Квазичастичное туннелирование в с-направлении в одиночных и стопочных ВТСП-контактах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

^ л

#

^ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ч ^ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

\

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК. 537. 312. 62

ЧОНГ СУН ХИ

КВАЗИЧАСТИЧНОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ В с - НАПРАВЛЕНИИ В ОДИНОЧНЫХ И СТОПОЧНЫХ ВТСП - КОНТАКТАХ

Специальность - 01. 04. 09 Физика низких температур и сверхпроводимости

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата фмзико - математических наук

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре физики низких температур физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук Я. Г. Пономарев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук М.Ю. Куприянов

кандидат физико-математических наук В.Н. Заваринкий

Ведущая организация: Физический институт Российской Академии

заседании Специализированного совета N2 Отделения физики твердого тела (IC053.05.20) Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова но адресу: 119899 ГСП, Москва, Воробьевы Горы, МГУ, физический факультет, криогенный корпус, ауд. 2-05а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

наук

Защита состоится " (Ь " С£Т$<ГрЯ 1997 года в 15 ;!0-

чассш на

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета N2 ОФТТ МГУ им. М.В. Ломоносова доктор физ. - маг. наук, профессор

Г. С. Плотников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Высокотемпературные сверхпроводники ( ВТСП ), обладающие сложной кристаллической структурой, являются исключительно трудным объектом лля исследований. В то же время эти материалы, благодаря уникальности их свойств, представляют огромный интерес как для физики конденсированного состояния , так и для прикладной физики. Круг потенциальных технических применений ВТСП очень широк, однако возможность объективного прогнозирования затрудняется скудностью и противоречивостью экспериментальной информации о физических свойствах ВТСП - материалов.

Многофазность ВТСП, их склонность к дефектообразовапию и сильная анизотропия физических свойств настолько затрудняют расшифровку результатов физических экспериментов, что сейчас трудно указать группу приоритетных экспериментальных методов, которые бы позволили решить однозначным образом основную проблему, связанную с высокотемпературной сверхпроводимостью : каков механизм спаривания сверхпроводящих электронов в ВТСП - материалах ? В то же время систематически растет число теоретических моделей, претендующих на описание ВТСП - сверхпроводимости.

К моделям, базирующимся на традиционном з-симметрийном спаривании (нулевой суммарный орбитальный момент куперовской пары), следует огпссти, в первую очередь, "сценарий" с сильным электрон-фононным взаимодействием и "сценарий" с протяженной особенностью ван Хова вблизи уровня Ферми. В случае сильного электрон-фоношгого взаимодействия ожидается заметная перенормировка квазичастичной плотности состояний, близкая к ступенчатой температурная зависимость щели Д(Т) и кубический рост с температурой параметра затухания Г(Т) = Ь / т(Т). "Сценарий" с протяженной особенностью ван Хова допускает возможность слабого злектрои-фоношюго взаимодействия и , как следствие, во многом соответствует простой БКШ - модели . Характерной особенностью "сценария" с протяженной особенностью ван Хова является существование

заметного вклада в процессы рассеяния квазичастиц от электрон -электронных взаи моде item и и, что должно привести к линейному росту параметра размытия Г с температурой.

В случае d-симметрийной сверхпроводимости ( суммарный орбитальный момент пары 1 = 2) механизмы спаривания носят "экзотический" характер. Ожидается, что угловая зависимость щелевого параметра Д(0) будет иметь сложный вид (зануления щели при определенных направлениях в к-лрострапствс), что в случае явлении, связанных с усреднением по направлению, должно фактически соответствовать бссщелсвой сверхпроводимости.

Нетрудно убедиться, что перечисленные выше особенности различных теоретических моделей, описывающих BTCII - сверхпроводимость, отражаются самым прямым образом на характере туннельного эффекта в S-I-S - структурах на базе ВТСП. Туннельный эффект является одним из наиболее прямых методов получения температурных зависимостей щели Д(Т) и параметра затухания Г(Т) в исследуемом сверхпроводнике. К сожалению, качество вольт - амперных характеристик (ВАХ) ВТСИ -контактов оставляет желать лучшего из-за трудности получения резких S-I-интсрфейсов и тонких барьеров.

