложено множество моделей, которые включают образование биполяронов, электрон-электронные взаимодействия и др. [3,22,23]. Единственная попытка теоретически оценить предельное значение Тс для оксидных медьсодержащих сверхпроводников была создана Годдардом [24], предложившими так называемую маг-нонную модель, в соответствии с которой переход в сверхпроводящие состояние обусловлен тем, что некоторые атомы кислорода в плоскостях Си-О, теряя электроны, становятся магнитными и заставляют ориентироваться соответствующим образом магнитные моменты расположенных по соседству с ними атомов меди. Существует также суждения [3,23] по поводу того, что сверхпроводящее состояние обуславливается за счет совместного влияния притягивающего электрон-фононное взаимодействия и кулоновского отталкивания.

Как уже отмечалось проводимость в ВТСП обеспечивается слоями (СиО)х. Любые попытки замещения в сверхпроводящих оксидах меди на другие металлы приводят к снижению Тс [8] или вообще к потере сверхпроводимости [25]. С полной уверенностью пока можно говорить лишь об отмечаемой часто тенденции к возрастанию Тс при увеличении числа слоев (СиОг)* в одном "блоке" структуры.

Огромное значение для высокотемпературных сверхпроводников является методика приготовления ВТСП материала, поскольку сверхпроводящая керамика - поликристаллический материал, получаемый, как правило (но не всегда) спеканием порошкообразных прессовок - широко применяется для решения научных и прикладных задач. Получение керамики, максимально использующей все преимущества сверхпроводящего состояния, порождает ряд проблем, связанных с гранулярным характером сверхпроводников и анизотропией электрических и магнитных свойств. Сложный характер и невысокая в отсутствии расплавов скорость фазовых превращений смеси исходных реагентов в сверхпроводящий продукт означает, что при использовании традиционного керамического метода синтеза сверхпроводников избежать в них присутствия хотя бы следов примесных фаз практически не представляется возможным. Большое внимание уделяется развитию некерамических методов получения сверхпроводящих оксидов, основанных на процессах соосаждения из растворов нитратов, ацетатов или хлоридов в виде нерастворимых оксалатов, карбонатов или гидроксидов (в этом случае возникает проблема неконгруэнтности и различий в кинетике осаждения); упаривания растворителя из водного раствора или расплава солей в собственной кристаллизационной воде (что приводит к образованию крупнокристаллических малоактивных к спеканию продуктов); распылительной сушки; золь-гель процессов и криохимической технологии [26]. Каждый из этих методов пока не оптимизирован в применении к конкретным сверхпроводящим продуктам.

Необходимо также отметить о неустойчивости. Неустойчивость сверхпроводящих оксидов во времени обусловлена как их внутренней термодинамической нестабильностью, так и химическим взаимодействием с компонентами окружающей среды. Чем выше критическая температура сверхпроводника, тем серьезней опасность деградации. Это означает, что если бы удалось создать сверхпроводник с Тс близкой к комнатной, то в устройствах на его основе следовало бы поддерживать гораздо более низкую температуру.

Наиболее изученным и применяемым на сегодняшний день ВТСП является иттриевый купрат УВа2Сиз07.5, обладающий одними из лучшими сверхпроводящими характеристиками, критическая температура перехода в сверхпроводящие состояния достигает 93 К [27-30].

Структуру фазы УВа2Сиз07.5 (1:2:3) в терминах катионно-анионных кладок можно представить следующей последовательностью слоев (<5 = 0) [31]: . .(Cu0n)(Ba0)(Cu02)(Yn)(Cu02)(Ba0)(Cu0n).

Согласно проведенным измерениям с помощью эффекта Холла, нейтронографии, следует, что упорядоченная решетка УВа2Сиз07.5 может быть представлена следующей химической формулой [32]:

Cu4+1'504-l)Ba8+2Y4+3(Cu8+l'7504-l'5)028-2 + 2h, где 2h - концентрация дырок.

Утроение параметра ячейки с по сравнению с перовскитным параметром обусловлено упорядоченным размещением атомов Ва и Y по А-позициям структуры перовскита. Одновременно с этим происходит упорядочение расположения анионных вакансий и атомов кислорода, что обусловливает сильную деформацию структуры, и в результате этого одна из Х-позиций в плоскости (Уп) по геометрическим критериям не может быть заселена атомом кислорода (dси-си ~ 0,336 нм). Координационным полиэдром атома Си(2) является тетрагональная пирамида (</См.о(экв) = 0,193 - 0,196 им, dCu-o(акс) = 0,23 им), получающаяся из октаэдра при удалении одной из его вершин [слой (Yd)]. Объединенные общими вершинами, пирамиды С11О5 образуют бесконечный слой. Атом меди Cu(l) (z = 0) при д = -1 имеет окружение в виде гантели (dcu-o ~ ОД 81 нм), что является характерным для одновалентной меди. Однако при д ~ 0,5 полиэдром Си(1) становится ромб {d = 0,185 - 0,194 нм), который связан с соседними ромбами С11О4 двумя вершинами, образуя бесконечную ленту вдоль оси у. Интересной особенностью структуры является относительная легкость изменения ее кислородной стехиометрии, при этом состав медного слоя (z = 0) изменяется [от (С11О2), д = -1 до (CuOd), 8 = 0]. При S = 1 элементарная ячейка -тетрагональная, и состав YBa2Cu306 обладает полупроводниковыми свойствами. Однако при д < 0,3 структура становится ромбической (а Ф Ь), вследствие предпочтительного заселения атомами кислорода позиции на одной из осей в плоскости хуО, и обладает сверхпроводниковыми свойствами (Тс ~ 95 К, 8 ~ 0,5). При этом с возрастанием S происходит уменьшение Тс.

Переход от объемных сверхпроводников к двухмерным структурам -пленкам обусловлен многими причинами, во-первых, наличием слоистой структуры у керамических высокотемпературных сверхпроводников [33]; во-вторых, удобством исследования с целью определения физических характеристик материала (туннельная спектроскопия, эллипсометрия, изучение СВЧ свойств) [34]; в-третьих, лучшие монокристаллические пленки ближе к идеальному монокристаллу, чем большинство существующих реальных монокристаллов [35]; в-четвертых, созданием элементов микроэлектроники [36,37].

Существует много современных методов по изготовлению тонких сверхпроводящих пленок:

- катодное распыление на постоянном токе при высоком давлении кислорода [38,39];

- импульсное лазерное испарение из керамических мишеней - метод лазерной абляции [39-41];

- электронно-лучевое испарение, в том числе из независимых источников (металлический иттрий, барий, и медь или оксиды Y2O3, ВаО и СиО) [10,39];

- молекулярно-лучевая эпитаксия, термическое испарение из трех источников (Y, ВаО, СиО) [10,39];

- пиролиз водного раствора нитратов и солей органических кислот на подложке [10];

- термическое испарение [39];

- ионное испарение [39,42];

- химические методы [39,43].

