мSR-исследование магнитных свойств высокотемпературных сверхпроводников La2-х Srх CuO4-у тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

14-92-430

ПОМЯКУШИН Владимир Юрьевич

УДК 538.945

^-ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

1_а_, Бг СиО„ 2-х х 4-у

Специальность: 01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1992

Работа выполнена в Лаборатории Ядерных Проблем Объединенного Института Ядерных Исследований

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук

старший научный сотрудник Пономарев А.II. Официальные оппоненты:

доктор фиоико-математическнх наук Селиванов В.И. доктор фиоико-математических наук, профессор Горелкин В.II.

Ведущая организация: Институт теоретической и экспериментальной физики, г.Москва

Защита состоится 1992 г. в ^ | часов на заседании

МШ1992 г 5ветаД 047.01.С

специализированного соЬета Д 047.01.05 при Лаборатории нейтронной физики и Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований, г.Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ. Автореферат раоослан " кО,{^1992 г.

Ученый секретарь специализированного сове' Таран Ю.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП) называют класс соединений на основе окислов меди Ьн-М(-М)-Си-0, где Ьп - трехвалентный редкоземельный ион или У. В1, Т1, М - двухвалентный щелочноземельный нон (Яг, Ва, Са). Явление высокотемпературной сверхпроводимости было открыто в 1986 году в соединении Ьа2-хВахСи0.1_у с температурой сверхпроводящего перехода Тс = 30 К[1]. К настоящему времени достигнут значительный прогресс в исследованиях ВТСП - синтезированы новые семейства ВТСП с критическими температурами выше 77 К, хорошо установлены структура, многие физические свойства, однако вопрос о механизме, ответственном за высокотемпературную сверхпроводимость остается открытым. Актуальной задачей экспериментальных исследований является развитие представлений о магнитных свойствах новых сверхпроводников. Метод /гБК. позволяет измерять спектральное распределение магнитных полей на имплантированных мюонах. Применительно к ВТСП это дает возможность исследования поведения магнитных вихревых нитей в смешанном состоянии сверхпроводника и явлений связанных с магнитоупорядоченнем.

Из распределения магнитных полей от вихревой решетки может быть определен такой существенный параметр, как глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник А. Температурная зависимость глубины проникновения А(Т) и зависимость низкотемпературного значения А(Т— 0Л) от температуры сверхпроводящего перехода [2] служат хорошими критериями проверки различных механизмов сверхпроводимости. Общепринятым экспериментальным фактом на сегодняшний день является лишь величина А(0) в ВТСП семейства УВагСизОу-^ , а относительно температурной зависимости А(Г) и значений А(0) в других ВТСП имеются существенные экспериментальные расхождения.

Наличие у ВТСП таких специфичных свойств как сильная анизотропия, малая (порядка нескольких межатомных расстоянии) длина когерентности и высокал Тс приводит к необычному поведению вихревых нитей в смешанном состоянии, что дает новые, не наблюдавшиеся в обычных "низкотемпературных" сверхпроводниках, эффекты магнитной необратимости и метастабильности (напр. [3]). Эксперименты по временной релаксации магнитного потока и обнаружение "линии необратимости" В( Г) на диаграмме поле-температура, разделяющей области необратимого и обратимого поведения ВТСП положили начало модели

"сверхпроводящего стекла'', в которой сверхпроводящий образец рассматривается как набор сверхпроводящих областей соединенных слабыми джозефсоновскими связями. В дальнейшем для объяснения аналогичных эффектов необратимости стали применяться обычная модель критического состояния - крипа потока и новые теории, предсказывающие фазовые переходы в системе магнитных вихре!! из жесткой абрнкосовскоп решетки в "жидкое" или "стекольное" состояние. Кроме академического интереса исследование эффектов необратимости представляется актуальным с точки зрения получения технологичных ВТСП с высокой плотностью критических токов.