В работах 1 1, 2 J было показано, что при туннелировании квазичастиц в с -направлении в симметричном S-I-S контакте на базе высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) с чисто d - симметрийным спариванием щелевая структура па ВАХ должна быть сильно размыта. Этот результат является прямым следствием анизотропии щелевого параметра А в Си02 - плоскости , где и сосредоточены 2D - сверхпроводящие носители заряда [3 ] . В зависимости от использованного авторами приближения ( сферическая поверхность Ферми, цилиндрическая поверхность Ферми или отсутствие дисперсии п с - направлении ) квазичастичная ветвь ВАХ при j || с несколько меняется [ 1,2 ], однако в качественном отношении размытый характер щелевой особенности на I(V) - характеристике сохраняется даже в случае большого времени жизни квазичастиц.

В случае 8-1-5 контакта на базе 5 - симметрийного классического сверхпроводника, в котором А не зависит от направления волнового вектора, при Т « Тс и больших временах жизни т квазичастичный ток меняется незначительно вплоть до смещения V,, = 2Л/е, а затем резко возрастает, приближаясь к омической ВАХ, соответствующей Т > Тс I 4, 5 ].

Качественное различно квазичастичлых ветвей ВАХ в двух вышеупомянутых случаях ( в режиме з || с ) может быть использовано для экспериментальной проверки симметрии спаривания в ВТСП материалах [1, 2] ( отметим, что измерения этото типа не являются фазочувствительными ). Проведенные ранее подробные измерения свсрхтока в с - направлении в джозсфсоновских контактах \'Т!арСи-(07 - РЬ, чувствительные к фазе волновой функции, однозначно показали, что симметрия спаривания в ВТСП не может быть отнесена к чисто (1 х-2-у2 " типу [6,7 ].

Цель работы состояла в экспериментальном исследовании щелевой структуры на ВАХ одиночных и стопочных туннельных контактов, сформированных на криогенных сколах и пластинчатых монокристаллах и вискерах ВЬБг-Са-Си-О при токе в с - направлении. Полученные в работе результаты были использованы для проверки предсказаний теории [1, 2], базирующейся на модели чисто 1! - симметрийного спаривания в ВТСП.

В работе проводились следующие исследования:

1) измерения 1(У)- и сЖУ) / (IV- характеристик контактов на мшеротрещине в пластинчатых монокристаллах и вискерах ВЬЗг-Са-Си-О при токе в с - направлении в режиме одиночного контакта в интервале температур от Т = 4.2 К до критической температуры Тс ,

2) измерения К V)- и <Л(У)/с1У- характеристик контактов на микротрещипе в пластинчатых монокристаллах и вискерах В^г-Са-Си-О при токе в с - направлении в режиме стопки 5-1-5 - контактов в широком температурном интервале.

Результаты измерений использовались для решения следующих задач:

1) определения отношения 2Д/кТс у исследованных Н[-Яг-Са-Си-0 -контактов при || с, в условиях, близких к равновесным,

2) определения формы щелевой особенности на ВАХ исследованных ВЬБг Са-Си О - контактов при ]1ун [| с, в условиях, близких к равновесным,

3) определения температурных зависимостей щелевого параметра Д(Т) и параметра затухания Г(Т) у исследованных В^-Бг-Са-Си-О - образцов,

4) установления характера влияния ишкекции неравновесных квачнчастиц, разогрева и разрушения сверхпроводимости в берегах контакта на форму ВЛХ ВЬЗг-Са-Си-О - контактов.

Научная нпт/зна работы заключается в том, что в пей впервые:

1) установлено, что при гелиевой температуре форма экспериментальных ВАХ стопочных контактов на базе ВКЧг-Са-Си-О -висксров при токе в с - направлении находится в явном противоречии с теоретическими предсказаниями [1, 2] для случая 8-1-8 ВТСП -контактов (.¡туи II с) 11а базе чисто с1 - симмстрийных сверхпроводников и указывает на существенный вклад в - спаривания в симметрию параметра порядка,

2) установлено, что у исследованных ВЬЬ'г-Са-Си-О - образцов в равновесной ситуации отношение 2Д/кТс в широком интервале критических температур Тс составляет 7 ± 0,5 ,

3) обнаружено, что температурная зависимость параметра затухания ГСГ) у исследованных ВЬБг-Са-Си-О - контактов близка к кубической, что, в принципе, является характерным признаком сильного электрон - фоноппого взаимодействия [ 8 ],

4) обнаружено, что при больших плотностях тока через исследованные контакты ипжекция неравновесных квазичастиц, разогрев и разрушение сверхпроводимости в берегах контакта приводят к существенному искажению формы ВАХ.

