Кинетические явления в высокотемпературных сверхпроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГВ од

/ О '..Мм млл

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ •

Специализированный совет

КРЫЛОВ Константин Рафаиловнч КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ВНСОКОШПЕРдТУРНШС СВЕРХПРОВОДНИКАХ ' 01.04.07 - фкиша твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

На правах рукописи

кандидата1 фгзинс-матвматических наук

Екатеринбург 1993

ч

Работа выполнена в лаборатория полупроводников и полуметаллов Ордена Трудового Красного Ейамеш Института ■ физики металлов Уральского отдаленна РАН.

Научные руководители -

член-корреспондент РАН И.М.Цидильковский, кандидат фаз.-мат. наук, старший научный оотрудник А.И. Пономарев.

Официальные оппоненты

доктор физ.-мат. наук, ведущий научн. согрудшш

B.И.Окулов,

кандидат виз,-мат. наук, старший научн. сотрудник

C.И.Шкурвтоь.

Ведущая организация -

ДА»

Институт тгимии твердого тела УрО РАН.

Защита состоится ^Н» .1993 г. в УЬ ~ часов на

эасаданин Специализированного совета к 002.03.01 в Институте физики металлов УрО РАН го адресу: 620219, Екатеринбург, ГСГМ70, уд.С.Ноьалевской, 18.

О диссертацией полно ознакомиться в библиотека Института физики металлов УрО РАН.

Автореферат разослан 'л ¿"(Ул^уЬл^* 1933 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физяко-матвматических наук

Р.Галехов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена исследования кинетических явлений в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) 1лг_хвгх0и04 у. и ува20и307 у., а также изучении влияния вамещения различных структурных элементов кристаллической решетки данных соединений на сверхпроводящие свойства й овойства нормального состояния. Кроме того,.в данной работе проведены исследования магнитных а электрических свойств, обусловленных особенностями проникновения, захвата и движения квантов магнитного потока.

¿ктувльность теш. Актуальность темы диссертации обусловлена остротой проблемы высокотемпературной сверхпроводимости (ВТОР, решение которой - то есть понимание . природы высоких критических температур - позволило бы вести целенаправленный поиск материалов с более высокими TQ. Решении втой задачи посвяще-о огромное количество экспериментальных и теоретических работ. Несмотря на это, круг вопросов, связанных с установлением механизма ВТСП, до' сих пор остается довольно широким. Преяде всего, вто связано с отсутствием достаточно надежных а полных сведений об электронных свойствах ВГСП материалов в аормальном состоянии.

Экспериментальные результаты. no> исследовании ВТСП в нормальном состоянии имеют интересную и непростую историю. Это связано с тем, что новые материалы _ принадлежат к числу наиболее сложных веществ, изучаемых в фазаке твердого тела. Химические реакции в процессе синтеза приводят к тому, что образцы зачастую получаются многофазными, оодериат различные примеси. Поэтому для правильной оценки эксгаряментальних результатов, необходима подробные сведения характеризующие их качество. Ясно также, что полученные данные требуя?

тщательной проверка.

В связи с этим вакно иметь достоверные экспериментальные данные о кинетических свойствах ВТСП, выявить общие закономерности и особенности поведения явлений переноса в этих соединениях. Кроме того, для уточнения зонного спектра носителей тока необходимы надежные и подробные исследования кинетических свойств материалов с развой степенью легирования, разного состава и т.д.

Цель рабой:

- о помощью комплексных експериментальных исследований гальваномагнитных и термоэлектрических аффектов ь высокотемпературных сверхпроводниках Ьаг-г13гх0и04-у Е УВа2Си3о? ^ в широком интервале температур и магнитных полей получить дашыо о свойствах нормального соотояния этих соединений: характере проводимости, типе и концентрации носителей тока и т.д.;

- нсоледовать влияние неизовалентного замещения различных структурных элементов кристаллической решетки на сверхпроводящие свойства и свойства нормального состояния Ьа2_кВггСи04_у и УВаг_2(Ха.К,Ы)ЕС1д307_г;

- исследовать характер изменения электронных свойств УВа20и307._у при отклонении от стехиометрического состава по киолороду;

- путем совместных исследований магнитных и электрических свойств 1л2-х8гтСи0г-у получить сведения об особенностях проникновения и движения абрикосовских вихрэй, их взаимодействии с центрами шннинга.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1.В результате исследований эффекта Холла в Ьаг_:=Зг2Си04_у впервые установлено, что' в области нормального состояния преобладает дырочная проводимость; полученные данные

/

позволили впервые оценить концентрацию' вдрок (р) и их1 подвижность (ц): для сверхпроводящих образцов р«10г1 ом-3,

Ц«(1-б) СМ2/В'С.