Высокотемпературные сверхпроводники и родственные им соединения представляют интерес как объекты физики магнетизма. Прежде всего имеется ввиду магнетизм ионов Си2+, который, возможно, связан с механизмом спаривания электронов в ВТСП. В соединениях типа Ьа2-х8гхСиО<)_у допирование стронцием или кислородом вызывает изменения магнитных характеристик и появление сверхпроводимости при х > 0.07. Влияние магнитного беспорядка, вносимого допированием, на свойства антиферромагнитной фазы остается интересной областью исследований данной системы. Имеются расхождения о типе магннто-упорядочения и протяженности низкотемпературной магнитной фазы (НТМФ), лежащей на фазовой диаграмме между антнферромагннтной и сверхпроводящей областями. Экспериментальные данные о проникновении НТМФ в сверхпроводящую область противоречивы.

Цель работы

ZF- и ТГ-^БК исследования магнитоупорядоченпя и динамики магнитных моментов Си2+ в соединениях Ьа2_х8гхСиО.|_у (х=0.00, 0.01, 0.05, 0.07)

Измерения глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводник и исследования эффектов необратимости в образцах La2_xSr.xO11O.4_y (0.10, 0.15, 0.25).

Установление возможностей /¿БЯ-метода в исследованиях шшнинга магнитных вихрей в жестком сверхпроводнике II рода на примере нио-биевой фольги.

Научная новизна Получены новые данные по глубине проникновения магнитного поля в высокотемпературном сверхпроводнике Ьа2_х8гх0и04_у.

Выведена новая аналитическая форма функции релаксации спина мю-она пригодная для анализа 7Г-/:5Н-данных когда исследования систем с магнитным беспорядком проводятся с поликрпсталлическими или ке-

рамнческнмн образцами. Полученный результат применим для ZF-/1SR-окспериментов с ВТСП.

Получено свидетельство существования низкотемпературной магнитной фазы (предположительно спин-стекольной) в несверхпроводящем образце La1.93Sro.07C11O.1-y методами ZF- и TF-/í9R.

Предложен и проведен /íSR-оксперимент, учитывающий разрешение /iSR-методнкн, по исследованию ппнинпга магнитных вихрей в сверхпроводнике II рода Nb.

Методом //SR установлено, что распределение магнитных полей в гранулированных образцах ВТСП La2_xSrxCii0.i-y не подчиняется модели критического состояния в диапазоне внешних полей 0-800 Э.

Разработаны новые процедуры обработки первичных //SR-гнстограмм, позволившие повысить точность анализа экспериментальных данных по сравнению с традиционными методами.

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем, диссертации - 11-1 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок, G таблиц и библиографический список из Г>6 наименований.

Апробация работы Результаты докладывались на семинарах ОПЯП, международном семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости (Дубна '28 нюня-1 июля 1989), международной конференции M2HTSC - II (Стэнфорд, 23-28 июля 19S9) VIII международной конференции по сверхтонким взаимодействиям (Прага 14-19 августа, 1989), V международной //SR-конференцни (Оксфорд, 9-12 апреля 1990), всесоюзном /íSR-семинаре (Усть-Нарва, март 1991).

Публикации По результатам диссертации опубликовано (5 работ.

Содержание работы

В главе 1 рассмотрены принципы время-разностной//SR-спектроскопин. Описаны способы постановки //SR-окспериментов и характер получаемой информации. Даны параметры ¡экспериментальной установки для //SR-исследований на фазотроне ОПЯП. Приведено краткое описание програмного обеспечения, созданного автором для анализа экспериментальных /iSR-данных на ЭВМ.

В главе 2 представлены результаты /íSR-псследованпй несверхпроводящих образцов семейства ВТСП La2-xSi'xCuO.|_y с концентрацией стронция х = 0.00. 0.01, 0.05. 0.07.

В §'2.1 дан краткий обзор данных о структуре и фазовой диаграмме соединения Ьаг-хЭгхСиО^-у.

