Наблюдение вихревой решетки в высокотемпературных сверхпроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА_

На правах рукописи

• ОД

(¡1лп УДК 537.312.62

1 о ".¡он - ■

ГУРЕВИЧ Леонид Алексеевич

НАБЛЮДЕНИЕ ВИХРЕВОЙ РЕШЕТКИ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКАХ

Специальность 01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1993

Работа выполнена в Институте физики твердого тела РАН.

Научный руководитель -доктор физико-математических наук Л.Я. Винников.

Официальные оппоненты -доктор физико-математических наук Л.П. Межов-Деглин, кандидат физико-математических наук В.А. Марченко.

Ведущее предприятие -Физический Институт Академии Наук, г.Москва

Защита состоится 1мок$ 199 ¿г. в 4£> час. на заседании

Специализированного совета Д.003.12.01 при Институте физики твердого тела РАН по адресу: 142432, Московская область, Ногинский район, п. Черноголовка, ИФТТ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики твердого тела РАН.

Автореферат разослан 199^г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор физико-математических наук

В. Д. Кулаковский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Открытие высокотемпературной сверхпроводимости в 1986 году (Bednorz, Muller, 1986) в купратных соединениях вызвало в научной среде взрыв интереса к подобным материалам. Наблюдаемые температуры перехода в сверхпроводящее состояние оказались близкими или даже превосходящими теоретически предсказанные оценки для максимально возможной критической температуры в рамках теории Бардина-Купера-Шриффера. Большой научный интерес, важность этих материалов для различных применений, значительные усилия направленные на исследование этой проблемы сделали эту область науки одной из наиболее динамично развивающихся. Природа микроскопического механизма высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) и сейчас еще далека от полной ясности. Вместе с тем, большой прогресс был достигнут в теории и эксперименте в рамках феноменологического подхода. Оказалось, что большинство свойств этих материалов может быть исследовано и объяснено с позиций электромагнитной теории Лондонов. С этих позиций, ВТСП относятся к сильно анизотропным сверхпроводникам Ii-рода. В широком диапазоне магнитных полей и температур, собственно и используемых б технических устройствах, электродинамика этих материалов определяется свойствами вихревой решетки. Изучение особенностей вихревой решетки в ВТСП дает ключ к пониманию процессов, происходящих в устройствах на основе этих материалов в магнитном поле.

Настоящая работа посвящена исследованию особенностей вихревой структуры в ВТСП методом декорирования поверхности сверхпроводника мелкими ферромагнитными частицами. Этот метод позволяет получать как бы мгновенные фотографии вихревой структуры в исследуемом материале, что дает возможность анализировать форму вихревой решетки и ее локальные искажения, привязывать их к конкретным особенностям структуры материала.

Целью работы являлось развитие методики декорирования вихревой структуры сверхпроводников Н-го рода применительно к ВТСП, получение изображений вихревой решетки в этих материалах и дальнейшее исследование особенностей структуры вихревой решетки в ВТСП.

Научная новизна работы отражена в основных положениях, выносимых на защиту, и сводится к следующему:

• метод декорирования развит применительно к высокотемпературным сверхпроводникам; впервые получены изображения вихревой решетки на поверхности этих материалов, чго позволило продемонстрировать объемный характер сверхпроводимости и традиционный тина киашопання потока в ВТСП;

• »мерные обнаружена анизотропия сверхпроводящих свойств и (nl>) плоскости и определено отношение эффективных масс носителей в направлениях if и 5* в монокристаллах УВагСи.чО;., : m„/nii, = 1.1±0.02;

• обнаружено подавление перехода к цепочечной вихревой фазе в магнитном поле, отклоненном от оси с* в монокристаллах Т12Ва2СаСи208+х;

• впервые показано, что взаимодействие вихрей Абрикосова с двойниковыми границами носит характер притяжения. Продемонстрирована возможность оценки потенциала притяжения из картин распределения вихрей вблизи границы.

• обнаружено, что двойниковые границы в УВагСизО?.* остаются эффективными центрами пиннинга вихрей Абрикосова вплоть до значительных углов отклонения внешнего поля от плоскости дефектов (до 24 - 28°), влияние двойниковых границ на морфологию вихревой решетки сохраняется вплоть до углов 40 - 42°;

• изучено влияние колончатых дефектов, создаваемых в монокристаллах ЕНгЗгзСаС^Ов+х облучением тяжелыми ионами, на порядок в вихревой решетке. Обнаружено, что высокая плотность колончатых дефектов приводит к разрушению порядка в вихревой решетке и переходу от коллективного к индивидуальному пиннингу вихрей.