2.Установлено, что уменьшение содержания стронция до х«0,06 В ьа2 зевг-х0и04_у, КИСЛОрОДЗ ДО 1=6,35 В ува2си30х или увеличение степени замещения бария лантаном до х-0,55 в УБа2_11ахСа3о7_5Г приводит к переходу "металл-диэлектрик"; на диэлектрической стороне перехода проводимость носит характер прыжков с переменной длиной.

3.Впервые для УВа^Си^ с разным содержанием кислорода, а также для увагс?и30:х в котором часть атомов бария замещена атомами лантана, лития, калия проведены комплексные исследования . сопротигления, тврмоэдс я эффекта Холла. Показано, что особенности поведения кинетических ковффйциентов в зависимости от температура, содервания кислорода, лантана в области нормального состояния находят объяснение в рамках модели, предполагавдей наличие узкого пика в плотности электронных состояний вблизи уровня Серый.

4.Установлено, что увеличение содержания кислорода в образцах У^Си^ от х=6 до х«7 приводит к резкому уменьшению теркоэдо (8) и при х>й,8 з меняет знак . с положительного на отрицательный. При этом коэффидаент Холла остается положительным во всем температурном ' интервале СГо<Т£300 к).

5.В поликристаллических образцах Ьа2_зг3гзси04_у прй т<то обнаружен новый тш резистивного состояния, характеризующийся гистерезисвши и релаксационными аффектами.

6.Впервые в одних и тех же условиях проведены исследования аффектов резистивного состояния Ьа^^г^СиО^у на сопротивлении и намагниченности. Проведен сравните ль: ¡5 анализ полученных результатов, определена анергия активации абрикосовских вихрей, объяснена ее температурная зависимость.

- б -

Основные положения, выносимые на защиту:

1,В области нормального состояния преобладающий вклад в прородимость ь^_хБ1'гСи0д-у дают W101' концентрация которых зависит от степени замещения лантана стронцием.

2.Неизовалонтное замещения части атомов лантана атомами стронция в ia2-xSrxCu04-7 часи1 атомов бария атомами лантана в YBagCUgO^ приводит к трансформации свойств материала от "металлических" к "полупроводниковым", где проводимость носит характер прыжков с переменной длиной.

3.Особенности поведения сопротивления, аффекта Холла и ■герьасэдс в зависимости от содержания кислорода для YBagCu^o^ или степени легирования лантаном для YBa2_xLaxCu3o7 _у, их темаер&турные зависимости в области нормального состояния находят объяснение в рамках единой модели, предполагающей существование узкого пика в плотности электронных 'состояний вблизи уровня Ферми.

4.Характер изменения кинетических коэффициентов для УВао_х(к:,И)1Си307_у в зависимости от степени легироваьля связан с обраеованием дополнительных центров рассеяния на ионах К*, а также с возможностью частичного замещения ионов меди ионами лития.

5.Объяснение гистерезисных и релаксационных эффектов резистиввсго состояния, обнаруженного в поликристаллических сбраацах La2 ^Sr^ouo^ при т<10, а также различие величин в температурную зависимость снергии активации абрикосовских вихрей, найденной иа измерений по релаксации сопроиг пения и намагниченности, следует искать в особенностях проникновения, захвата и движения магнитного потока как в межгранульном пространство, так и в самих сверхпроводящих гранулах.

Научная и практическая ценность работы. Диссертационная работе выполнена в рамках плановых исследований, проводимых в лаборатории полупроводников и полуметаллов Ш1 УрО РАН. Ноше

экспериментальные результата, полученные' в работе, и их интерпретация позволят сделать заключения о механизма проводимости в этих веществах, а такте необходимы при целенаправленном поиске новых сверхпроводящих материалов о более высокими критическими температурами.

Апробация работы. Основнне результаты диссертационной работы докладывались на Совещании й МГУ (Москва, 1987 г.). Рабочем совещании по проблемам высокотемпературной сверхпроводимости (Заречный, 1987 г.), XXY Всесоюзном совещании по физике низких температур (Ленинград, 1988 г.), I Всесоюзном семинаре по физике электронных структур на основе высокотемпературной сверхпроводимости (Ыосхва, 1989 г.), III Всесоюзном симпозиуме "Неоднородные электронные состояния" (Новосибирск, 1989 г.), II Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев, 1989 г.), Международной конференции НАТО "Физика и технология в ВТСП" (Бад Виндсхайм,

1989 г.), Международном совещании "Эффекты сильного разупоря-дочения в ВТСП" (Заречный, 1990 г.), VIII Международной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, .