В §2.2 представлены результаты /л8П-экснерпментов с керамическими образцами Ьа2-х5гхСиО-|_у (х=0.00, 0.01). В этих образцах происходит антиферромагнитное (АФ) упорядочение магнитных моментов С.'н2+ -ниже Т/у = 220 К и 130 К (для х=0.00 и 0.01) наблюдалась прецессия спина мюона (рис.1) в экспериментах в нулевом внешнем магнитном иоле (гр). Для анализа ZF-/íSR данных выведена теоретическая функция поляризации спина мюона, являющаяся обобщением функции Кубо-Тойабе для систем с магнитным беспорядком когда эксперименты проводятся с поликристаллическими или керамическими образцами. Обрабо тка экспериментальных данных проводилась с учетом вклада от парамагнитных частей мишени в фз'нкцию поляризации спина мюона. Приведены температурные зависимости среднего магнитного поля на мюопе В,,(Т) и скорости релаксации о[Т), которая пропорциональна среднеквадратичному разбросу локальных магнитных полей ЛВ. ¡Значение ноля при низкой температуре практически одинаково в обоих образцах В,,(Т — 0) ~ 400 Гс, а неоднородность магнитных полей ЛВ ~ 50 Гс » образце с х=0.01 в ~ 2.5 раза больше по сравнению с АВ в образце с х=0.00. Го есть, при допировании Ьа2-хЗгхСиО-1_у происходит увеличение магнитного беспорядка при сохранении величины магнитного момента ('и2+. Разделены

ЬагСиО«-, '¿Г Т=25 К

О О

о ь

1 о

I 5 0 0 20 0 10 О СО 0 80 О Чистота. МГц

I. МКС

Рис. 1: Экспериментальная нолярпзацня сипни мкхша !'(/) п ее фурье-преобр.ччова пне н Г.а^СпО!. } при ч (■■■пн'р;м \ ре '2" К.

вклады в ДВ вызванные распределением температур Нееля в образце и локальными нарушениями АФ порядка. Распределения температур Нееля п(Т[у) определены по амплитуде прецессии на частоте внешнего поля на /¿SR-эксперпментов в поперечном магнитном поле ~ 100 Э. Покачано, что определяющий вклад в величину ДВ обусловлен распределением ti(Tjv). При допировании увеличивается как ширина распределения п(Гдг), так и степень локального магнитного беспорядка. Указано на систематическое увеличение ДВ с понижением температуры Нееля (по результатам наших экспериментов и экспериментов других /iSR-групп). Поскольку T/v в соединении La2-xSrxCu04_y определяется уровнем допирования ионами Sr2+ и 02~, который обычно выражается концентрацией дырок пр = х — 2у, естественно предположить, что распределение температур Нееля вызвано флуктуациями концентрации дырок в образце. Причем, так как корреляция между значениями ДВ и Tjv наблюдается по результатам экспериментов, выполненных с образцами приготовленными по различной технологии, различных размеров и т.д., можно предположить, что флуктуации концентрации дырок пр являются внутренним свойством системы La2-xSrxCu04_y.

В §'2.3 представлены результаты ZF-/iSR экспериментов с образцом

t, МКС

Рис. 2: Экспериментальные функции поляризации спина мюона Р(/) в Ьа1.9з8го.о-Си04_у в нулевом внешнем магнитном поле при температурах 15 и 6 К.

Ьа1.958го.о5Си04-у- Перехода в магнитоупорядоченное состояние не наблюдалось вплоть до самой низкой нсследованноп температуры 4.1 К. Приведена температурной зависимости скорости релаксации спина мюона из которой следует наличие критической области температур 6—1.4 К, где происходит резкое (большее чем на порядок) уменьшение частоты флуктуаций магнитных моментов Си2+.

В §2.4 приведены результаты ZF- и ТГ-^ЯЕ экспериментов с образцом Ьах.9з8го.о7Си04_у. Установлено, что при температурах ниже 13 К начинается переход образца в магнитоупорядоченное состояние. Временная зависимость поляризации спина мюона приобретает характерный вид функции Кубо-Тойабе (рис.2). Приведен анализ '¿V- и ТК-данных, который доказывает наличие статических магнитных полей на мюоне ниже 13 К. Магнитные поля хорошо описываются изотропным гауссовым распределением с нулевым средним значением. Среднеквадратичный разброс магнитных полей на мюоне ниже О К составляет (ДБ?)1/2 ~ 200Гс. Такое распределение вывано замораживанием магнитных моментов Си2+ при низкой температуре. Вероятным типом ма-гнитоупорядочения является сппн-стекольное состояние моментов Си2+, однако, следует сказать, что антиферромагнптное состояние при наличии широкого распределения температур Нееля может давать похожее распределение магнитных полей на мюоне. Приведена температурная зависимость доли образца, перешедшей в магнитоупорядоченное состояние. При самой низкой исследованной температуре 4.1 К она составляет 75%.