Практическая ценность результатов заключается в получении прямой информации о структуре вихревой решетки в высокотемпературных сверхпроводниках и о пиннинге вихрей на протяженных дефектах, что может быть использовано для повышения токонесущей способности ВТСП. В процессе выполнения работы создан программный пакет для анализа изображений вихревой решетки.

Апробация работы. Результаты исследований, изложенных в диссертации, были представлены на Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев, 1989 г.), на Международной конференции по транспортным свойствам сверхпроводников, (Бразилия, Рио де Жанейро, 1990 г.), на Симпозиумах Европейского общества исследования материалов (Франция, Страсбург, 1990 и 1992 гг.), на VI Международном симпозиуме по критическим токам (Великобритания, Кембридж, 1991), на трехсторонних германо-российско-украинских семинарах по

высокотемпературной сверхпроводимости (ФРГ, Клостер Банц, 1992 г. и Россия, Дубна, 1993 г).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитированной литературы, состоящего из наименований, и приложения, содержащего тексты программ. Диссертация содержит О Ц страниц, включает Ц. О иллюстраций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и основные результаты работы, описана структура работы.

ПЕРВАЯ ГЛАВА диссертации представляет собой краткий обзор литературных данных, как теоретических, так и экспериментальных, касающихся структуры вихревой решетки в высокотемпературных сверхпроводниках. Особое внимание уделяется особенностям вихревой структуры в этих материалах, отличающих их поведение от традиционных сверхпроводников.

Структура смешанного состояния в сверхпроводниках Л рода, к которым относятся и высокотемпературные сверхпроводники, была предсказана в теоретической работе Абрикосова в 1957 г. Им было показано, что в диапазоне магнитных полей выше нижнего критического поля Нс1 и ниже верхнего критического поля Нс2 магнитное поле проникает в сверхпроводник в виде отдельных нитей, несущих каждая квант магнитного потока. В совершенном изотропном сверхпроводнике линии магнитного потока образуют правильную гексагональную вихревую решетку (ВР). В реальном сверхпроводнике под действием различных факторов — эффектов пиннинга, анизотропии, термических флюктуации и т.д. — форма решетки может искажаться. В высокотемпературных сверхпроводниках можно выделить несколько факторов наиболее существенно влияющих на структуру вихревой решетки:

• Высокая температура, при которой существует сверхпроводящее состояние. Это приводит к тому, что влияние термических флюктуации оказывается большим в значительной части фазовой диаграммы.

• Сильная одноосная анизотропия между сверхпроводящими свойствами в купратных плоскостях и перпендикулярно им. Анизотропия ослабляет взаимодействие между вихрями (или сегментами вихря), лежащими в соседних купратных плоскостях.

• Малая величина сравнимая с периодом кристаллической решетки, изменяет характер пиннинга, давая возможность вихрям взаимодействовать с дефектами атомного размера или даже элементами кристаллического строения.

Сочетание этих факторов приводит к целой гамме эффектов, не наблюдавшимся ранее в традиционных "низкотемпературных" материалах. В тексте диссертации вкратце рассмотрены особенности фазовой диаграммы смешанного состояния в высокотемпературных сверхпроводниках. Однако наибольшее внимание уделяется эффектам, связанным с анизотропией и пиннингом, поскольку именно они оказывают наибольшее влияние на структуру вихревой решетки при низких температурах.

Большинство теоретических работ, посвященных вопросу анизотропии, основывается на приближении Лондонов. В этом случае влияние анизотропии описывается с помощью тензора эффективных масс, который включает в себя все возможные источники анизотропии. Случай, когда приложенное поле ориентировано вдоль одной из кристаллических осей (одной из главных осей тензора масс), наиболее прост для анализа. Вихри Абрикосова располагаются вдоль внешнего поля, а элементарная ячейка ВР сжимается в направлении более тяжелой оси из лежащих в плоскости перпендикулярной оси вихря. Так,

если вихрь лежит вдоль оси (г и Ца > |ЛЬ, решетка сожмется вдоль оси а в "^да/ць раз [1]. Кроме того, трубка потока радиусом X, которой обычно аппроксимируется вихрь, оказывается не круглой, а овальной из-за анизотропии глубины проникновения X. Таким образом, в этом случае BP оказывается своеобразным индикатором анизотропии и наблюдая BP можно определить соотношение эффективных масс. Эффекты такого рода действительно были экспериментально обнаружены в настоящей работе и подробно описаны в главе III.