Автор защищает:

1) вывод о смешанном характере симметрии параметра порядка в ВЬ Зг-Са-Сц-О,

2) новые данные о зависимости отношения 2Д/кТс от критической температуры Тс у высокотемпературного сверхпроводника Bi-Sr-Ca-Cu-O,

3) новые данные о температурных зависимостях параметра затухашш Г(Т) и щелевого параметра А(Т) у Bi-Sr-Ca-Cu-O.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что в ней получены ВАХ Bi-Sr-Ca-Cu-O - контактов с вертикальным ростом тока при щелевом смещении в условиях, близких к равновесным (j^,,, || с, Т = 4,2 К). В качественном отношении эти ВАХ близки к ВАХ ииобиевых контактов и могут найти практическое применение при создании гетеродинных приемников микроволнового излучения и детекторов элементарных частиц.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях:

1) The 7th International Symposium on Superconductors, ISS'94, Japan,

1994,

2) International Confcrencc on Physics and Chemistry of Molecular and Oxide Superconductors, Karlsruhe, Germany, August 2 -6, 1996.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, список которых приведен в автореферате.

Структура я объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит [ j -f страниц машинописного текста, рисунка, 2. таблицы и^слисок цитируемой литературы из

наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы задачи исследований и дан анализ научной новизны полученных результатов и их практической ценности.

В первой главе диссертации содержится краткий обзор литературы по структуре и физическим свойствам ВТСП - материалов. Обсуждаются основные теоретические модели высокотемпературной

сверхпроводимости и их экспериментальная проверка. Излагаются современные лредставлешш о физической природе электронного транспорта в ВТСП и перечисляются основные проблемы, связанные с проводимостью в с - направлении: некогерентный характер проводимости, неупругое туннелирование квазичастиц с участием фонтов между соседними Си02 -плоскостями, роль ангармонических эффектов и электрон - фононном взаимодействии в с - направлении, резонансное туннелирование между проводящими плоскостями через локализованные уровни в изолирующих прослойках, неупрутое туннелирование с участием машонов и рассеяние на статических дефектах в диэлектрических блоках. Дается классификация туннельных эффектов в сверхпроводниковых структурах и обсуждаются особенности туннельного эффекта в ВТСП.

Подробно обсуждаются результаты работ, посвященных теоретическому и экспериментальному исследованию "внутреннего" эффекта Джозефсопа в с - направлении в ВТСП - материалах [9, 10]. При исследовании формы ВАХ естественных стопок джозефсоновских 8-1-5 контактов в указанной геометрии 1юзникают трудности в интерпретации экспериментальных результатов, связанные с иргжекциошшми и перегревными эффектами. В работе | 2 ], в частности, показало, что инжекция неравновесных квазичастиц в прикоптактпую область может случайным образом симулировать резкую "щелевую" структуру на ВАХ 8-1-Б контакта на базе (1 - симметрийного сверхпроводника. Очевидно, что величина отношения 2А/кТс, определенная из искаженных инжекционными и разогревными эффектами ВАХ, будет сильно занижена. Последнее позволяет использовать этот параметр для определения степени неравновесности ВАХ, полученной при измерениях на постоянном токе.

Вторая глава диссертации содержит описание техники приготовления туннельных контактов и методики измерений 1(У)-, (110/)/ (IV- и <121(У)/с1У2- характеристик контактов на микротрещине в ВТСП - образцах в широком интервале температур.

В настоящей работе был оглажен и использован быстродействующий автоматический цифровой мост для записи I(V) - , dI(V)/dV - и d2I(V)/dV2 - характеристик сверхпроводящих туннельных контактов в широком диапазоне температур в присутствии внешних магнитного и СВЧ -полей. Установка собрана на базе многофункционального устройства ввода -вывода AT - MIO - 16Х и персонального компьютера. Для подачи смещения на исследуемый контакт использовался один из двух 16-битовых умножающих ЦАП0В , расположенных на плате AT - MIO - 16Х . Второй умножающий ЦАП питался внешним переменным напряжением от звукового генератора ГЗ - 35 и использовался в компенсационных цепях в режиме записи dI(V)/dV - и d2I(V)/dV2 - характеристик сверхпроводящих туннельных контактов .

При записи dl(V)/dV - и d2I(V)/dV2 - характеристик использовался хорошо известный модуляционный метод, который базируется на возможности представления V(l) - характеристики контакта в окрестности любой точки V(I0) в виде ряда Тейлора:

V(I) = V(Io)+(dV/dI)i=l0(b sin at)+(1/2)(d2V/dI2)W0(b sin <ot)2 + ..., где b sin at - ток модуляции с частотой to в окрестности тока смещения 10.