1990 г.), Международной конференции "ВТСП и локализационные явления" (Москва, 1991 г.), Советско-Германское совещание по резистивному состоянию в ВТСП (Черноголовка, 1991 г.), ЙП Совещание по физике низких температур (Казань, 1992 г.) и на научных семинарах Института физики металлов УрО РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ. Список приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссе~отащш. Диссертация, состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она. содержит 170 отранвц машинописного текста, в том числе 4* таблицы и 68 рисунков. Список цитируемой литературы включает. 154 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, в"точащая актуальность и практичебкую'ценность, сформулированы основные цели исследований, указаны объекты исследований, даны сведения о структуре и содеркании работы.

В первой глава, носящей обзорный характер, рассмотрены особенности строения кристаллических решеток З^^Бг^СиО^, УВа£Си307_ и систематизированы результаты первых, полученных ко времени начала работы, исследований электрофизических свойств этих внсокотешературных сверхпроводников.

Элементарная ячейка Ьа^^Эг^ОиО^ образуется из чередующихся вдоль оси с структур перовскита и каменной соли. Замещения лантана стронцием оказывает прямое влияние на симметрию решетки, ее параметры: увеличение х приводит к изменении параметров ячейки и структурному переходу ш ортороыбичеокой фазы в тетрагональную. В отличив от Ха^Б^ОиО^ элементарная ячейка ¥Ва2Си3о7_у представляет собой утроенную ячейку пероЕскита о большим количеством кислородных вакансий, которые оказывают непосредственное влияние на структуру соединения. По каре увеличения у параметры элементарной ячейка а и Ь начинают быстро сходиться и происходит переход аз оргоромбической фазы в тетрагональную. Наблюдаемые особенности строения кристаллической решетки Ьа^^Зг^СиО^ и та^СидО^ оказывают влияние на поведение кинетических коэффициентов в данных материалах.

Результата первые, полученных ко. времени начала работы^ исследования кинетических явлиний в высокотемпературных сверхпроводниках Ьаг_х5рх0и04_тг и УВагСи3о7_у были выполнены на единичных, синтезированных разными методами „образцах, а получощшэ результаты во многом были противоречивы. Так, например, величина сопротивления р я термоэде Б оказывались

прямо связанными с методикой приготовления образцов. В такой ситуации для получения надежных и достоверных результатов требовалось проведение с одной стороны комплексных исследований разных физических аффектов, выполненных на одних и тех г.'.э образцах, а с другой стороны необходимы были систематизированные подробные исследования, позволяющие выяснить влияние стехиометрии л неизовалентного замещения элементов кристаллической решетки на свойства ВТСП.

Во второй главе обсуждаются вопросы методики и техники эксперимента. Описывается процедура приготовлыния образцов и контактов к ним, анализируются погрешности измерения физических величин.

В соответствии о. поставленными задачами в работе попользованы методик для измерения электросопротивления, глагнитосопротивления, вффэкта Холла,.термоэдс, а такаэ эффектов релаксации сопротивления. Эксперименты проводались в интервале тешератур 2К«гг<ЗСОК и в магнитных полях до П=50 кЭ. Полученные результаты обрабатывались с помогав ЭВМ. Исполь-аованив компьютера позволило также проводить измерения в автоматическом резима.

В третьей главе приведены результата измерений температурных зависимостей сопротивления, термоэдс и эффекта Холла и намагниченности для образцов Ьаа_;сЗгхСа04_у о разным содержанием стронция (0«х<0,4)'в широком интервале тешератур н магнитных полэй.

В результате измерений температурной зависимости сопротивления р(Т) для 1а2_хвгхси0д_у устан злено, что переход а сверхпроводящее состояние наблюдается в ограниченном интервале концентраций стронция - 0,06<йс«0,2Б, а зависимость То(х) имеет "колоколообразный" вид с максимумом при х-0,17 -т0--32 К.