Более сложная ситуация возникает при произвольной ориентации поля. В работе [2] в рамках приближения Лондонов была рассчитана структура вихревой решетки в поле отклоненном от оси с* кристалла. Было обнаружено, что элементарная ячейка сжимается в соответствии с анизотропией, причем минимальной энергии соответствует ячейка с ориентацией одного из основных векторов вдоль направлении наклона.

Дальнейший анализ структуры вихревой решетки в наклонном поле показал, что в высокотемпературных сверхпроводниках, относящихся к экстремально П-му роду, возможно притяжение вихрей и образование вихревых цепочек. В традиционных сверхпроводниках такой эффект ранее не рассматривался и не наблюдался. Экспериментально был подтвержден факт возникновения притяжения вихрей, однако в отличие от предсказанной картины, вихревая решетка сосуществовала с изотропной решеткой, а наблюдаемые зависимости межвихревого расстояния в цепочках противоречили предсказываемым в рамках простой модели, рассмотренной выше. Дальнейшие экспериментальные исследования должны дать новый материал для понимания факторов влияющих на формирование структуры вихревой решетки в наклонном поле.

Природа пиннинга магнитного потока в ВТСГ1 является одним из наиболее важных вопросов как с точки зрения физики, так и возможных приложений этих материалов. Чрезвычайно малая величина длины когерентности !; в ВТСП (5 приближенно соответствует радиусу кора вихря), сравнимая с атомными размерами (4 » 30 А), делает возможным закрепление кора вихрей на особенностях кристаллической структуры материала (так называемый intrinsic pinning). Так, наряду с пиннингом на двойниковых и межзеренных границах, включениях и т.д., эффективными центрами пиннинга в ВТСП становятся кислородные вакансии и купратные слои в элементарной ячейке материала. В диссертации подробно рассмотрены эффекты связанные с пиннингом на вакансиях и двойниковых границах, а также пнннинг на искусственных дефектах, создаваемых при облучении тяжелыми ионами, поскольку эти эффекты в наибольшей степени влияют на экспериментально наблюдаемую вихревую структуру и непосредственно связаны с результатами выносимыми на защиту.

На момент начала работы над диссертацией (1988 г.) существовали две противоположные точки зрения на роль двойниковых границ н

высокотемпературных сверхпроводниках. С одной стороны, ожидалось подавление сверхпроводимости на границах, с другой стороны, по аналогии с некоторыми традиционными сверхпроводниками, обсуждалась возможность локального повышения Тс на двойниковых границах. Соответственно, оставался неясным вопрос о знаке взаимодействия вихрей Абрикосова с двойниковыми границами в ВТСП.