Если поддерживать амплитуду модулирующего напряжения на потенциальных контактах образца постоянной ; Umo(i = (dU/<lT)Ma*b = const, изменяя соответствующим образом амплитуду модулирующего тока Ь, то выполнится условие :

Ь = const* ( dl/dV ).

Для автоматической регистрации динамической проводимости контакта в настоящей работе использовапа цифровая сервосистема, которая стабилизирует с высокой точностью амплитуду модуляционного напряжения на потенциальных контактах образца в процессе записи dl/dV -характеристики.

Переменное модуляционное напряжение с потенциальных контактов туннельного перехода сравшгвается с предварительно установленным переменным напряжением на эталонном сопротивлении, ir разность этих

напряжений ( сигнал разбаланса моста ) поступает на узкополосный усилитель с фазовым детектором. Пульсирующее напряжение с выхода фазового детектора, полярность которого зависит от направления разбаланса моста, поступает на один из каналов АЦП и преобразуется в цифровой код, который затем обрабатывается компьютером.

Управляющий модуль программы работает по циклу с частотой повторения около 2000 Гц, формируя при каждом проходе стандартный управляющий код (УК), который подается на умножающий ЦАП, задающий ток модуляции:

(УК) = а*(КРМ) + H(KPM)dt + 7*( d(KPM)/dt ) , где (КРМ) - код разбаланса моста.

Присутствие интеграла в управляющем коде переводит измерительную автоматическую систему в астатический режим, исключая статическую ошибку. При записи dI(V)/dV - характеристик измерительная система работает в квазистагическом режиме, что позволяет полностью исключить также и динамическую ошибку.

Измерение температуры производится автоматически с помощью калибровашюго германиевого датчика. Управляющая программа осуществляет коммутацию тока через датчик для исключения влияния термоэде на результаты измерений и автоматически подбирает измерительный ток через термометр, понижая его с понижением температуры, что полностью исключает нерегревные эффекты. Программа пересчитывает сопротивление датчика в температуру с помощью интерполяционных формул, полученных при разбиении всего рабочего температурного диапазона на пять участков.

В использованных в работе контактах на микротрещине ( break junctions ) туннельная структура реализуется при механическом контакте двух криогенных сколов кристалла BTCII. Высокое качество поверхности криогенного скола позволяет получать хорошо воспроизводящиеся результаты, что выгодно огличаег контакты на микротрещине от туннельных структур других конструкций. Уникальным достоинством контакта на микротрещине является возможность его регулировки в процессе эксперимента при низких температурах, что позволяет сравнительно легко

переводить контакт из джозефсоновского режима в режим одно частичного туннелирования или в микроконтактный режим. Последнее дает возможность получить разностороннюю информацию о сверхпроводящих параметрах исследуемого материала в одном эксперименте.

В настоящей работе контакты на микротрещине ( break junctions ) создавались на базе пластинчатых монокристаллов и вискеров Bi-Sr-Ca-Cu-O, изготовленных на химическом факультете МГУ ( к.ф.м.н. Т.Е. Оськина ) и в Берлинском Университете им. Гумбольдта ( д-р А. Крапф, д-р В. Краак ).

Микротрещина в кристаллах возникала при изтибной деформации столика с образцом с помощью микрометрического винта при гелиевой температуре. Токовые и потенциальные контакты на образцах создавались с помощью жидкого In - Ga припоя. Типичные размеры использованных пластинчатых монокристаллов : (2 X 0,5Х 0,1) мм3, типичные размеры использованных пласпнгчатых монокристаллов : (2 X 0,1Х 0,002) мм3.

В исследованных Bi-Sr-Ca-Cu-O - образцах микротрещина формировалась и ah - плоскости. При этом очень часто в районе микротрещины происходило физическое расслаивание материала в результате сдвиговых деформаций, что позволяло получать стопочные контакты S-I-S -типа с ограниченным числом контактов в стопке П (2 < П < б ) и с туннельным током в с - направлении ( геометрия контакта проверялась по окончании опыта с помощью микроскопа ). Перестройка контакта с помощью микрометрического винта позволяла менять число контактов в стоике. В результате туннельную Bi-Sr-Ca-Cu-O - структуру можно было исследовать ::ак в стопочном, так и в одноконтактном режимах. Отметим, что сам факт существования стопочных контактов с многоветвевыми ВАХ является надежной гарантией того, что туннельный ток направлен перпендикулярно ab - плоскостям.