Характер изменения сопротивления с температурой также

определяется содержанием стронция. По мере увеличения х, зависимость р(Т) изменяется ог "полупроводниковой" к "моталлической". Это связано с наблюдаемым в данной системе концентрационном переходом "диэлектрик-металл'1. На диэлектрической стороне перехода зависимость р(Т) описывается ваконом Мотта для прыжковой проводимости с переменной длиной •прыжков: р « exp(ï0/T)1i/4. - Результаты измерений ковффмиента Холла (Вц) для La?_2Sr^Cu04_}r, получевные в феврале 1987 года , были первыми, указывающими на то, что во вновь открытых сверхпроводника? в области нормального состояния преобладает дырочная проводимость (RH>0). Оценки концентрации дырок P=i/(RHo) и их подвижности ц-йцО (о=1/р), дали значения р «« бао17 см-3, (.1 « I см^В-с (х = 0,04) и р « I021 см"3, lMI-б) см2/В.с (х=0,Ю, 0,17).

При исследовании влияния магнитного поля (Н) на сопротивлоше сверхпроводящих образцов (х=0,1, 0,2) при Т<ТС обнаружено, что с увеличением H сонротирпение образца ггои малых н равно нулю, а затем при некотором к=н* начинает быстро рости и достигает насыщения, величина которого составляет (10-15)% от значения сопротивления в области нормального состояния (при ï««ï0).

Установлено также, что при вводе и выводе магнитного поля кривые р(Н) не совпадают,, то есть наблюдается гистерезис сопротивления. .При повышении температуры ширина петли гистерезиса уменьшается, и при Т=Т0 вырождается в линию. Кроме того, при уменьшении магнитного поля до нуля сопротивление образца оказывается конечным P0CÎ/Q . При фиксированных значениях j и I величина рост медленно убывает со временем по логарифмическому закону pL=po(i-(krTA )ln t), где t - время, ро и pt - остаточное сопротивление а начальный и текущий момент времени, a v - энергия активации

абриносовских вихрей при наличии тока в образце: для х=0,1 ' Vp=70 MSB (Т-4,2 К) И Vp=I05 МЭВ (WG К).

Как показали выполненные нами- исследования, аналогичные особенности проявляются и в поведении намагниченности о. Ив измерений намагниченности о(Н) для образца La2_xSriCu04_y о i=0,I при г<тс установлено, что кривые о(н) при вводе и выводе магнитного поля не совпадают, а при фиксировании н в разных участках петли гистерезиса намагниченность начинает уменьшаться со временем ш логарифмическому' закону. По ферму. ле ot=oo (1-d^T/v^) -in t) найдет анергии активации абрико-. совских вихрей: 7а=7,7 мэВ (Т=4,2 К, 0^=15 кЭ), V0=II мэВ (Т=4,2 К, If^-I.s кЭ) й VCT=8,7 МЭВ (Т=Ю К, кЭ).

Наблздаемые гастерезисные и релаксационные эффекты связаны-о проникновением, захватом и двиконием магнитного потока как в межгранульЕом пространстве так и в сверхпроводящих гранулах керамических образцов. Для объяснения экспериментальных данных используется концепция крста потока и модифицированные теории критического состояния.

В конце главы продлояено объяснение различия энергий-активации, найденных из релаксации намагниченности и сопротивления <Vp«IO Y0). Предполагается, что захваченный магнитный поток распределяется по образцу неравномерно: преобладащее число магнитных вихрей остается в кеягранулышх слабых связях, и лишь небольшая часть - внутри гранул. Если учесть, что межгранулыше области находятся в резистивном состоянии, а подавляшцая часть грайул в мейснеровском состоянии, то очевидно, что токовый путь будет, складываться из отрезков пути как по розистивнкм меагранульным областям так и по сверхпроводящим гранулам. При этом наибольший вклад в р будут вносить мекгранульныв области и -в релаксации сопротивления будет проявляться движение захваченного магнитного штока именно по этим областям, где, го-видзмому,

наиболее велики силы шшнинга. В релаксацию во намагниченности преобладающий вклад будут вносить те области образца, где захваченные магнитные вихри удерниваются наименьшими силами гшнншга, что соответствует меньшим анергиям активации.

И, наконец, рост 7р и ча с температурой объясняется в предположении, что в керамических ВТСП существует распределение центров шшнинга по анергии. Тогда при низких температурах наблюдаемая релаксация обусловлена низкими активационными барьерами, в то время как при еысоких температурах только сохранившиеся (выжившие) глубокие потенциальные ямы дают вклад в релаксации намш личенности.

В чэтвертой главе приведены результаты исследований сопротивления, аффекта Холла и термоадс для УВаг0и30х с разным со-дерхакием кислорода (6,0«х$6,99).