В методах напыления наиболее важным является точное соответствие ка-тионного состава пленок стехиометрии 1:2:3 и исключение взаимной диффузии материалов подложки и пленки. Отклонение состава пленок от стехиометриче-ского приводит к росту паразитных фаз, а также к снижению Тс, уширению и даже полному исчезновению перехода в сверхпроводящее состояние.

Известно, что тонкие пленки имеют больше плотность критического тока по сравнению с объемными сверхпроводниками [44]. Эксперименты по выращиванию ВТСП пленок методом лазерной абляции, являющийся самым идеальным методом получения монокристаллических пленок, показывают, что

7 2 плотность критического тока может достигать до 10 А/см [45], в то время как у керамических образцов до Ю4 А/см2 [46,47].

Помимо состава и метода получения, свойства сверхпроводящих пленок определяются правильным подбором материала подложки. Учитывая, что для кристаллизации фазы УВа2Си3075 пленки приходится нагревать, в первую очередь следует исключить химическое взаимодействие пленки с подложкой [48]. Пленки УВа2Сиз07.5 обычно выращиваются на подложках SrTi03 (тинанат стронция), ЬаАЮз {алюминат лантана), NdGa03 (галлат неодима), имеющие перовскитную кристаллическую решетку, близкую по структуре к решетке УВагСизСЬ-б. Наибольшее значение Тс и jc при 77 К были достигнуты на подложках из монокристаллического SrTi03, ориентированных в плоскости (100) [41,49,50]. Кроме того, было выявлено влияние на рост пленок следующего параметра как температура подложки в процессе напыления [51], которая оказывает большое влияние и на сверхпроводящие параметры критическую температуру Тс, плотность критического тока jc, ширину сверхпроводящего перехода Д71 и на макроструктуру пленки. Причем было установлено, что в достаточно большом диапазоне температур, а именно от 730 до 840 °С, все сверхпроводящие параметры изменяются незначительно.

Как было показано во многих экспериментальных и теоретических работах [30,52-57] очень большое влияние на плотность критического тока определяли именно структурные искажения в образце. Наличие различных дефектов дают величину и температурную зависимость критического тока [30,53-56]. Согласно различным предложенным теоретическим моделям в обзоре [54] температурная зависимость определяется формулой jc(T)=jc(0)(l - T/Tc)s, где jc(0) -максимальное значение плотности критического тока, показатель степени s определяется типом беспорядка в образце. Однако, несмотря на значительное число работ, посвященных исследованию ВТСП, по прежнему трудно ответить на вопрос, какой должна быть зависимость в современных УВа2Сиз075 пленках, получаемые лазерным напылением [58], в которых дефекты образуются весьма специфическим образом [59,60]. Дефекты, образующиеся в тонких сверхпроводящих пленках, возникают из-за многих причин: различные параметры кристаллических решетки и коэффициентов теплового расширения подложки и пленки [61], возможного отклонения плоскости подложки от кристаллографического направления при ее изготовлении [62], и можно различить следующие виды дефектов: краевые дислокации [62], домены [38,60].

Наличие дефектной структуры либо снижает сверхпроводящие параметры, либо наоборот их увеличивает. Так проведенные экспериментальные исследования на пленках УВа2Сиз07.5 в работе [63] показывают значительное влияние локальной изгибной механической деформации на вольтамперные характеристики при 77 К убедительно показали возможность значительного (двукратного) на отдельных образцах усиления критической плотности тока с 0,4-0,93x106 А/см до 0,5-1,Зх106 А/см2, а также снижения критерия напряжения. В работе [64] были получены результаты, показывающие, что допирование Са сверхпроводника УВа2Сиз075 приводит к увеличению плотности критического тока.

В работах [65,66] было выявлено, что уменьшение времени закалки после процесса напыления приводит к образованию дефектной структуры в пленках с образованием областей напряженностей, снижающих значение плотности критического тока с 107 А/см2, присущего для монокристаллических пленок, до 104

А/см2.

Известно, что напряжение сжатия увеличивает критическую температуру по сравнению с релаксированными пленками [67-69] и объемными образцами [70].

Также существует зависимость критической температуры от давления, причем в зависимости от выбранной оси а, или b и или с, она будет меняться по-разному, поскольку для тонких сверхпроводящих пленок существенна анизотропия [71,72]. Так было обнаружено, что производная dTJdPa,b имеет почти одно и тоже абсолютное значение, но противоположенные знаки, в то время как зависимость вдоль оси с очень маленькая [71,73].

Напряжение пленки зависит от толщины пленки [74]. Если в объемном сверхпроводнике одноосное давление приводит к небольшому увеличению критической температуры, в то время как Тс всегда подавляется в напряженных тонких пленках УВа2Сиз07.5. Не совсем ясно, какой механизм ответствен за поведение УВа2Сиз07.5 пленок. Интерпретация результатов осложняется по крайне мере тремя эффектами: (а) с-оси сверхпроводящих пленок УВа2СизОу.5 имеют прямоугольную решетку {а = 0,3820 им, b = 0,3886 им), в то время как большинство подложек имеют квадратную решетку; (Ь) зависимость от одноосного давления вдоль осей а и b имеет противоположный знак; (с) Cu-0 цепочное упорядочение очень чувствительно к любому роду структурному изменению. Дислокации и антифазовые границы образуются в первых слоях УВа2Сиз07.5 пленки [75,76], поэтому 2-3 элементарные ячейки пленки должны содержать такие дефекты, которые изменяют поле напряженности и структуру пленки [77]. В YBa2Cu307.5 пленках сильные изменения в сверхпроводящих свойствах, в особенности Тс, имеют место при очень маленькой толщине, главным образом меньше чем 10 элементарные ячейки [69,78,79]. Деформация сжатия в кристалле YBa2Cu307.5 может увеличивать Тс [68]; но напыленные YBa2Cu307.5 пленки на подложки LaA103 Тс уменьшается с толщиной [80].

В статье [81] приводиться теоретическое исследование зависимости критического тока от толщины пленок, от типа подложки и от напряжения - сжатия и растяжения. Было показано, что только достаточно в тонких пленках возникает напряженное состояние. При толщине более 350 им напряжения полностью релаксируют.

Существует много работ посвященных теоретическому и экспериментальному исследованию высокотемпературных сверхпроводников [44,70,82-87], основанные на теории БКШ [44] и слабосвязанного предела теории БКШ [88] для определения зависимости критической температуры от наличия в объеме сверхпроводника магнитных и немагнитных примесей; на модели t-J [4,89-93] и на расширенной модели t-J, т. е. t-t'-t"-J модель [94,95]. Предлагаются совершенно новые механизмы, отвечающие за образование сверхпроводимости [23].

За последние годы разработаны концептуально новые методы. Среди экспериментальных методов, применяемых для исследования сверхпроводящих структур можно назвать: электронная микроскопия [96], рентгеновский структурный анализ [97], химический и рентгенофазовый анализ (РФА), рентгеновская и ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС и УФЭС), Оже-электронная спектроскопия (ОЭС), электронно-зондовый микроанализ

ЭЗМА) [98], нейтронография [71], акустические [99], мессбауэровская спектроскопия [100].