Пишншг вихревой решетки на точечных дефектах, таких как кислородные вакансии в ВТСП привлекает последнее время значительное внимание. Недавние теоретические результаты указывают на то, что коллективный пиншшг вихрей на точечных дефектах существенным образом изменяет структуру вихревой решетки, приводя к образованию новой низкотемпературной фазы смешанного состояния, называемой вихревым стеклом ("vortex glass"). Особенностью этой фазы в геометрическом смысле является то, что несмотря на нарушение дальнего трансляционного порядка расположения вихрей, ориентационный порядок в вихревой решетке сохраняется. Ряд экспериментальных фактов также подтверждает существование такой фазы.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена описанию методики и техники проведения исследований. В настоящей работе использовался метод прямого наблюдения магнитной структуры сверхпроводников П-го рода с помощью декорирования мелкими ферромагнитными частицами. Метод основан на том, что ферромагнитные частицы размером ~100 А, получаемые непосредственно в камере над поверхностью образца путем распыления железа, оседают в местах выхода магнитного потока на поверхность образца. Эти скопления частиц могут затем наблюдаться различными методами, визуализируя распределение магнитного потока. Таким образом этот метод дает возможность получать изображения вихревой решетки в сверхпроводниках Л-го рода с разрешением отдельных вихрей. Далее в главе обсуждаются различные методы визуализации картин декорирования и сопоставления их с реальной структурой кристалла. В зависимости от конкретных задач и особенностей структуры образцов для этой цели были использованы сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия (JEOL-IOOCX в просвечивающем и сканирующем режимах), оптическая микроскопия (Neophot-21 с поляризационной приставкой), сканирующая силовая микроскопия (Nanoscope). Обсуждаются возможности различных методов наблюдения, приводятся характерные изображения, полученные различными методами. Далее в главе рассматриваются используемые в работе методы обработки получаемых изображений. Для получения информации о структуре вихревой решетки как целого на начальных стадиях исследований анализировались картины оптической дифракции, полученные с изображении вихревой решетки. Позже этот метод анализа был заменен более гибкими методами компьютерной обработки изображений. Это позволило не только повысить точность анализа и избежать искажений, вносимых оптическими системами, но и дало возможность количественно анализировать порядок в вихревой решетке.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена результатам первого наблюдения вихревой решетки в ВТСП методом декорирования. Эти результаты носят, фактически, постановочный характер, поэтому, несмотря на малый объем, были вынесены в отдельную главу. К моменту начала работ над данной темой не было ясно, возможно ли в принципе наблюдение вихревой структуры в ВТСП как в силу методических трудностей (предполагалось [3], что в сверхпроводниках с большими значениями к метод декорирования не работает), так и в силу особенностей структуры ВТСП (возможность нетривиального спаривания, сверхпроводимости локализованной по двойниковым границам и т.д.). Нам удалось преодолеть эти трудности и впервые получить изображения вихревой решетки в монокристаллах УВСО. Полученные изображения позволили сделать выводы об объемном характере сверхпроводимости в УВСО, продемонстрировали традиционный тип квантования потока в ВТСП, выявили ориентирующие влияние двойниковых границ на вихревую решетку.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА содержит результаты исследования влияния анизотропии на структуру вихревой решетки.

Первый параграф главы посвящен структуре вихревой решетки на плоскости (аЬ) монокристаллов УВагСиз07-х. Специфика УВа2Сиз07-х заключается в том, что вдоль оси 5* его кристаллической решетки располагаются медь-кислородные цепочки, играющие, по некоторым данным,

значительную роль в

формировании сверхпроводящих свойств этих материалов. Вместе с тем, доменная структура

естественных УВа2Сиз07-х эффективному направлений а кристалла и выделить анизотропию направлениях

монокристаллов приводила к перемешиванию и С* в объеме невозможности в этих из

макроскопических измерении. Мы провели исследование структуры вихревой решетки в круппых монодоменных областях (-100 мкм2) этих кристаллов с целью выявить анизотропию между направлениями а* и используя в качестве индикатора форму элементарной ячейки вихревой решетки. Направления а* и Б* в монодоменных областях

Рис.1. Вихревая решетка в монодоменной области кристалла УВа2Сиз07. На вставке показана картина дифракции, полученная с изображения вихревой решетки.

определялись

помощью

с

оптического поляризационного микроскопа по эффектам деполяризации света при отражении от поверхности кристалла. Обработка изображений вихревой решетки, полученных в различных областях кристалла и при различных значениях магнитного поля, с помощью лазерного дифрактометра позволила установить, что вихревая решетка имеет закономерные искажения (см.рис.1), одинаковые во всех областях одинаковой ориентации и не зависящие от поля (по крайней мере, в полях 10 - 100 Гс, использованных в эксперименте). Эти искажения могут быть описаны как сжатие правильной гексагональной решетки в направлении а* с коэффициентом сжатия т| = 1.17Ю.06. В соответствии с анизотропной теорией Лондонов данный результат должен быть интерпретирован как существование анизотропии эффективных масс в направлениях а^и Б*: ря/ць = П2 = 1.4±0.2. Величина г| также дает отношение глубин проникновения и нижних критических полей в направлениях