Измерения кинетических явлений проводились на равновесных образцах заданного состава с однородным распределением кислородных вакансий. Содержание кислорода х определял сь тремя методами - термогравиметрическиы, нейтронографическиы и методом обратных ядерных реакций. Полученные результаты отличались не более чем на 2%.

В результате исследований р№) установлено, что переход в сверхпроводящее состояние наблюдается для !Ша20и30х с х>6,35. При этоы на зависимости Фо(х) моано выделить две области, где 2а остается постоянной - первая с 10=(91-93) К соответствует интервалу концентраций кислорода 6,80С*«6,99, вторая о То«б0 К наблвдвет^я в интервале 6,6.<х^6,65.

Характер изменения р(Т) и Б(Т) • для УВ^Ои^ в области нормального состояния также чувствителен к концентрации кислорода. Так для образцов с а близким к стехиомэтрическому , наблюдается дшэйный роот сопротивлэния с температурой. Однако по мере уменьшения г температурный интервал с

сугается и на зависимости р(т) появляется участок, где сопротивление растет с понижением температуры. Это приводит к тому, что при некоторой критической концентрации хо^б,Зб в системе происходит переход от "металлического" типа Проводимости к "полупроводниковому".

Из измерений температурной зависимости термоэдс для сверхпроводящих образцов YBa2Cu3ox установлено, что при t<tq значение термоэдс равно нулю. Увеличение температуры (1>то) приводит к резкому возрастанию s по абсолютной величине. При этом для YBagCUgO^ с наибольшим содержанием кислорода <х=6,9 и 1=6,99) величина s отрицательна во всем температурном интервала (ТС<Т<300 К). Увеличение числа кислородных вакансий приводит к резкому уменьшению величины |S|, при х"6,8 на зависимости s(x) наблюдается смена знака термоэдс с отрицательного на положительный и для YBagdUgO^. с з<6„8 наблюдается монотонный рост 3.

Температурная зависимость термоэдс для YBa20u30z о х близким к 7 имеет слабо выраженный характер. Однако, по, мере уменьшения х (6,65*зг<6,36) на зависимости S(T) вблизи 50 появляется максимум, величина которого растет, а положение смещается в сторону высоких температур. Уменьшение содержания кислорода приводит к размытию наблюдаемого максимума и при х<6,36 на зависимости S(T) имеет место лишь рост терыоэдо.

На диэлектрической сторона перехода "металл-диэлектрик" (х<6,35) поведение р(Т) описывается законом Мотта для прыжковой проводимости с переменной длиной прыжков: р « ехр (т/то)~1/4. Прыжковый характер пройодимости проявляется а в поведении термоэдс, где для указанных образцов 3«Я1/'2.

Измерения аффекта Холла были выполнены на образцах YBagOUgO^ о Х56.65. Установлено, что независимо от концентрации кислорода знак коэффициента Холла остается положительным во всем температурном интервале (Т„<Т<300 К),

что указывает на преобладание вклада дырок в проводимость. Увеличение числа кислородных вакансий приводит, по-видимому, к уменьшению концентрг дай дырок и, как следствие, к росту коэффициента Холла.

Полученные экспериментальные результаты могут быть интерпретированы в рамках модели [1,2], предполагающей, что в плотности электронных состояний §(Е) вб.лзи уровня Ферта Ер имеется пик £.,(Е) ширины V настолько узкий, что в актуальном интервале температур ревлизуется условие квч>У. С' ггаетсл такие, что в рассматриваемом температурном интервале упругс рассеяние на дефектах является доминирующим. Зависимости о(Т) и 8(Т) анализируются на основе формул типа Кубо-Гринвуда. При т>у/кд проводимость о1 и тершэдс з1, отвечайте вкладу пика ость:

В ' 1 кв Е. -Е- (Ш)

--г- , Э = -2- 0 , С = 1 ^

1 41^5! оЬг(С/2> ' е кдТ

Здесь в - константа, е1 - энергия, отвечающая вершине пика, а зависимость Ер(Т) определяется из уравнения электронейтральности. Из уравнения электронейтральности следует, что |б| -убывающая функция т при всех е, причем бадт-1 для |0|>1 и 6« ±[оопв1+^(Е1 )квТ]г1 для |б|<1. Если при т>У/кв сразу реали зуется |0|<1 (случай 1) и вклад ^ во доминирует, то р«?г; если ве при т>Ч/кв сначала |0|>1, а затем |3|<1 (случай 2), то росту р«0) п; дшествует убываниэ р:

р(Т)-[о0(Ер)+(В/кдТ)•ехр(-|5|) Г1.