В третьей главе диссертации приводятся результаты экспериментального исследования формы ВАХ контактов на микротрещипе в пластинчатых монокристаллах и вискерах Bi-Sr-Ca-Cu-O при j | с в однокоитактном режиме в широком температурном интервале. Целыо

этих измерений являлось определение зависимости отношения 2Д/кТс от величины критической температуры Тс в равновесных условиях.

Исследования БАХ ВЬБг-Са-Си-О-контактов на микрогрещнне в одноконтактном режиме ( ] || с, Т = 4,2 К ) показали, что яри достаточно тонких туннельных барьерах, когда плотность джозефсоновского тока велика, существует большое число факторов, сильно затрудняющих анализ формы квазичастичной ветви ВАХ. В начальной фазе регулировки контакта микрометрическим винтом происходит быстрое уменьшение площади контакта, сопровождающееся переходом от "электрически" большого контакта ( Ь » ) к "электрически" малому (Ь « , Ь -эффективный поперечник контакта, - джозсфсоновская глубшм

проникновения). В процессе перехода к "электрически" малому контакту сложное и невоспроизводимое ветвление ВАХ, которое, возможно, частично связано с флуксошюй динамикой, постепенно переходит в хорошо воспроизводимое локальное ветвлетге, вызванное сильным нелинейным взаимодействием переменного джозефсоновского тока с оптическими с -фопонами [ 11, 12 ].

Дальнейшее уменьшение площади контакта и увеличение толщины барьера в процессе регулировки вызывает уменьшение емкости и переход в безгистерезисиый режим ( параметр Маккамбера р < 1 ). Параллельно происходит резкое и необратимое уменьшение критического сверхтока в контактах, которое связано, скорее всего, с усилением рассеяния на локализованных спинах в барьере.

У "электрически" малых контактов с частично подавленой сверхтоковой ветвью квазичастичная ветвь ВАХ ( ^ || с, Т - 4,2 К ) близка по форме к ВАХ 5-1-8- контакта на базе классического в - симметрттото сверхпроводника. Избыточный ток при субгцелсвых смещениях, который заметно меняется при переходе от одного контакта к другому, может быть следствием рассеяния на магнитной примеси. Кроме того, дополнительный вклад в избыточный ток при V < Ув может дать резонансное туинелирование через барьер, содержащий структурные дефекты [ 13 ] ( ВЮ - блоки на

поверхности криогенных сколол ), а также тоикие нормальные слои, способствующие формированию Б-Ы-ЬК-Б - структуры I 14 ].

Незначительная перестройка контакта может вызвать драматическое изменение формы квазичасгичной ветви ВАХ в результате резкого усиления инжекционных и перегревных эффектов [ 2 ], а также в результате разрушения сверхпроводимости в берегах контакта [ 15 ]. Ипжекция и перегрев приводят к появлению в - образности на ВАХ, а разрушение сверхпроводимости в берегах контакта при V > У^ - к резкому "срыву" ВАХ в область больших смещений. "Срывы" на ВАХ при V > типичны для одиночных ВТСП - контактов и, возможно, являются следствием специфики экранирования электрического поля структурой, в которой хорошо проводящие слои имеют ширину всего в несколько ангстрем. Отметим одно существенное обстоятельство: щелевая структура па ВАХ практически не смещается при наличии "срывов", гак что точность определения щелевого параметра А остается достаточно высокой в этом случае.

У одиночных контактов с более широким барьером, подавляющим сверхток практически полностью, "срывы" иа ВАХ уже не наблюдаются, а щелевая особенность заменю размыта. При V > ВАХ имеет практически омический характер в широком интервале смещений.

В работе подробно исследовано влияние температуры на ВАХ одиночных В1-Зг-Са-Си-0 - контактов в условиях, близких к равновесным. Для исключения влияния электрон - фоионных резопансов на квазичастичную ветвь ВАХ при токе в с - направлении [ 11, 12 ], джозефсоновский ток подавлялся с помощью настройки контактов. Из с! К V)/(IV - характеристик, измеренных при разных температурах, определялась температурная зависимость щелевого параметра А(Т), которая использовалась для нахождения локальной критической температуры контакта Тс . Из - за неоднородности исследованных образцов локальная критическая температура контактов Тс часто не совпадала с критической температурой всего образца Тсш' , рассчитывавшейся из зависимости

сопротивления всего образца от температуры К(Т).

Полученные в работе экспериментальные данные позволили определить с достаточной точностью отношение 2Л/кТс = 7 ± 0,5 для большого числа ВьЗг-Са-Си-О - контактов с локальной критической температурой Тс в диапазоне 55 К 4-100 К .