Для получения основных сверхпроводящих параметров, таких как плотность критического тока /с, критическая температура Тс, ширина сверхпроводящего перехода ДГ для пленок YBa2Cu3075 применяется стандартный четы-рехзондовый метод [101]. В работе [38] исследовали доменную структуру пленок YBa2Cu307.5 с помощью рентгеновской дифрактометрии.

Однако выбор метода исследования существен, поскольку необходим такой, который не приводил к разрушению исследуемого образца, а также изменению его свойств, так в процессе многочисленных экспериментальных исследований [63,102-104] было убедительно выявлено многообразное число факторов, влияющих на свойства ВТСП УВа2Сиз07.8, как механических [63], химических [102], радиационных [103], магнитных [104].

В отличие от уже существующих методов исследований, как просвечивающая электронная микроскопия, Оже-спектроскопия, РФЭС [98], приводящие к резкой деградации сверхпроводящих образцов, увеличивая их восприимчивость к парам Н20 и С02 вплоть до появления отдельных островков металлической меди, метод туннельной спектроскопии и эллипсометрии отличает наиболее перспективным методом исследования [100,105], поскольку являются бесконтактными, неприводящими к каким-либо структурным и химическим изменениям вещества.

ВТСП помогла решить многие задачи, связанные с применением сверхпроводящих материалов в энергетике (системы генерирования, хранения и передачи энергии) [97], в электронике и сильноточной технике [63,106-108], вычислительной технике (СКВИД и элементы памяти) [106,107,109,110], в физике элементарных частиц (сверхпроводящие ускорители) [97], в горнодобывающей промышленности (магнитные сепараторы) и в медицине (сверхпроводящие томографы).

Одно из самых успешных применений является использование ВТСП именно для создания СКВИДов и их достаточно успешное дальнейшее использование в различных отраслях, таких как: медицина, нефтедобывающая промышленность, научные лаборатории. Кроме того, технология высокотемпературных сверхпроводящих СКВИДов быстро совершенствуется [107,109-113], и область их использования значительно расширяется за счет упрощения эксплу-тационных проблем. Криогенная система азотного уровня более надежна в эксплуатации, значительно дешевле и доступнее.

Цель и задачи работы

Заключается в получении напряженных тонких ВТСП УВа2Сиз07.5 пленок; определении их основных характеристик; экспериментальном исследовании напряженных свойств данных пленок методами эллипсометрии, туннельной микроскопии и спектроскопии; создании на их основе сверхчувствительных СКВИДов. Согласно с этим были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Напыление тонких сверхпроводящих УВа2Сиз07.5 пленок на подложках ЬаАЮз методом лазерной абляции с определенной степенью напряженности.

2. Измерение основных параметров напряженных ВТСП УВа2Сиз075 пленок: критическая температура Тс, плотность критического тока jc, магнитная восприимчивость

3. Определение температурных зависимостей плотности критического тока для различных пленок jc.

4. Исследование ВТСП УВа2Сиз07.5 пленок методом эллипсометрии по определению толщин тонких пленок.

5. Проведение исследования напряженных пленок с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии.

6. Измерение туннельных вольтамперных характеристик (ВАХ) для пленок с различной степенью напряженности.

7. Создание высокочувствительных датчиков слабого магнитного поля СКВИДов.

Объекты и методы исследований

Объектом исследования являются тонкие сверхпроводящие пленки ит-триевого купрата УВа2Сиз075 с разной степенью напряженности и толщиной 20 - 70 нм, напыленные на подложки алюмината лантана ЬаАЮз(ЮО), имеющие размер 0,5x0,8 см, методом лазерной абляции, с плотностью критического

3 5 2 тока 10 - 10 А/см . Методом исследования являются метод туннельной спектроскопии и метод эллипсометрии.

Научная новизна

Выполнен цикл экспериментальных работ, направленный на изучение новых механизмов образования напряженного состояния в системе УВа2Сиз07.5, выполненных в виде тонких сверхпроводящих пленок:

1. Предложен новый метод исследования материалов с нарушенной кристаллической структурой, позволяющий исследовать доменную структуру напряженных пленок.

2. Определены области с нормальной и деформированной кристаллической структурой на поверхности напряженных ВТСП YBa2Cu307.5 пленок методом сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии.

3. Доказана доменная структура напряженных пленок. Междоменная граница идентифицируется туннельными ВАХ с характерными максимумами, определяемыми электронами, локализованными в деформационной потенциальной яме.

4. Измерен средний размер доменов напряжения для различных напряженных пленок; определена зависимость количества туннельных ВАХ междоменных границ от степени напряженности пленки. Выявлена зависимость количества электронных уровней от степени напряженности пленки n(jc). Обнаружена зависимость размера домена напряжения от степени напряженности пленки ddomain(jc)

5. Созданы СКВИДы на основе напряженных YBa2Cu3075 пленок с чувствительностью (10"5 - Ю"6)Ф0/Нг1/2 при плотности критического тока 104 А/см2.

Научная и практическая значимость

Научная и практическая значимость данной диссертационной работы сов следующем:

1. Разработана методика выращивания напряженных пленок методом лазерной абляции, позволяющая варьировать сверхпроводящий параметр: плотность критического тока в широких пределах 103 - 105 А/см2.

2. Разработан и запатентован способ определения областей с нарушенной кристаллической структурой в материалах с металлической проводимостью.

3. Созданы СКВИДы на основе напряженных УВа2Сиз07.5 пленок.

Защищаемые положения

1. Напряжения в тонких ВТСП пленках УВа2Сиз07.5 "замораживаются" методом быстрого охлаждения in situ сразу после окончания напыления.

2. Зависимость плотности критического тока от температуры для напряженных тонких ВТСП YBa2Cu307.5 пленок имеет минимум в диапазоне температур 55 - 57 К.

3. Напряженные пленки обладают доменной структурой с характерным размером доменов 1 - 2,4 мкм в зависимости от степени напряженности пленки. Доменная структура напряженных пленок определяется методом туннельной спектроскопии.

4. ВАХ с характерными максимумами получаются в 10 - 40 % случаях измерений на каждой отсканированной области напряженной пленки.

5. Туннельные ВАХ напряженных пленок, соответствующие междоменным границам, имеют максимумы в интервале напряжений от 1 до 5 В.

6. Размеры доменов напряжений уменьшаются с уменьшением плотности критического тока пленки.

7. Междоменная граница представляет собой малоуровневую потенциальную яму, в которой локализуются электроны.

Апробация работы

Результаты научной деятельности докладывались на следующих национальных и международных конференциях: XL и XLI Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (г. Новосибирск, 2002 г., 2003 г.); 1-ом Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам (г. Новосибирск, Институт неорганической химии СО РАН, 2003 г.); II - ом Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам (г. Красноярск, Институт физики им. JI. В. Киренского СО РАН, 2004 г.); IV - ом Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам (г. Новосибирск, Институт неорганической химии СО РАН, 2006 г.); а также на научных семинарах ОмГУ.

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 4 статьях различных журналах, 2 из которых содержатся в иностранных; в 1 патенте РФ; а также в тезисах докладов 4 различных отечественных и международных конференций.