Термоэдс з=в0а0/а + Б1о1/о, в рассматриваемой модели, может иметь экстремум. Случаям 1 и 2 отвечают 5тах<кв/е и Бтах>кв/в. Экспериментально наблюдаемые для образцов с х<в,э положительные в требуют выбора б>о (то есть Е1>Ер для дырок с е>0) при этих х. С ростом х растет концентрация дырок р, Ер приближается к Е1 и реализуется переход от случая 2 к 1. При дальнейшем росте р величина С, а с ней и з, меняет знак , что

я наблюдается для образцов о х>6,9. Знаки % и а при |0|«1 (пик заполнен примерно наполовину) могут не совпадать, а наблюдаемое уменыпэние Лд при увеличении ж может быть связано о соответствующим роотом g(Bp) вследствие приближения Вр к .

В пятой главе приведены результаты измерений сопротивления, эффекта Холла и термоядо для образцов YBa2_zK;¡tCu3o7_y, YBa2_xLixCu307_y И T¡Ba2_JtLaatCu307_y.

Результаты исследований р(Т), S(T) и %(?) для YBa2Cu3o7_y. о разным содержанием кислорода и их интерпретация позволяют предположить, что замещение элемента, валентные электроны которого не вносят существенного вклада в плотность состояний на уровне Ферми, например, двухвалентного Ва одновалентными атомами к, L1, либо трехвалентными атомами La, также должно привести к изменению концентрации носителей тока и сдвигу уровня Ферт-относительно пика плотности состояний.

В результате измерений температурной зависимости сопротивления УВа2_х1аяСи307_}г с установлено, что

увеличение содержания лантана приводит к монотонному уменьшению температуры сверхпроводящего перехода от То«93 К при 2=0 ДО нуля при Х"0,5Б. При этом участки с постоянной критической температурой на зависимости 20(*) не наблюдаются.

В области нормальной фазы для образцов - с x¡30,26 наблюдается лянбйный рост сопротивления с температурой. Однако, по мэре увеличения х температурный интервал с р«Ф сокращается, "металлический" характер поведения р(т) сменяется "полупроводниковымк и для образцов о х>х0«=0,Бб наблюдается лишь монотонный рост сопротивления о понижением температуры.

Из измерений в(т) установлено, что' для сверхпроводящих образцов (0<х<£,Б) при очтв значение термоэдо равно нулю. При увеличении температуры (ФМГ) для 7Ва2_х1лхСи307 о 0,025^x^0,25 s вначале' резко возрастает, достигает

максимума, а затаи плавно уменьшается. Увеличения содержания лантана (а£0,25) приводит к разштшо максимума, смещению его в область более высоких; температур и при s»I,0 наблюдаетоя лишь рост терыоэдс. Обнаружено также, что для образцов с 2=0 п х-0,01 термовдо отрицательна во всем интервале температур Гс€К300 К.

Для УВа2_21а„Си3о7_7 с ж>0,55 поведение р(5С) описывается законом Мотта для прыжковой проводимости с переменной длиной щшков росэхр (Т0/Т)1 ^ 4. Изменение S(T) для таких образцов описывается выражением s«!P1/2, что такие характерно для проЕодишсти с гзреыэнной длиной прызшов.

В результате измерений аффекта Холла уставов: >но, для всех исследованных образцов тааг_21аз.0и3о7_у. ^>0, то есть прообладащий вклад в проводимость двют , дарки. Оценки концентрации дырок, выполненные в прибшшенни p-i/íi^-e) дает значения для х=(0-0,25) р=(1-6)»1021 си-3. По мере увеличения содергания лантана концентрация дырок падает от р=5,7«IO21 cu"3 пра 2=0 до о=5>10го см-1 при 2=0,5, что, по-видимому, обусловлено появлением дополнительных электронов при замещении Ва2+ на 1а3+. Увеличение температуры приводит к уменьшению Rg, прн этом как и для YBagCi^o^, коэффициент Холла оказывается пропорциональным 5Г1.

Как и прадполатялось в начале главы, характер изменения зависимостей р(0!) а Б(2) при увеличении содержания лантана аналогичен изменению тех ш величин при уменьшении содержания кислорода в m^CUgO^.. Это позволяет штерпрэтировать полученные результаты в рамках модели, описанной в главе четвертой.