В четвертой главе диссертации приводятся результаты экспериментального исследования формы ВАХ контактов на микротрещине в пластинчатых монокристаллах и вискерах В1-8г-Са-Си-0 при ¿Цеп стопочном режиме в широком температурном интервале. Целью этих измерений была проверка предсказаний теории [1, 2], базирующейся на модели чисто (1 - симметрийного спаривания в ВТСП.

Легкое расслаивание материала по аЬ - плоскостям при образовании микротрещины позволяет наблюдать при перестройке контакта при Т = 4, 2 К скачкообразные изменения ВАХ, связанные с возникновением стопочных туннельных структур, в которых 3 )| с . Критический сверхток в таких стопочных контактах сильно подавлен ( рис.1 ), а количество контактов в стоике оказывается меньше, чем в структурах, использующих "внутренний" эффект Джозефсопа [ 9, 10 ]. Число контактов П ( табл. 1 ) определялось в настоящей работе либо но числу ветвей на ВАХ, либо но характерным пикам на с11/с1У - характеристике ( рис. 1 ).

ВАХ стопочных структур, исследованных в настоящей работе, близки по форме к ВАХ стопок контактов на базе классических сверхпроводников [15]. Существование четко выраженной щелевой структуры на ВАХ ТЛ.ЧгСаСнО - контактов как в стопочном ( рис. 1 ). так и в одноконтактном [ 16 | ( рис. 2 ) режимах при } Ц е находится в явном противоречии с

предсказаниями теории для случая чисто_<1 - симметрийного

сверхпроводника [ 1. 2 1. Мы исключаем возможность существенного искажения формы стопочных ВАХ ( по крайней мере при Т = 4,2 К ) за счет инжекции и разогрева I 2 1 так как отношение 2Д/кТс , полученное для этих характеристик, не занижено и соответствует хороню установленному в большом числе работ равновесному значению 2А/кТс = 7 ± 1 ( табл. 1 ),

1 а^оцекл 1 ! *ащ*»а>4А, | 4 844сот«а>агг ^ V79.SK. :: 2ЧС»/кТс = е.В в!'ч 6Л 4Л 2А М ; , , 2Л 4л ел] а\

КУ>1

-250 -ТОО -1М -1П0 -50 0 50 100 1 50 203 250

У.тУ

1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5

Рис. 1. 1(У)- и <П(У)/<1У-характеристики стопки из четырех 8-1-5 контактов в В1-5г-Са-Си-0-вискере при Т= 4,2 К (Тс= 79,5 К, Л(0) = 23,2 мэВ, 2Д/кТс = 6,8)

В12Зг^Са1Си;0? и Вс !

! ) / -1. вогоус в! а!.. 19Э5

-1.0 -0.5 0.0 0.5

1.0

Рис. 2. ВЛХ в приведенных координатах для двух стопочных ВЬЗг-Са-Си-О - контактов (Т = 4,2 К), исследованных в настоящей работе, (пунктирные линии) и для синтетического одиночного 8-1-8 контакта ( || с ) [ 16] (сплошная линия).

которое, к тому же, остается практически постоянным в широком интервале критических температур Тс.

Следует отметить, что из-за макроскопической неоднородности исследованных пластинчатых монокристаллов и вискероя Вг5гСаСиО локальная критическая температура Тс стопочных контактов далеко не всегда соответствовала критической температуре, определенной из температурной зависимости сопротивления образца К(Т) до генерации микротрещины. По этой причте величина 2А/кТ,. ( табл. 1 ) рассчитывалась с использованием локальной температуры Тс, найденной из температурной зависимости щели А( Т ).

Таблица 1. Основные параметры исследованных контактов

В^гСаСиО, образец . О (с) щелевое смсщеи ие мэВ число контактов в стопке п критическая температура тс, К щель Д, мэВ ( стопка ) щель Д, мэВ (одиночный контакт) 2Д/кТс

Т - 7, вискер, 5-1-8 192 6 52 16 + 0.3 16 ± 0.5 7.1± 0.5

Т-6В, вискер, 5-1-5 158 4 67 19.7+0.3 19.810.5 6.8± 0.5

ВЦ - 4А, вискер, 5-1-5 186 4 79.5 23.2 + 0.5 24.0+0.5 6.8± 0.5

\VKIC - 4, вискер, 5-1-5 I 17 1 - 1 82 - 25 7.1± 0.5

тг-ы, монокристалл 8-1-5 - 1 90 - 25 6.4

В10 - 02, монокристалл, 5-1-5 - 1 87 - 24.5 6.5

вю-озв, монокристалл, 5-1-8 - 1 77 - 23 6.9

монокристалл, N-1-5 I 18 1 - 1 90 - 26 6.7

При расчете щели А и параметра затухания Г в рамках модели Дайнса [ 19 ] использовалась нормированная динамическая проводимость ( dl/dV )norm стопочных контактов, которая определялась п широком диапазоне температур из ВАХ этих контактов. Расчеты делались п предположении, что S-I-S контакты, составляющие стопку, - идентичны во всем температурном интервале.