Личный вклад соискателя

В диссертацию вошли результаты исследований проведенных автором в лабораториях ОмГУ. Автором поставлены научные задачи, выбраны пути их решения и предложены методы и схемы экспериментальных исследований и теоретического их обоснования. Все вошедшие в диссертацию оригинальные результаты получены либо самим автором, либо при его определяющей роли. В частности проведен полный цикл исследований напряженных ВТСП УВа2Сиз07.5 пленок на сканирующем туннельном микроскопе и эллипсометре, разработан метод исследования материалов с нарушенной кристаллической структурой методом туннельной спектроскопии.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, и заключения и изложена на 100 страницах машинописного текста, иллюстрирована 47 рисунками и 5 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 136 наименований.

2.3.5. Результаты исследований

Проведенные исследования на эллипсометре показали, что исследуемые тонкие ВТСП YBCO пленки имеют толщину от 20 до 70 нм. Данная толщина пленок определялась временем напыления, причем скорость роста пленок варьировалась от 30 до 40 им/мин. При этом было установлено, что достаточно малые толщины приводят к подавлению сверхпроводящего состояния в ВТСП YBCO структуре.

2.4. Экспериментальные исследования напряженных ВТСП YBCO пленок методом туннельной микроскопии и спектроскопии

В данной работе в качестве исследовательского прибора использовался сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) СММ-2000Т (рис.2.И), являю

7 Показатель преломления выбираем равным 1, поскольку измерения проводятся на воздухе. щийся базовой моделью серии сканирующих зондовых микроскопов СММ-2000 и предназначен для широких применений.

Рис. 2.11. Сканирующий туннельный микроскоп СММ-2000Т.

2.4.1. История развития туннельной микроскопии

В 1981 г. Герхард Бинниг и Хайнрих Рёрер из лаборатории IBM в Цюрихе представили миру сканирующий туннельный микроскоп. С его помощью были получены поразившие всех изображения поверхности кремния в реальном масштабе. Человек впервые смог увидеть атомы и прикоснуться к ним. Развивая идеи, заложенные в СТМ, в 1986 г. Г. Бинниг, К. Куэйт и К. Гербер создают атомно-силовой микроскоп (АСМ), благодаря которому были преодолены присущие СТМ ограничения. В свою очередь АСМ стал родоначальником широкого семейства сканирующих зондовых устройств и использующих их технологий, которое продолжает увеличиваться и по сей день. В том же 1986 г. Г. Бинниг и X. Рёрер были удостоены Нобелевской премии в области физики за открытие принципа туннельной, атомно-силовой и световой сканирующей микроскопии. Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) - таково общее название такого типа устройств - используются сегодня в широком диапазоне дисциплин, включающем как фундаментальную науку о поверхности, так и традиционный анализ шероховатости поверхности. Не менее эффектно применение СЗМ - технологий для построения трехмерных изображений - от атомов до микронных образований на поверхности биологических объектов. Сканирующий зондовый микроскоп - это инструмент с множеством возможностей. С его помощью можно строить реальные трехмерные изображения с широким динамическим диапазоном, охватывающим традиционные "сферы деятельности" оптических и электронных микроскопов. Это также и профилометр с беспрецедентным разрешением. Сканирующий зондовый микроскоп может измерять такие физические свойства, как, например, проводимость поверхности, распределение статических зарядов, магнитных полей и модуля упругости, свойства смазочных пленок и др. Современные приложения СЗМ весьма разнообразны. Изображения, получаемые с помощью СЗМ, относятся к разряду создаваемых микроскопическими методами образам, которые достаточно легко интерпретировать. В случае электронного или оптического микроскопа принцип получения изображения базируется на сложных электромагнитных дифракционных эффектах. Поэтому иногда могут возникнуть затруднения при определении, является ли некоторый элемент микрорельефа поверхности выступом или впадиной. Напротив, СЗМ регистрирует истинно трехмерные параметры. На СЗМ-изображении выступ однозначно предстает выступом, а впадина ясно видна как впадина (с учетом поправок). На получаемых при помощи оптических или электронных микроскопов изображениях, например, плоского образца, состоящего из чередующихся отражающих и поглощающих участков, могут возникать искусственные изменения контрастности. Атомно-силовой микроскоп, в свою очередь, практически безразличен к изменениям оптических или электронных свойств и дает информацию об истинной топографии поверхности.

Начало работам по сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии в России было положено Хайкиным М. С. [125], создавшим первый в стране СТМ вскоре после изобретения в 1982 году этого прибора Биннингом и Ро-рером. В его лаборатории была создана серия микроскопов различного назначения: СТМ с большим полем зрения, высоковакуумный СТМ, низкотемпературный СТМ и так далее.

2.4.2. Физический принцип работы туннельного микроскопа

Принцип работы СММ-2000Т, как сканирующего туннельного микроскопа, очень прост. Прецизионные двигатели приближают очень острую платиновую иглу к проводящей поверхности образца (рис.2.12).

Между иглой и поверхностью приложено небольшое электрическое напряжение порядка десятых В. Еще до контакта на расстояние около десятка А между атомами иглы и образца начинается протекание так называемого "туннельного" тока (рис.2.13).

Рис. 2.12. а) схема устройства туннельного микроскопа: 1,2,3-пьезоэлементы, 4-игла, 5-исследуемый образец; 6-усилитель туннельного тока, выходное напряжение которого Uz задает обратную связь и одновременно используется для построения изображения б), на котором каждая линия - зависимость Uz(Ux)> смещение линий задается шагом развертки напряжения Uy.

Рис. 2.13. Схема протекания туннельного тока.

Туннельный ток имеет квантовую природу, его величина зависит от перекрытия волновых функций электронов последних атомов иглы и волновых функций поверхности образца (рис.2.14).

Зависимость величины туннельного тока от расстояния меду иглой и локальной местом поверхности образца очень сильная. Если это расстояние обозначить d, а величину приложенного напряжения V, то в простейшем приближении величина туннельного тока / зависит от них по такой примерно формуле:

1(A) = a aV(B)e"cd(M), где с - константа, немного зависящая от материала образца и иглы. На воздухе при наличии адсорбента на поверхности и атомов газов между иглой и образцом, протекание туннельного тока по-прежнему имеет место, что обеспечивает широкое распространение микроскопов типа СТМ. Вакуумирование же системы игла-образец чаще всего необходимо для стабилизации структуры поверхности образца, если это нельзя достигнуть другими способами.

Н d Н

Рис. 2.14. Потенциальные барьеры и волновые функции электронов с энергией, равной энергии Ферми, для случая туннелирования в вакуум: а) - при макроскопическом зазоре между барьерами; б) - при микроскопическом зазоре между барьерами, к которым приложено внешнее напряжение.

2.4.3. Описание работы экспериментальной установки СММ-2000Т

Сканирующий туннельный микроскоп состоит из следующих компонент, схематично представленных на рис.2.15.