Глава 3 посвящена /¿БК-экспериментам по измерению глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводник в ВТСП Ьа^-хйгхСиС^-у с х = 0.10, 0.15, 0.25.

В §3.1 рассмотрена связь лондоновской глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводник с релаксацией спина мюона в ВТСП. В смешанном состоянии сверхпроводника второго рода спин мюона деполяризуется магнитными полями от решетки магнитных вихревых нитей. Из экспериментальной функции поляризации спина мюона может быть получен второй момент спектрального распределения магнитных полей в вихревой решетке, связанный с величиной глубины проникновения магнитного поля А. Рассмотрена лондоновская модель вихревой решетки. Рассмотрен случай анизотропных высокотемпературных сверхпроводников. Приведены соотношения, связывающие дисперсию частот мюонной прецессии (Дш2), полученную в экспериментах с иоликрнстал-лическими ВТСП, с глубиной проникновения магнитного поля перпендикулярного плоскостям СиОг Ааь■

13 §3.2 обсуждены источники систематических ошибок в определении глубины проникновения из реальных //8И-спектров в полпкрпсталличе-ских образцах ВТС'П. Особо отмечена необходимость развития теоретических расчетов, которые позволили бы учесть влияние ппннпнга магнитных вихрен на экспериментально измеряемую величину второго момента распределения частот (А^.'2) в ВТСП. Описаны процедуры обработки ¡экспериментальных //НЛ-гистограмм. использовавшиеся для определения глубины проникновения. Определение второго момента распределения частот проводилось несколькими способами.

а) Обработка временных //БН-гистограмм с функцией поляризации

})1

рС) = + 0)с.гр(-ст^2/2) (1)

Число компонент т = 2 достаточно для достижения хорошего согласия с экспериментом для всех //ЯН-спектров. Величина второго момента (А^-2)' определялась по значениям подгоночных параметров.

б) обработка частотного спектра Преимуществом такого подхода является возможность визуальной оценки распределения полей, что позволяет выбрать подходящие функции для описания спектра. Для того, чтобы учесть статистические ошибки при определении час тотного спектра Р(и:) его определение проводилось приближением исходной временной гистограммы А'(/) по критерию \ ' с к функции

Л'(/) = с.гр(-//г„)(Ли + £ Л;тч(о,у + о)) + Л-,1Д (2)

Фиксированные частоты прецессии л; брались из области вокруг средней частоты прецессии спина мюона. Определяемые в результате процедур!,1 фитировання амплитуды .V, дают соответствующие фурье компоненты /'(а;,). Второй момент (Ли;2) определялся далее пли прямым расчетом или из параметров обработки гауссовыми функциями.

В §3.3 представлены характеристики образцов и температурные зависимости электросопротивления. Описана постановка экспериментов. //ЯП-измерения проводились м поперечном относительно начальной поляризации спина мюона внешнем магнитном поле 100 Э после охлаждения образцов от температур больших Т, (ГС-процедура).

В §3.1 приведен анализ экспериментальных данных. На рпс.З показано типичное для всех образцов распределение частот мюонной прецессии. Такая форма распределения соответствует представлениям о

.аГ

0 4-

31

La19Sr01Cu04 FC 406 G, T-IO К

'32

и, рад/икс

Рис. 3: Распределение частот P(w) в La1.9Sro.1CuO.1_y при температуре 10 К, во внешнем поле 400 Гс. Линией показана подгонка Р(и>) к двухга-уссовой функции.

35

в поликристаллическом анизотропном сверхпроводнике. Похожая форма Р{и>) может также симулироваться наличием фонового сигнала в спектре. Оценены систематические ошибки в величине второго момента (Дш2) нз-за возможной примеси фонового сигнала и ошибки вызванные процедурами обработки. Оценена ошибка в (Да;2) из-за отличия экспериментального значения (Д^2) во внешнем иоле — 100 Гс от используемого в расчетах глубины проникновения асимптотического значения при Нсхг — оо. В результате установлено, что систематическая ошибка в величине глубины проникновения магнитного поля не превышает 8'Х.