Полученная в работе температурная зависимость параметра затухания Г(Т) для стопочных и одиночных контактов близка к кубической, что характерно для случая сильного электрон - фононпого взаимодействия [ 8 ]. В го же время, теоретическая зависимость Л(Т) [ S ] в приведенных координатах идет заметно вьпне экспериментальных точек в интервале 0,4 < Т / Тс < 0,9, то есть там, где она начинает заметно отклоняться от БКШ -зависимости. С аналогичной проблемой столкнулись авторы работы [ 20 ]. Не исключено, что учет рассеяния на мапптгой примеси может существенно улучшить сотласис теории и эксперимента [ 21 ] .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально исследованы I(V) - и dI(V)/dV -характеристики контактов на микротрещипе в пластинчатых монокристаллах и вискерах Bi-Sr-Ca-Cu-O в одиночном и стопочном режимах при токе в с -направлении. Исследовано влияние инжекции неравновесных квазичастиц, разогрева и разрушения сверхпроводимости в берегах контакта на форму ВАХ контактов.

2. Установлено, что у исследоватшх ВТСП - образцов отношение 2Д/кТс в широком интервале критических температур Тс составляет 7 ± 0.5.

3. Обнаружено, что при гелиевой температуре форма щелевой особешюсти на ВАХ Bi-Sr-Ca-Cu-O - контактов в одиночном и стопочном режимах при токе п с - направлении хорошо описывается моделью Дайнса с Г/А < 0,1 и находится и качественном противоречии с предсказаниями теории чисто d - симметрийной сверхпроводимости. Сделано предположение о смешанном характере симметрии параметра порядка в ВТСП.

4. Установлено, что влияние температуры на приведенную динамическую проводимость (dI/dV)norra одиночных и стопочных Bi-Sr-Ca-Cu-O - контактов описывается удовлетворительным образом s - симметрийной моделью Дайнса, позволившей рассчитать температурные зависимости щели Д(Т) и параметра размытия Г(Т) у исследованных ВТСП - образцов. Показано, что температурная зависимость Г(Т) близка к кубической, что характерно для случая сильного алектрон-фононного взаимодействия.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. В.Л. Aminov, D. Wehler, G. Mulier, H. Piel, M.A. Hein, H. Heinrichs, N.B. Brandt, Chong Soon Khi, Ya.G. Ponomarev, E.B. Tsokur, S.N. Tchesnokov, K.Ch. Yusupov, A.V. Yarygin, K. Winzer.K. Rosner, T. Wolf. Point-contact and tunneling spcctroscpoy of YBa2Cu307 and YbBa^CujO-/ (90-K phase) single crystals// JETP Lett., v. 60, N 6, 1994, pp. 424-428.

2. H. Piel, Ya.G. Ponomarev, B.A. Aminov, N.B. Brandt, M.A. Hein, Chong Soon Khi, G. Mulier, S.N. Tchesnokov, E.B. Tsokur, D. Wehler, A.V. Yarigin, K.T. Yusupov. Manifeststion of a clear gap structure and quantum size effects from point-contact and tunneling spectroscopy of YBa2Cu307 and YbBa2Cu307 single crystals// Abstracts of the 7th International Symposium on Superconductors, ISS'94, Japan, 1994.

3. Ya.G. Ponomarev, N.B. Brandt, Chong Soon Khi, S.N. Tchesnokov, E.B. Tsokur, A.V. Yarigin, K.T. Yusupov, B.A. Aminov, M.A. Hein, G. Mulier, H. Piel, D. Wehler, V.Z. Kresin, K. Rosner, K. Winzcr, Th. Wolf. Manifeststion of a clear gap structure from point-contact and tunneling spectroscopy of YBa2Cu307 and YbBa2Cu307 single crystals// Phys. Rev. B, v. 52, N 2, 19Э5, pp. 1352-1357.