Туннельный ток с помощью предусилителя и аналого-цифрового преобразователя регистрируется компьютером, который, управляя прецизионными двигателями подачи иглы, останавливает ее на такой высоте над образцом, на которой туннельный ток имеет заданную оператором величину. Эта величина выбирается так, чтобы прохождение туннельного тока не приводило к изменениям и тем более к разрушению структуры поверхности образца или иглы с тем, чтобы СТМ являлся действительно бесконтактным методом исследования поверхности. Рабочие значения этой величины туннельного тока обычно имеют значения порядка нескольких нА для металлических и полупроводниковых образцов и значение порядка 1-100 пА для органических пленок и объектов для того, чтобы не наблюдалось разрушение структур этих образцов. В нашей исследовательской работе оптимальная величина туннельного тока составляла 10

П ьезозлектрическое сканирующее устройство, перемещающее образец под иглой (иглу над образцом) по растровой схеме

Система обратной связи для контроля за вертикальным движением сканирующего устройства

Датчик

Заключение

1. Получены напряженные ВТСП YBCO пленки, обладающие новыми структурными свойствами и имеющие плотность критического тока 103 - 105 А/см2.

2. Предложен новый метод исследования материалов с нарушенной кристаллической структурой, основанный на измерении вольтамперных характеристик на поверхности материала с нарушенной кристаллической структурой, применяя сканирующую туннельную микроскопию и спектроскопию. Разработан метод исследования структуры напряженных пленок.

3. Определены области с нормальной и деформированной кристаллической структурой на поверхности напряженных ВТСП YBCO пленок методом скани. рующей туннельной микроскопии и спектроскопии по характерному виду вольтамперных характеристик.

4. Доказана доменная структура напряженных пленок. Измерен средний размер доменов напряжения для различных напряженных пленок 1 - 2,4 мкм и определена зависимость размера домена напряжения от степени напряженности пленки ddomaindc), при увеличении степени напряженности пленки домены напряжений уменьшаются в размерах.

5. Показано, что междоменная граница представляет собой малоуровневую потенциальную яму и идентифицируется туннельными вольтамперными характеристиками с характерными максимумами в интервале напряжений от 1 до 5 В, число которых изменяется от 1 до 5, определяемыми электронами, локализованными в деформационной потенциальной яме, выявлена зависимость количества электронных уровней от степени напряженности пленки n(jj, число максимумов на вольтамперной характеристике растет при уменьшении плотности критического тока напряженной пленки.

6. Показано, что число характерных вольтамперных характеристик с максимумами увеличивается от 10 до 40 % от общего числа сделанных измерений вольтамперных характеристик на каждой напряженной пленки при увеличении степени напряженности пленки.

7. Измерена толщина тонких ВТСП YBCO пленок методом эллипсометрии, изменяющиеся от 20 до 70 нм, и определяемая временем напыления. Достаточно малая толщина пленок приводит к подавлению сверхпроводящего состояния.

8. Созданы СКВИДы на основе напряженных ВТСП YBCO пленок с чувствительностью (10"5 - 10"6)Фо/Нг1/2 при плотности критического тока 104 А/см2.

В заключение автор выражает признательность научному руководителю доктору физико-математических наук профессору Югаю Климентию Николаевичу за переданный опыт и знания, которые отражены в данной работе, а также всему коллективу кафедры общей физики Омского государственного университета.

1. Максимов Е. Г. Высокотемпературная сверхпроводимость сегодня // УФН.- 2004. Т. 174. - №9. - С. 1026-1027

2. Гинзбург В. Л. Сверхпроводимость: вчера, сегодня, завтра, послезавтра // УФН. 2000. - Т. 170. - №6. - С.619-630

3. Максимов Е. Г. Проблемы высокотемпературной сверхпроводимости. Современное состояние // УФН. 2000. - Т. 170. - №10. - С. 1033-1061

4. Изюмов Ю. А. Спин-флуктуационный механизм высокотемпературной сверхпроводимости и симметрия параметра порядка // УФН. 1999. - Т. 169.- №3. С.225-254

5. Bednorz J. G., Mailer К. A. Z. Possible high-T superconductivity in the Ba-La-Cu-0 system//Zs. fur Phys. B. 1986. - V.64. - №2. - P. 189-193

6. Беднорц И. Г., Мюллер К. А. Оксиды перовскитного типа новый подход к высокотемпературной сверхпроводимости // УФН. - 1988. - Т. 156. - №2. -С.323-346

7. Hazen R. М. The Breakthrough: The Race for Superconductor. New York: Summit Books, 1988. - First Edition. - 271p.

8. Wu M. K., Ashburn J. R., Torng C. J., Ног P. H., Meng R. L., Gao L., Huang Z. J., Wang Y. O., Chu C. W. Superconductivity at 93 К in new mixed-phase Yb-Ba-Cu-0 compound system at ambient pressure// Phys. Rev. Lett. 1987. - V.58.- №9.- P.908-910

9. Паринов И.А. Микроструктура и свойства высокотемпературных сверхпроводников. Ростов н/Д.: Изд-во Рост, ун-та, 2004. - Т. 1. -416с.

10. Ю.Третьяков Ю. Д. Химия и технология ВТСП основные направления развития// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. - 1989. - Т.34. - №4. - С.436-445

11. Высокотемпературная сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования// под ред. Киселева А. А. JL: Машиностроение, 1990. -Вып.1. - 686с.

12. Эдельман В. С. Вблизи абсолютного нуля. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2001. - 2-е изд. перераб. - 192с.

13. Антипов Е. В., Лыкова JI. Н., Ковба JT. М. Кристаллохимия сверхпроводящих оксидов// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. 1989. - Т.34. - №4. -С.458-466

14. Грабой И. Э., Путляев В. И. Кислородная стехиометрия высокотемпературных сверхпроводников// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. -1989. -Т.34. №4. С.473-480

15. Безносиков Б. В. Кристаллохимия и прогноз новых соединений АВХ4 // Кристаллография. 1988. - Т.ЗЗ. - №3. - С.658-664

16. Безносиков Б. В. Кристаллохимия и прогноз новых соединений АВСХ6// Кристаллография. 1993. - Т.38. - №4. - С. 170-178

17. Александров К. С., Безносиков Б. В. Перовскиты. Настоящее и будущее. (Многообразие прафаз, фазовые превращения, возможности синтеза новых соединений)// Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 231с.

18. Гольдшмидт В. М. Кристаллохимия. М.: Наука, 1937. - 62с.

19. Белявский В. И., Копаев 10. В. Обобщающий взгляд на природу высокотемпературной сверхпроводимости // УФН. 2004.- Т. 174. - №4. - С.457-465

20. Копаев Ю. В. Модели высокотемпературной сверхпроводимости// УФН. -2002. Т. 172. - №6. - С.712-715

21. Мощалков В. В. Высокотемпературные сверхпроводники. М.: Знание, 1987.- 64с.