Во втором параграфе главы рассмотрены результаты, связанные с наблюдением вихревой решетки в монокристаллах ТЬВагСаСигОй+х в магнитном поле, отклоненном от оси с? Обнаружено, что во всем диапазоне исследованных углов, от 0° до 82°, на поверхности образцов наблюдается правильная гексагональная решетка (искажения в решетке не превышают 5%). Индукция магнитного поля в кристалле, вычисленная из плотности вихрей, соответствовала нормальной компоненте внешнего магнитного поля. Не обнаружено корреляции между ориентацией основных векторов вихревой решетки и направлением оси наклона. Данный результат демонстрирует не наблюдавшийся ранее тип поведения вихревой решетки в анизотропных сверхпроводниках в наклонном магнитном поле. Форма элементарной ячейки вихревой решетки находится в согласии с предсказаниями теории Лондонов, однако перехода к фазе вихревых цепочек при наклоне магнитного поле не наблюдается. Это наблюдение указывает на возможность переохлаждения фазы вихревой решетки в процессе охлаждения в поле. Ранее наблюдавшееся сосуществование вихревой решетки и цепочек в ВБССО также согласуется с данным предположением.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена эффектам пиннинга в ВТСП. В главе рассматривается влияние на вихревую решетку двойникорых границ в монокристаллах УВагСизО; и колончатых дефектов в ГН25г2СаСи208+х.

В первом параграфе главы описаны эксперименты, свидетельствующие о том, что взаимодействие между вихрями Абрикосова и двойниковыми границами носит характер притяжения. При ориентации магнитного поля вдоль оси 5*крнсталла наблюдались скопления вихрей вдоль двойниковых границ, выявляемых в поляризационном оптическом микроскопе. Па рис.2 сопоставлены изображения двойниковой структуры кристалла УВаСиО (а) и вихревой решетки, наблюдаемой на том же участке (в). Поскольку экспериментальная ситуация соответствует случаю, когда ток в массе образца не течет, наблюдаемая картина непосредственно свидительствует о притяжении вихрей к двойниковым границам.

Таким образом, можно предположить, что граница двойника представляет собой потенциальную яму для вихрей, т.е. область с отличными от объема критическими параметрами сверхпроводимости, в частности, с иным Нс1. Глубина этой потенциальной ямы может быть оценена, исходя из наблюдаемых межвихревых расстояний на границе двойника аь и в окружающей монодоменной области ау. При охлаждении сверхпроводника в магнитном поле следует ожидать, что вихревые ряды на двойниковых границах и вихревая решетка в объеме будут находится в термодинамическом равновесии (или состоянии, близком к нему). Это позволяет определить энергию пиннинга ир на двойниковой границе как разницу упругих энергий вихревой решетки и вихревого ряда на двойниковой границе. Соответствующие вычисления приведены во втором параграфе настоящей главы. Существенной проблемой при проведении таких оценок является точное определение температуры, от которой заморожено наблюдаемое распределение вихрей. В соответствие с недавними результатами [4] в УВСО эта температура соответствует 0.92 Тс, что дает возможность оценить наблюдаемый потенциал пиннинга на двойниковых границах как С/р=(1.8±0.6)-10-9 эрг/см. Хотя полученные таким образом результаты и носят оценочный характер, они представляются интересными, поскольку в отличие от других способов измерения (например, резистивного) позволяют определить локальный потенциал и силу пиннинга, связанные с конкретным дефектом в статической конфигурации.

Протяженные дефекты в высокотемпературных сверхпроводниках, притягивающие вихри Абрикосова, способны захватывать вихри даже при отклонении магнитного поля от направления дефекта, вплоть до некоторого конечного угла. Влияние двойниковых границ в монокристаллах УВаСиО на вихревую решетку в поле отклоненном от оси с* рассмотрено в третьем параграфе главы.

. Рис.2. Распределение вихрей Абрикосова в монокристалле УВагСизСЪ, содержащем двойниковые границы.

(а) Двойниковая структура кристалла, видимая в поляризованном свете; (в) вихревая решетка на том же участке кристалла.