4. B.A. Aminov, M.A. Hein, M.A.Lorenz, G. Mulier, H. Piel, D.Wehler,V.Z. Kresin, Ya.G. Ponomarev, I.A. Borisova, Chong Soon Khi , E.B. Tsokur, L. Buschmann, L. Winkcler, G. Gutherodt, K. Winzer. Geometrical resonance effccts in HTSC break junctions //Intern. Conf. on Phys. and Chem. of Molcc. and Oxide Supercond., Karlsruhe, Germany, August 2-6, 1996, Prog, and Abstr., PM 18, 89.

5. В.A. Aminov, M.A. Hein, M.A.Lorenz, G. Müller, H. Piel, D.Wehler,V.Z. Krcsin, Ya.G. Ponomarev, I.A. Borisova, Chong Soon Khi, E.B. Tsokur, L. Buschmann, L. Winkeler, G. Guthcrodt, K. Winzer. Geometrical resonance effects in HTSC break junctions //Journal of Low Temperature Physics, v. 105, N5/6, i996, pp. 1225-1230.

Список литературы

1. Yu.S. Barash, A.V. Galaktionov, A.D. Zaikin // Phys. Rev. B, v. 52, N 1,

1995, p. 665.

2. M. Suzuki, K. Tanabe// Jap. J. Appl. Phys., v. 35, 1996, p. L482 .

3. D. Pines // Turkish Jourji. Phys., v. 20, N C, 1996, p. 535.

-f

4. K.K. Лихарев. Введение в динамику джозефсоновских переходов, "Наука", Москва, 1985.

5. А. Бароис, Дж. Натерно. Эффект Джо.чефсопа, "Мир", Москва, 1984.

6. A.G. Sun, A. Truscott, A.S. Katz, R.C. Dynes // Phys. Rev. B, v. 54, N 9,

1996, p. 6734.

7. J. Lesucur, M. Aprili, A. Goulon, T.J. Horton, L. Dumoulin // Phys. Rev. B, v. 55, N 6, 1997, pp. R3398.

8. A.A. Mikhailovsky, S.V. Shulga, A.E. Karakozov, O.V. Dolgov, E.G. Maksimov // Sol. State Comm., v. 80, 1991, p. 511.

9. R. Kleiner, P. Mullcr // Phys. Rev. B, v. 49, 1994, p. 1327.

10. K. Schlcnga, G. Hechtfischer, R. Kleiner, W. Walkenhorst, P. Muller, H.L. Johnson, M. Veith, W. Brodkorb, E. Steinbeib // Phys. Rev. Lett., v. 76,

1996, p. 4943.

11. Ch. Helm, Ch. Preis, F. Forsthofer, J. Keller, K. Schlenga, R. Kleiner, P. Muller // Phys. Rev. Lett., v. 79,1997, p. 737.

12. Е.Б. Цокур // Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, Москва,

1997.

13. A.A. Abrikosov // Phys. Rev. В, v. 55, N 17, 1997, p. 11735.

14. A.A. Golubov, M.Yu. Kupriyanov // Journ. Low Temp. Phys., v. 70, 1988, p. 83.

15. L. Jackel, E. Hu, R. Howard, L. Fetter, D. Tennant // IEEE Trans. On

Magn., v. MAG-17, N 1, 1981, p. 295.

16. I. Bozovic, J.N. Eckstein, G.F. Virshup // Physica C, v. 235 - 240, 1994, p. 178.

17. И.А. Борисова, В. Краак, А. Краиф, Т.Е. Оськила, Я.Г. Пономарев, Х.Т. Рахимов, М.В. Судакова, Ю.Д. Третьяков, Е.Б. Цокур, Н.А. Щербаков, Л.В. Ярыгии//Письма в ЖЭТФ, т.59, выл. 5, 1994, стр. 334.

18. H.J. Tao, A. Chang, F. Lu, E.L. Wolf // Phys. Rev. B, v. 45, N 18, 1992, p. 10622.

19. R.C. Dynes, V. Naranamurti, J.P. Garno // Phys. Rev. Lett., v. 41, 1978, p. 1509.

20. У. Shina, D. Shimada, A. Mottate, Y. Ohyagi, N. Tsuda // Journ. Phys. Soc. Jap., v. 64, N 7, 1995, p. 2577.

21. V. Kresin, S. Wolf, Yu. Ovchinnikov, A. Bill, S. Adrian, O. Dolgov, S.Sbulga // Journ. Low Temp. Phys., v. 106, N3 / 4, 1997 , p. 159.

ООП Физ. ф-та МГУ Зак. 340-100- 97