В отличив от таа?_аЬахСи3о7,-у. замещение бария калием в УВа2Си3о?_у практически не оказывает влияния на -емпературу оверироводацого перехода. Более того, выполненные наш нсодадовевия сопротивления, термовдс и эффекта Холла

указывают на то, что калий в таа2_хКхСи307_у не оказывает существенного влияния и на свойства нормального состояния. Так увеличение содержания калия от х-0 до х=0,75 приводит лишь к монотонному увеличению сопротивления, небольшому увеличению величины торыоэдс от -2,5 мкВ/К до 2,6 мкВ/Н и уменьшению концентрации дырок (Rg>0) от р=4-1021 см"3 до р=2,4 «I021 см"3.

Такое поведение кинетических коэффициентов, по-видимому, можно объяснить тем, что твердые растворы типа YBa2-2Ks0u3°7-y образуются лишь 3 узком интервале концентраций калия. Поэтому все наблюдаемые особенности сзязаны с образованием, дополнительных центров рассеяния на ионах к+, занимающих позиции в междоузлиях кристаллической решетки.

Как показали результаты исследований р(Т) для YBa2_;aLis:Cu3o7_?p, замещение части атомов Ва на Ы приводит к более существенному, по сравнению с замещением Ва на к, изменению свойств: переход в сверхпроводящее состояние становится размытым, величина сопротивления в нормальном состоянии резко возрастает. Исходя из размеров ионов

(Ваг+-1,35 А, кМ.ЗЗ А, М+-0.59 А И 0иг+-0,57 А), МОЖНО предположить, что вероятность замещения ионов меди ионами лития выше, чем вероятность замещения ионов бария ионами лития. Это предположение подтверждают результаты измерений р<Я) для YBa20U3

i •

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДИ

I. Результаты впервые выполненных комплексных исследований кинетических эффектов (электропроводности, эффекта Холла и термоэдс) высокотемпературных сверхпроводников

1йг-Л0а04-у' YBa20u3i)a!' ïBa2_xai,K,La)KCu307_}r свидетель-

отвуют о наличии общих закономерностей в характере изменения кинетических коэффициентов, проявляющихся либо при изменении состава, либо при отклонении от стехиометрти.

2. В результате исследований эффекта Холла в 1аг_х8гхсч0д впервые установлено, что в исследованном материале в области нормального состояния преобладает дырочная проводимость (¡^>0) полученные данные позволили в рамках однозонной модьли оценить концентрацию дырок и их подвижность.

3. Показано, что следствием замещения части атомов лантане, атомами стронция в Ъа£_хБгхСи04_у или атомов бария атомами лантана в УВагои3ох является наблюдаемый в данных системах переход "металл-диэлектрик", на диэлектрической стороне которого проводимость носит характер прыжков с переменной длиной.

4. Показано, что особенности поведения кинетических коэффициентов в зависимости от содержания кислорода для УВа2си302 или степени легирования лантаном для УВа2_з.ЬахСи3о7_у их температурные зависимости в области нормального состояния находят объяснение в рамках единой модели, предполагающей существование узкого пика в плотности электронных состояний вблизи уровня Ферми.

Б. Экспериментально установлено, что характер изменения сопротивления, коэффициента Холла и термоэдс для (к, 1.17_у в зависимости от степени легирования связан либо с образованием дополнительных центров рассеяния на ионах К+, либо с возможностью частичного замещения ионов меди ионами лития.

6. В поликристаллических образцах Ьа2_х£гзЕ.СиОд_у. при т<то обнаружен новый тип резгстивного состояния, характеризующийся гистерезисными и релаксационными эффектами. Результаты комплексных исследований электрических и магнитных свойств

уиезызают на единую природу наблюдаемых особенностей: наличие гистерезиса сопротивления и намагниченности, наличие остаточного сопротивления и остаточной намагниченности, релаксация обеих величин по логарифмическому закону.

7. В результате анализа экспериментальных данных показано, что объяснение релаксационных и гистерезисшх аффектов для La2 :l0rxouo4_y, а такие различие и температурную зависимость величины энергии активации абрикосовских вихрей, найденной из релаксации сопротивления и намагниченности, с чзано с особенностями проникновения, захвата и движения магнитного потока как в межгранульном пространстве, так и в самих сверхпроводящих гранулах.