В данной части работы, образец сверхпроводника охлаждался в магнитном поле, отклоненном от оси дефекта, от температуры выше точки сверхпроводящего перехода до 4.2 К. Кристалл отклонялся от магнитного поля в направлении типа <100>, так что отклонение поля от обоих семейств двойниковых плоскостей оказывалось одинаковым. Были проведены эксперименты при углах отклонения поля от двойниковых границ от 0° до 45° (0°, 24°, 28°, 33°, 37.5°, 42°, 44.5°). Полученные результаты свидетельствуют о том, что в УВа2Сиз07 двойниковые границы являются эффективными центрами пиннинга вплоть до значительных углов отклонения внешнего поля от плоскости дефектов — до 24 - 28° сохраняются скопления вихрей вдоль двойниковых границ, ориентирующее влияние двойниковых границ на вихревую решетку остается заметным до 42°. Взаимодействие вихрей с протяженными дефектами в широком интервале углов является одной из особенностей высокотемпературных сверхпроводников. В слабоанизотропных сверхпроводниках граница является эффективным центром пиннинга только в узком угловом интервале (например, для ниобия 1 - 2° [5]), ширина которого обуславливается в основном шероховатостью границы и локальным отклонением границы от идеальной ориентации. В высокотемпературных сверхпроводниках, малый изгибный модуль С44 обуславливает возможность деления вихря на сегменты, часть которых ориентируется в плоскости дефекта. Наблюдаемое в работе поведение внхревой решетки обсуждается в рамках модели сегментации вихря, предложенной в [6]. Исходя из наблюдаемого в эксперименте угла депиннинга оценен потенциал пиннинга на двойниковых границах. Полученное таким способом значение оказалость близким к определенному из распределения вихрей вблизи двойниковой границы в поле, ориентированном вдоль оси с?

Другим случаем протяженных дефектов, в значительной степени влияющих на структуру и поведение вихревой решетки в высокотемпературных сверхпроводниках, являются колончатые дефекты, созданные облучением тяжелыми ионами. Эти дефекты существенно сдвигают линию необратимости в сторону высоких полей-температур и, по мнению ряда авторов [7], приводят к образованию новой низкотемпературной фазы в смешанном состоянии. В пятом параграфе мы предприняли исследование геометрических свойств этой фазы с помощью метода декорирования.

В качестве образцов использовались монокристаллы ВБССО, облученные ионами Хе с энергией 340 МэВ. По данным просвечивающей электронной микроскопии эти ноны образуют в кристалле колончатые дефекты диаметром около 70 А. Глубина проникновения колончатых дефектов может быть оценена как 9 мкм. В процессе облучения половина кристалла закрывалась медным экраном, так что часть кристалла оказывалась не поврежденной облучением. Это позволило сравнивать картины распределения вихрей в облученной и необлученнон областях на одном и том же образце. В эксперименте использовались кристаллы с плотностью дефектов

Ф^ = 5 108, 5.9 109, 1.2-Ю10. 1.7-Ю10. Для удобства сравнения плотности дефектов с плотностью вихрей удобно ввести так называемое эквивалентное

поле = Фо <р£, т.е. магнитное поле, при котором сравниваются плотности дефектов и вихрей. Для приведенных выше доз облучения эквивалентное поле составляет 103 Гс, 1.2 кГс, 2.5 кГс, 3.5 кГс, соответственно. Декорирование проводилось, как обычно после охлаждения в поле при температуре 4.2 К. Непосредственно перед декорированием образцы несколько раз скалывались так, чтобы используемая поверхность содержала дефекты созданные облучением. Декорирование проводилось в магнитных полях от 20 до 200 Э, так чтобы охватить как случай плотности дефектов много большей, чем магнитная индукция, так и приблизиться к противоположной ситуации.

На полученных в результате эксперимента картинах вихревой структуры отчетливо различались области, содержащие и не содержащие колончатых дефектов. При плотности дефектов, значительно превосходящей плотность вихрей, в облученной области наблюдается однородное распределение вихрей, причем порядок в вихревом массиве выглядит полностью разрушенным. Мерой трансляционного порядка в вихревой структуре может служить радиальная корреляционная функция вихревой решетки [8]:

9(г) = Я РС')Р(Г'-Г) (1Г'2С1Ч,

где р - плотность вихрей в точке г, ф - азимутальный угол, N - общее количество вихрей в области интегрирования. Она характеризует затухание периодичности в решетке (рост отклонения от идеальной позиции в решетке) с расстоянием. На рис.3 приведены радиальные функции, полученные при анализе вихревой решетки с индукцией 20 Э в монокристалле, облученном дозой 1.7-Ю10 (эффективное поле 3.5 кГс). Сплошные линии соответствуют

Рис.3. Радиальные корреляционные функции вихревой решетки в монокристалле ЕМгЭггСаСигОв+х, содержащем колончатые дефекты.