22. Амелин И. И. Возможный механизм сверхпроводимости в высокотемпературных сверхпроводниках // Письма в ЖЭТФ. 2003. - Т.77.- Вып.З. - С. 159166

23. Chen G., Goddard W. A. The Magnon Pairing Mechanism of Superconductivity in Cuprate Ceramics// Science. 1988. - V.239. - №4842. - P.899-902

24. Мощалков В. В., Поповкин Б. А. Некоторые эмпирические критерии поиска новых высокотемпературных сверхпроводников // Ж. всес. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1989. - Т.34. - №4. - С.451-458

25. Кауль А. Р., Грабой И. Э., Третьяков Ю. Д. Синтез сверхпроводящих сложных оксидов// СФХТ. 1987. - Т.1.- №1. - С.8-10

26. Горьков JI. П., Копнин Н. Б. Высокотемпературные сверхпроводники с точки зрения эксперимента //УФН.-1988.- Т.156. Вып.1. - С.117-135

27. Cardwell D. A.,Bradley A. D., Babu N. Н., Kambara М., Lo W. Processing, mi-crostrueture and characterization of artificial joins in top seeded melt grown Y-Ba-Cu-0 // Publ. Supercond. Sci. Technol. 2002. - V.15. - №5. - P.639-647

28. Tajima S., Nakahashi Т., Uchida S., Tanaka S. Correlation between plasma frequency and superconducting temperature in УВа2СизОу // Physica C. 1988. -V.156. - №1. - P.90-96

29. Головашкин А. И., Русаков А. П. Экспериметальные исследования особенностей тепловых и электронных характеристик Baix КХВЮ3 и других перов-скитоподобных ВТСП-систем//УФН. 2000.- Т. 170. -№2 . - С. 192-195

30. Kosevich A. M., Syrkin E. S., Feodosyev S. B. Partial frequency distribution functions for a multilayer crystal (illustrated by a high temperature superconductor of 1 -2-3 type) // Phys. Lett. A. 1992. - V167. - № 1. - P.94-102

31. Воробьев А. К., Востоков H. В., Гапонов С. В., Клюенков Е. Б., Миронов В. J1. Исследование неоднородностей в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводников методами сканирующей зондовой микроскопии // Письма в ЖТФ. 1999. - Т.25.- Вып.4. - С.68-73

32. Kuriki S., Takahashi K., Kawaguchi Y., Matsuda M., Otowa T. High critical current density YBCO films and fabrication of dc-SQUIDs // Publ. Supercond. Sci. Technol. 2002.- V.15. - №12. - P.1693-1697

33. Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E., Clarke J. High-transition-temperature superconducting quantum interference devices// Rev. Mod. Phys. -1999. V.71. - №3. - P.631-686

34. Головашкин А. И. Методы получения пленок и покрытий из высокотемпературных сверхпроводников// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. -1989. Т.34. - №4. - С.481-492

35. Югай К. Н., Скутин А. А., Серопян Г. М., Тихомиров В. В., Сычев С. А. Взаимодействие импульсного лазерного излучения с поверхностью мишени YBaCuO: время запаздывания// СХФТ. 1994. - Т.7. - №6. - С. 1026-1030

36. Huhtinen Н., Paturi P., Lahderanta Е., Laiho R. Laser deposition of thin superconducting films from a nanocrystalline УВа2Сиз07.5 target // Supercond. Sci. Technol. 1999. - V.12. - №1. - P.81-86

37. Никулин А. Д., Филькин В. Я., Шиков А. К. Сверхпроводящие композитные материалы// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. 1989. - Т.34. - №4. -С.519-527

38. Кауль А. Р. Химические методы получения пленок и покрытий ВТСП// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. 1989. - Т.34. - №4. - С.492-503

39. Копелевич Я. В., Леманов В. В., Сонин Э. Б., Холкии A. JL Четный эффект Холла в сверхпроводящей YBa2Cu307.x// Письма в ЖЭТФ. 1989. - Т.50. -Вып.4.-С. 188-191

40. Шмидт В. В. Введение в физику сверхпроводников. Изд. 2-е испр. и доп. -М.: МЦНМО, 2000.-402с.

41. Wordenweber R. Growth of high-Tc thin films// Publ. Supercond. Sci. Technol. -1999.-V.12.-№6.-P.86-102

42. Веревкин А. А., Ильин В. А., Липатов А. П., Меледин Д. В. , Наумов А. А. Характеристики последовательных цепочек YBaCuO джозефсоновских переходов на бикристаллической подложке// Письма в ЖТФ. 1998. - Т.24. -№24. - С.83-89

43. Муравьев А. Б., Скутин А. А., Югай К. К., Югай К. Н., Серопян Г. М., Сычев С. А. Макроструктурный фазовый переход в сверхпроводящих пленках

44. YBaCuO, выращенных методом лазерной абляции// Вестник Омского университета. 1997.-Вып. 1. - С.44-46

45. Timusk Т., Statt В. The pseudogap in high-temperature superconductors: an experimental survey//Rep. Prog. Phys. 1999. - V.62. - №1. - P.61-122

46. Habermeier H.-U., Haage Т., Zegenhagen J., Warthmann R., Joo Ch. Anisotropic enhancement of flux pinning in Y-Ba-Cu-0 thin films by substrate mediated defect control// Supercond. Sci. Technol. 1998. - V.l 1. - №10. - P.929-934

47. Пашицкий Э. А., Викарюк В. И., Рябченко С. М., Федотов Ю. В. Температурная зависимость критического тока в высокотемпературных сверхпроводниках малоугловыми границами разделов кристаллических блоков // ФНТ. 2001. - Т.27. - №2. - С.131-139

48. Blatter G., Feigelman М. V., Geshkenbein V. G., Larkin A. I., Vinokur V. M. Vortices in high-temperature superconductors// Rev. Mod. Phys. 1994. - V.66. -№4.-P.l 125-1388

49. Pan V. M., Svetchnikov V. L., Solovjov V. F., Taborov V. F.,Zandbergen H. W., Wen J. G. YBa2Cu307 -delta single-crystal microstructure related to transport critical current density// Supercond. Sci. Technol. 1992. - V.5. - №12. - P.707-711

50. Аксаев Э. E., Гершензон E. M., Гольцман Г. H., Семенов А. Д., Сергеев А. В. Взаимодействие электронов с тепловыми фононами при низких температурах в пленках// Письма в ЖЭТФ. 1989. - Т.50. - Вып.5. - С.254-257

51. Скутин А. А., Югай К. К., Югай К. Н., Серопян Г. М. Эффект возрастания критического тока в YBaCuO пленках// Вестник Омского университета. -1996. Вып.2. - С.30-32

52. Solovjev A. L. Fluctuation conductivity in Y-Ba-Cu-0 films with artificially produced defects // FNT. 2002. - V.28. - №11. - P.l 138-1149

53. Jonsdottir F. Computation of equilibrium surface fluctuations in strained epitaxial films due to interface misfit dislocations// Publ. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 1995. - V.3. - №4. - P.503-520

54. Соловьев A. JL, Дмитриев В. M., Светлов В. Н., Степанов В. Б. Флуктуаци-онная проводимость и критические токи в пленках Y-Ba-Cu-О // ФНТ. -2003. Т.29. - №12. - С.1281-1292