Основные результат!» ди зертации опубликованы в следующих работах:

1А.Галахов В.Р., Гощицкий Б.Н., Губаноз В.А., Давыдов O.A., Журавлев Ю.Ф.,Земляное М.Г..Карышн А.Е..Кожевников В.Л., Крылов K.P., Курмаев Э.З..Лончаков АЛ.,Мирмелыптейн A.B., Новиков Д.Л., Панова Г.Х., Паршин ПЛ., Пономарев А.И., Постников A.B., Прекул А.Ф., Садовский М.В., «Вотиев A.A., Фотиев В.А., Хлопкин Ы.Н., Цидильковский И.Ы., Черношеков H.A., Чешшцкий С.М., Шиков А.А. Электронные и фононные свойства соединений Ьа2хВгх0и04_ // tea.Мет. Мет алловед. -1987.-Т.63, в. 4. -С .829-830. * ~У 2А.Кожевников В.Л.,Крылов K.P..Пономарев А.И.»Садовский М.В., Цидильковский И.Ы., Чешяицкий С.М. Гальвансыагнитные явления в системе La-Sr-Ou-O //Фаз.Мат.Металловед.-1987.-Т.64, в.I.-G.184-185.

ЗА.Алексашш Б.А., Верховский C.B., Гощнцкий Б.К., Дерев-сков А.Ю., Зуев A.D., Кожевников В.Л., Константинов В.Л., Крылов K.P., Лончаков А.Т., Михалев К.Н., Петров А.Н.,

Пономарев А.И., Садовский М.В., Цидильковский И.М., Ци-дильковский В^И., Чешницкий С.М. Сверхпроводящая щель, плотность состояний и кинетические свойства laSrCuO и YBaOuO // Письма в ЯЭТФ.-1987.-Т.46.приложение.-С.51-64.

4А.Кожевников В.Л., Крылов К.Р.,Медведев М.В..Пономарев А.И., Цидильковский И.М., Чешницкий С.М. Гистерезис сопротивления в LaSrCuO и YBaOuO // Материалы Рабочего совещания "Проблемы высокотемпературной сверхпроводимости", Свердловск, 1987. - Ч.П - С.96-97.

БА.Пономарев А.И., Крылов K.P., Медведев М.В., Мушников Н.В., Цидильковский И.М., Чарикова Т.Б. Термогальваномагнитные эффекты и релаксационные явления в La-Sr-Cu-o // СФХТ,-1991.-т.4,Wo II.-С.2149-2158.

6А.Кожевников В.Л., Крылов К.Р.,Медведев М.В.«Пономарев A.M., Цидильковский И.М., Чешницкий С.М. Влияние магнитного поля на резистивное состояние сверхпроводящих керамик LaSrCuO и YBaCuO // Физ.Мет.Металловед.-1988.-Т.6S,В.I.-С.189-192.

7A.Krylov K.R., Ponomarev A.I., Tsidilkoveki I.K., TBidil-kovßki V.l., Bazuev Q.Y..Kozhevnikov V.L..Cheehnitski S.IT. ResiBtivity and. thermoeleotrio power in УВа20и30х samples with different oxygen content //РЬув.ЬеП A.-1988.-V.131, No 3.-P.203-207.

8A.Bazuev G.V., Krylov K.I .Ponomarev A.I..Tsidilkovski V.l., l'Bidilkovski I.H., Charikova T.B. PeouliaritieB of galva-nomagnetio and. iherraoeleotrio properties of

УВа2_хЬа2Си307_0 solid solutions // Ehys.Stat.Sol.(a) I989.-V.115.-P.267-272.

ЭА.Базуев Г.В., Лукин H.B., Крылов K.P., Пономарев А.И., Цидильковский Ü.M., Чарикова Т.Е. Синтез и электрофизические свойства YBag_^M^CiLj07(М=К,Ы) // СФХТ.-1992.-T.5.NO 4.-0.699-705.

ЛИТЕРАТУРА

1.Цидильковский В.И., Цидильковский И.М. Термоадс, проводимость и магнитная восприимчивость .сверхпроводящих керамик при Т>ТС // Фив.Мет.Металловед.-I988-T.65-B.I.-0.83-91.

2. TnidllkoveJci I.K., TaidllkovBfci V.r. ReBiativity and thermoeleotrlo power о 1 oerftmioa a-t T>TQ // Sol.St.Gomnun.-I988-V.66.-N.I.-?.5I-54.

Отпечатано на ротапринте ИФН УрО РАН тирав'ЮО эак.5С объем I пвч.л. формат 60x84 1/16 г.Екатеринбург ул.С.Ковалевской, 18