В §3.5 представлены результаты измерений. Приведены температурные зависимости скорости релаксации а х (Ла-'2)'1'2, полученные при ГС-процедуре в образцах 1^а2_х^гхСиО-)_у. При температурах выше Тг скорость релаксации имеет низкое значение, обусловленное деполяризацией на ядерных дипольных полях а томов кристаллической решетки. При переходе в сверхпроводящее состояние спин мюона начинает сильно деполяризоваться на решетке магнитных вихрей. Переход в сверхпроводящее состояние хорошо виден и по диамагнитному эффекту температурной зависимости магнитного поля на мюоне. Температурные зависимости а(Т) в образцах с х=0.10 и х=0.15 находятся в хорошем согласии с формулой

Таб. 1: Сводная таблица глубин проникновения магнитного поля в Ьа2_х8гхСи04-у

X Тс, К <т(0),мкс 1 Аея(0),А А„ь(0),А

0.1 26.44(6) 0.63(1) 4126(65) (300) 3135(50) (250)

0.15 36.7(1) 1.14(2) 3067(54) (250) 2330(41) (200)

0.25 24 0.77(4)^ 3732(194)т (300) 2836(147)* (250)

Т Значения приведены при температуре 6.5 К.

1 2 1.0

о;

1^0.8

оК О 0.6

0 4

0 2

0 0

Ьа1 дЭго 1Си04 Ьа, вбЗго 15Си04

БКШ

БКШ грязный предел сильная связь чистый предел двух—жидкостная модель сильная связь грязный предел

0.0

О.с

0.4

Т/Тс

0.6

0.8

1.0

Рис.. 4: Нормализованная глубина проникновения магнитного поля как функция Т/Тс в La2.-xSrxCnO.j_y. Теоретические кривые из работы [4].

двухжидкостной модели для глубины проникновения. Иное поведение зависимости а('Г) в образце с х=0.25 интерпретируется неоднородностью образца нз-за близости концентрации стронция х=0.25 к предельному значению концентрации. На рис.4 представлены экспериментальные зависимости А(0)2/А(Т)2 в сравнении с теоретическими функциями (теоретические кривые взяты из работы [4]) Полученные значения А(0) и

Тс сведены в таблицу 1. В этой таблице также представлены значения эффективной глубины проникновения Ас/у(0) для удобства сравнения с результатами других /¿БЯ-работ. Во второй строке в графах глубин проникновения приведены значения систематических ошибок. §3.С содержит обсуждение экспериментальной ситуации с измерением глубины проникновения в ВТСП. Проведено сравнение с другими экспериментальными данными и методами.

Глава 4 посвящена /¿БЕ-исследованиям "обычного" сверхпроводника II рода ниобия и сравнительному изучению эффектов магнитной необратимости при намагничивании образцов N1) и ВТСП 1,а2_хЯгхС'иО-4_у

В §4.1 обсуждены возможности /(БИ-метода для изучения нпннпнга магнитных вихрен в "жестких" сверхпроводниках II рода. /(Я11-метод позволяет получать спектральное распределение магнитных нолей в объеме сверхпроводящего образца. Если макроскопические методы измерения намагниченности дают только среднее значение индукции (Б) в образце, то из /^Я-распределения полей внутри образца наряду с (В), определяется дисперсия полей {ДВ2) и более старшие моменты распределения. Профиль магнитной индукции в образце в ZFC-экcпepнмeнтax (охлаждение в нулевом поле ниже Тс с последующим повышением и понижением поля) сильно зависит от магнитной предыстории, что хорошо проявляется на данных /х811-экспериментов.

Для правильной интерпретации результатов ^811-пзмерений с новыми ВТСП соединениями необходимо ясное понимание аналогичной информации, получаемой при исследовании обычных "низкотемпературных" сверхпроводников. При постановке /хЭН-экспериментов по изучению эффектов, связанных с пиннингом в "жестких" сверхпроводниках, следует учитывать возможности методики. Для определения параметров спектрального распределения полей желательно, чтобы скорость релаксации рБИ-прецессии не превышала 10-15 мке-1, соответствующей неоднородности магнитных полей в образце порядка 200 Гс. Ширина распределения полей внутри "жесткого" сверхпроводника при его намагничивании пропорциональна поперечному к внешнему полю геометрическому размеру образца. Для успешного проведения /(БИ-измеренин необходимо соблюдение условия Jcd|2 < 100 Гс, где .]с - плотность критических токов в [А/см2], с! - поперечный размер образца в [см]. Если взять сверхпроводник с <7С — Ю5 А/см2 , то поперечный размер образца, соответствующий разбросу полей 100-200 Гс, составит 20—10 мкм. Высокотемпературные керамические сверхпроводники удачно удовлетворяют этому критерию - в полях выше 10-100 Гс намагниченность определяется не-