55. Ибрагимов Э. М., Каланов М. У., Керк М. А., Фолтин С. Р. Влияние механических деформаций на критический ток сверхпроводящих пленок YBCO // ЖТФ. 2004. - Т.74. - Вып.4. - С.135-138

56. Hilgenkamp Н., Schneider С. W., Goetz В., Schulz R. R., Schmehl A., Bielefeldt Н., Mannhart J. Grain boundary critical currents a new perspective// Supercond. Sci. Technol. - 1999. - V.12. - №.12 - P.1043-1045

57. Муравьев А. Б., Югай К. К., Югай К. Н., Серопян Г. М., Сычев С. А. Исследование напряженных высокотемпературных сверхпроводящих пленок YBCO // Вестник Омского университета. 2000. - Вып.4. - С.25-27

58. Демин А. В., Канев Е. А., Курнявко О. Л., Муравьев А. Б., Скутин А. А., Югай К. К., Югай К. Н. Температурная зависимость критического тока ВТСП пленок, выращенных методом лазерной абляции // Вестник Омского университета. 1998. - Вып.З. - С.37-39

59. Sato H., Naito M. Increase in the superconducting transition temperature by anisotropic strain effect in (001) Lai.85Sro,i5Cu04 thin films on LaSrA104 substrates// Physica C. 1997.- V.274.- №3-4. - P.221-226

60. Locquet J. P., Perret J., Fompeyrine J., Machler E., Seo J. W., Tendeloo G. V. Doubling the critical temperature of Lai.9Sr0.iCuO4 using epitaxial strain// Nature. 1998. - V.394. - P.453-455

61. Sato H., Tsukada A., Naito M., Matsuda A. La2.xSrxCuOy epitaxial thin films (x=0 to 2): Structure, strain, and superconductivity// Phys. Rev. B. 2000. - V.61. -№18.-P.12447

62. Аксенов В. JI. Нейтронография купратных высокотемпературных сверхпроводников // УФН. 2002. - Т. 172. - №6. - С.701 -705

63. Муравьев А. Б., Сахарова Н. А., Скутин А. А., Югай К. К., Югай К. Н., Серопян Г. М., Сычев С. А. Анизотропия критического тока YBaCuO пленок в ab-плоскости// Вестник Омского университета. 1997. - Вып.З. - С. 30-32

64. Chen X. J., Lin Н. Q., Yin W. G., Gong C. D., Habermeier H. U. Anisotropy of the superconducting transition temperature under uniaxial pressure // Phys. Rev. B. 2001. - V.64. - P.212501

65. Salluzzo M., Aruta C., Ausanio G., D'Agostino A., Scotti di Uccio U. Effect of strain on the structure and critical temperature in superconducting Nd-doped YBa2Cu307Kl// Phys. Rev. B. 2002. - V.66. - P. 184518

66. Dam В., Huijbregtse J. M., J.H. Rector J. H. Strong pinning linear defects formed at the coherent growth transition of pulsed-laser-deposited YBa2Cu307.5films // Phys. Rev. B. 2001. - V.65. - №6. - P.064528

67. Bals S., Rijnders G., Blank D. H. A., Van Tendeloo G. ТЕМ of ultra-thin DyBa2Cu307x films deposited on Ti02 terminated SrTi03// Physica C. 2001. -V.355. - №3-4. - P.225-230

68. Cermelli P.,P. Podio-Guidugli P. Modeling deformation effects on Tc in epitaxial films of La,.9Sro.iCu04// Physica C. 2002. - V.371. - P. 117-128

69. Sung G. Y., Suh J. D. Superconducting properties of doped-YBCO ultra thin films// Physica C. 1997. - V.282-287. - №2. - P.667-668

70. Zhai H. Y., Chu W. K. Effect of interfacial strain on critical temperature of YBa2Cu307-dcita- thin films // Appl. Phys. Lett. 2000. - V.76. - №23. - P.3469-3471

71. Chen X. J., Lin H. Q., Gong C. D. Thickness dependence of the superconducting transition temperature of La2. xSrxCu04 films// Phys. Rev. B. 2000. - V.61.-№14. - P.9782

72. Pavarini E., Dasgupta I., Saha-Dasgupta Т., Jepsen O., Andersen О. K. Band-Structure Trend in Hole-Doped Cuprates and Correlation with Tc max // Phys. Rev. Lett. 2001. - V.87. - №4. - P.047003

73. Laderman S. S., Char K., Lee M. Orthorhombic distortion and cation ordering in Y2Ba4Cu80i6 and Er2Ba4Cu80i6 high thin film // Phys. Rev. B. 1989. - V.39.-№16. - P.11648

74. Альтфедер И. Б., Володин А. П., Макаренко К. Н., Стишов С. М. Энергетическая щель в YBa2Cu3Ox по данным туннельных исследований монокристаллов // Письма в ЖЭТФ. 1989. - Т.50. - Вып.П. - С.458-461

75. Sato Н., Tsukada A., Naito М., Matsuda A. Absence of 1/8 anomaly in strained thin films of La2.xBaxCuCW/ Phys. Rev. B. 2000. - V.62. - №2.- P.799-802

76. Овчинников С. Г. Экзотическая сверхпроводимость и магнетизм в рутениа-тах// УФН. 2003. - Т. 173. - №1. - С.27-50

77. Гавричков В. А., Кузьмин Е. В., Овчинников С. Г. Электронная структура и симметрии параметра порядка высокотемпературных сверхпроводников// УФН.-2000. Т. 170. - №2. - С. 189-192

78. Кузьмин Е. В., Овчинников С. Г., Бакланов И. О. Сверхпроводимость сильно коррелированных электронов оксидов меди и рутения в рамках t-J-I модели // ЖЭТФ. 1999. - Т.116. - №8. - С.655-670

79. Kuzmin Е. V., Ovchinnikov S. G., Baklanov I. О. Comparison of superconductivity in Sr2Ru04 and copper oxides // Phys. Rev. B. 2000. - V.61. - №22. -P.l 5392-15397

80. Tsukada I., Nagao Y., Ando Y. In situ epitaxial growth of superconducting La-based bilayer cuprate thin films// Phys. Rev. B. 2004. - V.69. - P.020504

81. Feiner L. F., Jefferson J. H., Raimondi R. Intrasublattice Hopping in the Extended t-J Model and Temax in the Cuprates// Phys. Rev. Lett. 1996. - V.76. - №26. -P.4939-4942

82. Kim J., Chrisey D. В., Gilmore С. M., Horwitz J. S. Evidence of a critical film thickness for the early growth stage transition in YBa2Cu3075 thin films// Supercond. Sci. Technol. 2000. - V.13. - №4. - P.417^120

83. Никулин А. Д., Филькин В. Я., Шиков А. К. Сверхпроводящие композитные материалы// Ж. всес. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1989. - Т.34. - №4. -С.519-527

84. Еремина Е. А., Олейников Н. Н., Нефедов В. И., Соколов А. Н. Физико-химические особенности процессов, сопутствующих деградации высокотемпературных сверхпроводников// Ж. всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделеева. -1989.-Т.34.-№4.-С.528-537