результатам подгонки корреляционной функцией идеальной решетки с экспоненциальным затуханием порядка:

С(г) = У о ехр(-г/Кс),

где Уо - радиальная корреляционная функция идеальной гексагональной решетки (фактически, функция Бесселя нулевого порядка), Яс -корреляционный радиус, используемый как нелинейный подгоночный параметр.

Как видно из рисунка, в необлученных областях на средних дистанциях сохраняется трансляционный порядок и ситуация соответствует картине коллективного пнннинга на случайно распределенных дефектах [9, 10]. При увеличении магнитного поля корреляционный радиус в необлученных областях заметно растет, что указывает на коллективный характер пиннинга вихрей на точечных дефектах. С другой стороны, в облученной области корреляционная функция обнаруживает только один размытый максимум, соответствующий первой координационной сфере вихревой решетки. Вычисленный корреляционный радиус соответствует 0.5Яо («о - межвнхревое расстояние). Такая ситуация, напротив, соответствует режиму индивидуального пиннинга, когда энергия пиннинга на дефекте значительно превосходит упругую энергию решетки. Мы полагаем, что наблюдаемая в облученной области аморфная вихревая структура заморожена от линии необратимости (линии перехода в фазу Бозе-стекла) и порядок в этой структуре соответствует порядку в вихревой жидкости.

В том случае, когда плотность вихрей достигает плотности дефектов или превосходит ее, структура вихревой решетки сильно изменяется. Распределение вихрей становится неоднородным, хорошо видны отдельные связки вихрей запиннннгованные на дефектах, которые окруженны вихревой жидкостью.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Получены изображения вихревой решетки в высокотемпературных сверхпроводниках, показано что сверхпроводимость носит объемный характер в монокристаллах УВСО, продемонстрировано, что каждый вихрь несет один квант потока, как и в традиционных сверхпроводниках.

2. Обнаружена анизотропия вихревой решетки в базисной плоскости монокристаллов УВа2Сиз07-х. Показано, что наблюдаемые деформации вихревой решетки являются проявлением анизотропии сверхпроводящих свойств в данной плоскости. Исходя из величины деформации определена анизотропия масс сверхпроводящих носителей в направлениях я* и б* монокристаллов УВа2Сиз07-х: та/ть= 1.4+0.02.

3. Исследована структура вихревой решетки в монокристаллах Т12Ва2СаСи208+х в магнитном поле, направленном под углом к оси анизотропии (оси с?. Обнаружено, что в этих материалах анизотропная

вихревая решетка сохраняется во всем диапазоне углов отклонения магнитного поля, а возможный переход к цепочечной вихревой фазе, ожидаемый в наклонном поле, подавляется эффектами пиннинга.

4. Методом декорирования обнаружено притяжение вихрей Абрикосова к двойниковым границам в высокотемпературном сверхпроводнике УВа2Сиз07-х. Данный факт следует как из наблюдения скоплений вихрей на границах двойников, так и из наблюдаемого захвата сегментов вихрей, отклоненных от плоскости дефекта, двойниковой границей. Это свидетельствует о том, что двойниковые границы в УВа2Сиз07-х следует рассматривать как области с подавленной сверхпроводимостью или (и) считать их малопрозрачными для сверхпроводящих носителей.

5. Исходя из наблюдаемого распределения вихрей между двойниковыми границами и объемом кристалла в монокристаллах УВа2СизО? -х определен потенциал пшшинга на двойниковых границах.

6. Исследован пиннинг вихрей на двойниковых границах в поле отклоненном от плоскости дефекта. Получен угол депиннинга в статической конфигурации, исходя из которого независимо оценен потенциал пиннинга на двойниковых границах.

7. Исследовано влияние колончатых дефектов в монокристаллах Bi2Sr2CaCu208+x, создаваемых облучением тяжелыми ионами, на порядок в вихревой решетке. Показано, что в случае высокой плотности дефектов наблюдается полная аморфизация вихревой решетки, соответствующая индивидуальному шшнингу вихрей па дефектах. В случае низкой плотности дефектов наблюдались структуры содержащие запиннингованные вихри и островки вихревой жидкости.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Л.Я.Винников, Л.А.Гуревич, Г.А.Емельченко, Ю.А.Осипьян. Прямое наблюдение вихрей Абрикосова в монокристаллах высокотемпературного сверхпроводника УВа2Сиз07-х. Письма в ЖЭТФ, том 47, вып. 2, стр. 109-111 (1988).