Nb ZFC T = 6.5 К

i.o ^

0.0 -

0.6

о

с

0.4

0.2

Hol

0.0

0

p

3

4

Н,КЭ

Рис. 5: Мейсснеровская (не оаиятая магнитным полем) доля объема ниобия при намагничивании образца при температуре 6.5 К.

большим размером сверхпроводящих гранул, так как слабые связи между гранулами в таких полях уже разрушены. В случае обычных цельных сверхпроводников необходима специально приготовленная мишень для /iSR-нсследопаннн.

В §4.2 представлены характеристики образцов. Ннобиевый образец был изготовлен в виде 210 круглых пластинок Nb толщиной 30 мкм и диаметром 50 мм, сложенных подобно "сэндвичу" вместе с кружками май-лара толщиной 20 мкм. Такая конфигурация позволяет рассматривать каждый кружок фольги как "топкую" изолированную пластину. Образец был упакован в цилиндрический алюминиевый контейнер. Приведены данные измерения электрического сопротивления пиобиевон фольги. Отношение электрических сопротивлений составило рзоок/рюк — 8. Для исследований использовались те же керамические образцы ВТСП La2_xSrxCuO,i_y, что и для измерений глубины проникновения (глава 3).

В §4.3 представлены результаты FC-экспериментов с образцом ниобия. Измерения проводились при двух значениях поля Hext = 0.9 КЭ и 2.7 КЭ. При анализе экспериментальных данных учитывался вклад от фоновой части мишени. Поляризация спина мюеща сопоставлялась с функцией типа (1). Оценена величина глубины проникновения магнитного поля А(0) ~ 800Ä, величина второго критического поля //гг(0) — Ю КЭ

гоо

о 150

'Л

X 100

К

50

О 200 150 100 £ 50

i 0 S -50

-100

-150

-200

~г58.

Nb ZFC Т

8 К

Г\

о Повышение поля о Понижение поля

Ч\

-^rfr 1 0 Ъ 05 5 о О

о Повышение поля = Понижение поля

I/

-f

О 4

о а 12 н.кэ

1 6

2 О

Рис. 6: Среднеквадратичное отклонение магнитного поля R.M.S. и разность (В)— Htxt в ниобии при намагничивании образца при температуре 8 К. Линии на графике R.M.S. показывают полуширины распределения магнитного поля в образце, расчитанные согласно МКС. На вставке показана плотность критических токов. Все графики имеют общую ось абсцисс.

о

и определена критическая температура Тс = 9.25^0^1 К.

В §4.4 рассмотрена модель Бнна-Лондона (модель критического состояния). Получены основные следствия для ZFC-/iSR эксперимента.

В §4.5 представлены результаты 7ГС-эксперименты с образцом ниобия. Измерения проводились при двух температурах 6.5 К и 8 К. /¿БИ-спектры обрабатывались аналогично ГС-эксиернмеитам в соответствии с выражением для поляризации (1). Определена доля па сверхпроводника, в которой магнитная индукция равна нулю. На рис.5 показана зависимость доли по от внешнего поля при Т = 6.5 К. Такая нолевая завнеи-