85. Мелик-Шахназаров В. А.,Мирзоева И. И.,Квирикашвили Т. Ш., Джапаридзе С. К.,Наскидашвили И. А., Макаренко И. И., Стишов С. М. Акустические исследования монокристаллов УВа2СизОх // Письма в ЖЭТФ. 1989. - Т.59. - Вып.2. - С.72-75

86. Зарипова Jl. Д., Болтакова Н. В., Валиуллин А. А., Башкиров Ш. Ш. Мес-сбауэровские исследования катионного распределения в перовскитоподоб-ных оксидах// ЖТФ. 2005. - Т.75. - Вып.4. - С.85-90

87. Yugay К. N., Seropyan G. М., Skutin A. A., Yugay К. К. Superconducting properties of YBaCuO thin films at thermocycling // LTP. 1997. - V.23. - №4. -P.281-284

88. Горелов Б. M., Сидорчук В. А. Немотонная абсорбция в иттрий-бариевых купратах//ЖТФ. 2004. - Т.74. - Вып.11. - С. 138-140

89. Андасбаев Е. С., Комаров Ф. Ф., Купчишин А. И., Мурадов А. Д., Поздее-ва Т. В. Воздействие электронного облучения на физико-химические процессы в высокотемпературной керамике YBCO // ЖТФ. 2004. - Т.74.-Вып.6. - С.47-50

90. Белодедов М. В., Черных С. В. О проникновении магнитного поля в гранулированный сверхпроводник // ЖТФ. 2003. - Т.73,- Вып.2. - С.75-80

91. Пономарев Я. Г. Туннельная и Андреевская спектроскопия высокотемпературных сверхпроводников // УФН. 2002. - Т. 172. - №6. - С.705-711

92. Лихарев К. К., Чернопленков Н. А. Перспективы практического применения высокотемпературной сверхпроводимости// Ж. всес. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева. 1989. - Т.34. - №4. - С.446-450

93. Лежнин И. В., Муравьев А. Б., Скутин А. А., Югай К. К., Югай К. Н., Се-ропян Г. М., Сычев С. А. Высокотемпературный сверхпроводящий YBCO пленочный dc-еквид// Вестник Омского университета. 1997. - Вып.1. -С.41-43

94. Черноплеков Н. А. Состояние работ по сильноточной прикладной сверхпроводимости// УФН. 2002. - Т. 172. - №6. - С.716-722

95. Лихарев К. К., Ульрих Б. Т. Системы с джозефсоновскими контактами. Основы теории. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. - 447с.

96. Головашкин А. И., Кузьмичев Н. Д., Славкин В. В. Простое чувствительное устройство для измерения слабых магнитных полей на основе выскотемпературного сверхпроводящего иттриевого купрата // ЖТФ. 2006.-Т.76. - Вып.З. - С.81-85

97. Канев Е. А., Муравьев А. Б., Югай К. К., Югай К. Н., Серопян Г. М., Сычев С. А. Высокотемпературный сверхпроводящий пленочный dc-еквид: измерение асимметрии и чувствительности // Вестник Омского университе-та.-2000.- Вып.1. С.30-32

98. Югай К. К., Югай К. Н., Скутин А. А., Серопян Г. М. Механизм отрыва частиц от поверхности ВТСП-мишени при поглощении лазерных импульсов// Известия вузов. Физика. 1997. - №6. - С.73-77

99. Югай К. К., Югай К. Н. Поглощение лазерного импульса поверхностью ВТСП-мишени: динамический хаос // Известия вузов. Физика. 1997. -Т.40. - №8. - С.53-56

100. Бойков 10. А., Клаесон Т. Диэлектрическая проницаемость эпитаксиаль-ных пленок ВаТЮз выращенных на (001) YBa2Cu307.5 // ФТТ. 2001. - Т.43. - Вып.2. - С.323-330

101. Панин В. Е., Коротаев А. Д., Макаров П. В., Кузнецов В. М. Физическая мезомеханика материалов// Известия вузов. Физика. 1998. - Т.41. - №9. -С.8-36

102. Технология тонких пленок (справочник) / Под. ред. JI. Майселла, Р. Глен-га; пер. с англ. под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. Смол ко. М.: Сов. радио, 1977.-Т.2.-768с.

103. Абрикосов А. А. Основы теории металлов. М.: Наука, 1987. - 325с.

104. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981.- 584с.

105. Основы эллипсометрии / Ржанов А. В., Свиташев К. К. и др. Новосибирск: Изд-во "Наука" Сибирское отделение, 1979. - 424с.

106. Махнев А. А., Номерованная J1. В., Кирилова М. М., Чеботаев Н. М., Наумов С. В., Коротин М. А. Эволюция межзонного оптического поглощения и электронная структура монокристаллов УВа2Си3Оу (6<у<7) // СФХТ.-1991. Т.4. - №4. - С.700-707

107. Kelly М. К., Barboux P., Tarascon J. М., Aspnes D. Е. Optical properties of copper-oxygen planes in superconducting oxides and related materials// Phys. Rev. B. 1989. - V.40. - №10. - P.6797-6805

108. Эдельман В. С. Низкотемпературная сканирующая туннельная микроскопия// УФН.- 2000. Т. 170. - №9.- С.995-996

109. Давыдов А. С. Теория твердого тела. М: Наука, 1976. - 639с.

110. Бароне А., Патерно Д. Эффект Джозефсона: Физика и пременение. -М.:Мир, 1984.-639с.

111. Sager M. P., Petersen P. R. E., Hoist Т., Shen Y. Q., Bindslev Hansen J. Low-frequency flux noise in YBCO dc SQUIDs cooled in static magnetic fields// Supercond. Sci. Technol. 1999. - V. 12. - №11. - P.798-801

112. Lee S. G., Hwang Y., Kim J. Т., Park Y. K. Characteristics of the planar second-order high-Tc SQUID gradiometer // Supercond. Sci. Technol. 1999. -V.12. - №11. - P.937-939

113. Makhlin Y., Schoon G., Shnirman A. Quantum-state engineering with Joseph-son-junction devices // Rev. Mod. Phys. 2001.- V.73. - №2. - P.357-400

114. Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E., Clarke J. High-transition-temperature superconducting quantum interference devices // Rev. Mod. Phys.-1999.-V.71.-№3.- P.631-686

115. Lam S. К. H., Sankrithyan B. HTSC devices fabricated by selective epitaxial growth// Supercond. Sci. Technol. 1999. - V.12. -№4. - P.215-218

116. Petersen P. R. E., Shen Y. Q., Sager M. P., Hoist Т., Larsen В. H., Bindslev Hansen J. Directly coupled YBCO dc SQUID magnetometers// Supercond. Sci. Technol. 1999. - V. 12. - № 11. - P.802-805

117. Муравьев А. Б., Скутин А. А.,Югай К. К.,Югай К. Н.,Серопян Г. М.,Сычев С. А. Выращивание высокотемпературных сверхпроводящих пленок YBaCuO на золоте// Вестник Омского университета. 1996. - Вып.2.-С.33-35