мость но хорошо объяснима в рамках модели критического состояния. На рисунке хорошо видны первое критическое поле Нсi ~ 0.5 КЭ и поле Я* ~ 1.9 КЭ. Значение второго критического поля Яс2 ~ 3.8 КЭ определялось по уменьшению скорости релаксации до величины ~ 0.2мкс-1, соответствующей скорости релаксации в нормальной фазе. На рис.6 представлены результаты ZFC-эксперимента при Т=8 К. В верхней части рисунка показана величина скорости релаксации а которая пропорциональна R.M.S магнитного поля в образце, в нижней части разность между средним полем в образце н внешним полем M(f) = (В) — Hext. IIa вставке изображена зависимость плотности критических токов Jc(Hext), вычисленная по гистерезису кривой M(Hext) согласно модели Бнна.. Интегрированием уравнения критического состояния с JC(H) были вычислены значения полуширин распределения магнитных полей. Результаты расчета показаны на графике R.M,S.(HeTt) сплошными линиями. Качественное согласие с МКС хорошее - при повышении и понижении поля в образце образуется "критическое состояние", что проявляется в значениях скорости релаксации, которые намного превышают величину релаксации от магнитной вихревой решетки. Гистерезис в скорости релаксации спина мюона возникает вследствие сильной зависимости .Jc от магнитного поля.

В §5.6 приведены результаты ZFC-^iSR экспериментов с высокотемпературными сверхпроводниками La2-xSrxCu0.i_y. Измерения проводились во внешних полях 0-800 •') в широком диапазоне температур. Обработка ¡экспериментальных данных проводилась аналогично обработке FC-экспериментов (глава 3). IIa рис.7 изображены скорость релаксации а (правая ось ординат показывает среднеквадратичное отклонение (ЛЯ2)1/2) и разность между средней магнитной индукцией ЛЯ и внешним полем Hext в сверхпроводнике La1.s5Sro.15CuO.1-y Прн повышении внешнего поля до ~ 800 Гс и последующем понижении Hixt при температурах 10, 20 и 30К. Полученный результат интерпретируется следующим образом. Прн повышении магнитного поля в сверхпроводящих гранулах образуется критическое состояние. Скорость релаксации превышает значение а от магнитной вихревой решетки na. величину порядка ширины гистерезиса средней индукции ¿(Я). При понижении внешнего поля профиль индукции характерный для критического состояния не образуется. Магнитная индукция в гранулах В(х) практически не отклоняется от своего среднего значения (Я). При этом, скорость релаксации а имеет низкое значение обусловленное только микроскопическими изменениями маишпюго поля от решетки магнитных вихрей. Таким обра-

Рис. 7: Скорость релаксации а (правая ось ординат показывает соответствующие значения среднеквадратичного отклонения R.M.S) и разность (В) — Hext в La1.85Sio.15CuO.1_y при намагничивании образца при температурах 10, 20, 30 К. Линии проведены для наглядности.

зом, полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что во внешних магнитных полях до 800 О модель критического состояния не дает адекватного описания распределения магнитной индукции в гранулированных BTCII La2_xSrxCu04_y.

Приведены аналогичные результа ты, полученные в двух других образцах Lai.gSro.iCu04_y и Lai.75Sro.25Cii04-y.

В заключении диссертации перечислены основные выводы.

Основные результаты диссертации

1. Методами и ТГ-/(8Н исследованы магнитные фазовые переходы в системе Ьаг-хЗгхСпО^-у для концентрации стронция х = 0.00, 0.01, 0.05, 0.07 в диапазоне температур 1.2-300 К.

Покапано, что образцы с х = 0.00, 0.01 обладают дальним антифер-ромагннтным порядком ниже температур Нееля Тдг = 220 К и 130 К, соответственно. Получены температурные зависимости локального магнитного поля на мюоне В,,(Т) и скорости релаксации мюоннои прецессии о(Т). Из данных ТГ-экспериментов определены ширины магнитных переходов. Показано, что основной вклад в неоднородность локальных полей на мюоне ниже Туу в 7,Г-г>ксперименте А В ос <т обусловлен распределением температур Нееля в образце.

В образце с х = 0.05 установлено существование критической области температз'р Т = С - 4.4 К в которой происходит резкое уменьшение частоты флуктуации магнитных моментов Си2+, свидетельствующее о близости точки фазового перехода.

Эксперименты с образцом х = 0.07 показали наличие магнитного перехода в, предположительно, спин-стекольное состояние со средней температурой перехода Т =8 К. Начало перехода наблюдалось при температуре 13 К. Статические магнитные поля на мюоне в магннтоупорядо-чепнон области имеют тот-же порядок величины, что и в антнферрома-гнптных соединениях системы Ьа2-х8гхСиО.|_у.

2. Методом ТГ-/(811 исследованы высокотемпературные сверхпроводники семейства Ьа2-х8гхСи0.1-у, х=0.10, 0.15, 0.25. По измеренным значениям второго момента распределения частот мюоннои прецессии в магнитной вихревой решетке (Да;2) получены величины глубины проникновения магнитного поля. Проведен анализ систематических ошибок при процедуре извлечения второго момента (Д<^2) из временных /¿811-. гистограмм. Глубина проникновения магнитного поля в направленнии, перпендикулярном С11О2 плоскостям Хаь{Т = 0/\"), составила 23001^00 ^ и 3100^250 Для образцов с концентрациями стронция х=0.15 и 0.1. Температурная зависимость глубины проникновения магнитного поля А(7^) находится в хорошем согласии с эмпирической формулой для двух-жпдкостнои модели.

3. Методом ТГ-/<811 исследованы образцы сверхпроводящего N1) и высокотемпературных сверхпроводников Ьа2_х8гхСиО,|_у. Полученные результаты по N1» продемонстрировали высокую точность методики /¿Б!}

для определения таких характеристик сверхпроводников II рода как Тс, Hd, Нс2 , глубины проникновения магнитного поля А(0), плотности критических токов Jc.

Анализ полевых зависимостей ширины распределения и среднего значения магнитных полей на мюонс при намагничивании образцов выявил качественное отличие в поведении ширины распределения магнитных полей в Nb и La2-xSrxCuO,i_y образцах. В то время как данные по ниобию хорошо описываются в рамках модели критического состояния, применение аналогичного подхода к гранулированным ВТСП в области внешних полей 0-800 Гс не дает удовлетворительного описания полученных экспериментальных результатов.

4. Предложены и разработаны новые методы анализа временных /iSR-спектров: реализована процедура получения распределения локальных полей на имплантированных мюонах методом минимизации стандартного х2 функционала и процедура совместной обработки нескольких /¿SR-гистограмм, позволяющая увеличить точность определения сильно коррелирующих параметров теоретических моделей.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Grebinnik V.G. et al. "The /¿SR-Investigation of the Magnetic and Superconducting Properties of the Compound La2_xSrxCu0.i_y" // Phys-ica C. 1989. Vol. 162-164. P. 145-146.

2. Bezhitadzc D.T. et al. "The /¿SR-Investigation of High-Tc Superconductors at the LNP JINR Phasotron" // International Seminar on High Temperature Superconductivity, Dubna, Липе 28 - July 1, 1989. / Progress in HTSC Vol. 21: World Scientific, Singapore, 1990. P. 563-568.

3. Grebinnik V.G. et al. "Antiferromagnetism and Spin-Glass-Like Behaviour in Ceramics La2-xSrxCuO.(_y Studied by /iSR" // Ilyperfine Inter. 1990. Vol. 61. P. 1085-1088.

4. Grebinnik V.G. et al. "Penetration Depth and Pinning Effects in Iligh-Tc Superconductors La-Sr-Cu-0 and (Er,Ho)-Ba-Cu-0 Studied by /iSR" // Ilyperfine Inter. 1990. Vol. 61. P. 1093-1096.

5. Grebinnik V.G.et al. "The Comparative Study of Irreversibility Effects in Nb Foil and High-Temperature Superconducting Ceramics by ¡.iSR"

// Preprint JINR, E14-90-254. Dubna, 1990.

Grebinnik V.G. et al. // Hyperfine Inter. 1990. Vol. 63. P. 123-130.

6. Kornilov E.I., Pomjakushiii V.Yu. "Oil a Generalization of the Kubo-Toyabe Formula" // Phys. Lett. A. 1991. Vol. 153. P. 364-367.

Цитируемая литература

[1] Bednorz J.G., Muller K.A. // Z. Phys. B. 1986. Vol. 64. P. 189-193.

[2] Ueinura Y.J. et al. // Phys. Rev. Lett. 1989. Vol. 62. P. 2317-2320.

[3] Brandt E.H. // Int.J.Mod.Phys.B. 1991. Vol. 5. P. 751-795.

[4] Rammer J. // Europliys.Lett. 1988. Vol. 5. P. 77-80.

Рукопись поступила в издательский отдел 21 октября 1992 года.