2. L.Ya. Vinnikov, L.A. Gurevich, G.A. Emelchenko, Yu.A. Ossipyan. Direct observation of the lattice of Abrikosov vortices in high-Tc superconductor YBa2Cu3Û7-x single crystals. Solid State Commun., vol. 67, No. 4, p. 421-423 (1988).

3. L.Ya. Vinnikov, L.A. Gurevich, G.A. Emelchenko, G.A. Kazaryan, N.N. Kolesnikov, M.P. Kulakov, D.Ya. Lenchinenko, Yu.A. Ossipyan. Observation of the flux line lattice in the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu20x and Tl2Ba2CaCu20s+x single crystals. Solid State Commun., vol. 70, No. 12, pp. 1145-1146 (1989).

4. Л.Я.Винников, И.В.Григорьева, Л.А.Гуревич, Ю.А.Осипьян. Наблюдение анизотропии вихревой решетки в базисной плоскости монокристалла УВа2СизОх. Письма в ЖЭТФ, том 49, вып. 2, стр. 83-86 (1989).

5. L.Ya. Vinnikov, I.V. Grigorieva, L.A. Gurevich, Yu.A. Ossipyan. Vortex structure of high-Tc single crystals, in "High-Temperature Superconductivity from Russia", Leningrad, USSR, 25-27 Oct. 1988 (Singapore: World Scientific 1989), pp. 171-180.

6. Л.Я. Винников, И.В. Григорьева, Л.А. Гуревич, А.Е. Кошелев. Определение потенциала пиннинга на двойниковых границах в монокристаллах УВа2Сиз07-х из наблюдения вихревой структуры. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, том 3, вып. 7, стр. 1434-1441 (1990)

7. L.Ya. Vinnikov, I.V. Grigorieva, L.A. Gurevich, A.E. Koshelev, Yu.A. Ossipyan. Observation of the flux line lattice in high-Tc superconductors. J. Less-Common Metals, vol. 164&165, pp. 1271-1284 (1990).

8. L.A. Gurevich, I.V. Grigor'eva, N.N. Kolesnikov, M.P. Kulakov, V.A. Larkin, L.Ya. Vinnikov. Direct observation of the vortex structure in high-Tc superconductors in tilted magnetic fields. I. Flux-line lattice in ThBa2CaCu208+x single crystals. Physica C, vol. 195, No. 3&4, pp. 323-326.

9. I.V. Grigor'eva, L.A. Gurevich, L.Ya. Vinnikov, Direct observation of the vortex structure in high-Tc superconductors in tilted magnetic fields. II. Vortex pinning by twins in YBa2Cu307-x single crystals. Physica C, vol. 195, No. 3&4, pp. 327-334.

10. L.Ya. Vinnikov, I.V. Grigor'eva, L.A. Gurevich. Vortex structure in high-Tc superconducting single crystals, in "The Real Structure and Properties of High-Tc superconductors" Springer Series in Material Science v.23 ed. by V.Sh. Shekhtman, pp. 89-109 (Springer Verlag 1993).

11. Л.Я.Винников, Л.А.Гуревич, Ю.И.Латышев, А.М.Никитина, А.В.Антохнна, М.П.Лисицкий, Н.П.Кухта. Одновременное наблюдение вихрей Абрикосова и дефектов в тонких монокристаллах Bi2Sr2CaCu208+x. Письма в ЖЭТФ, том 57, вып. 4, стр. 247-250 (1993).

12. М. Leghissa, L.A. Gurevich, М. Kraus, G. Saemann-Ischenko, L.Ya. Vinnikov. Observation of a disordered vortex state in Bi2Sr2CaCu20s+x single crystal containing columnar defects. Phys. Rev. B, vol. 48, No. 2, pp. 1341-1344 (1993).

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.A.M. Гришин, A.IO. Мартынович, C.B. Ямпольскмй. Магнитные потоки в анизотропных лопдонопских сверхпроводниках. Препринт ДонФТИ, 1988.

2.L.J. Campbell, М.М. Doria, V.G. Kogan. Vortex lattice structure in uniaxial superconductors. Phys.Rev.B, vol.38, No.4, pp. 2439 - 2443 (1988)

3.U. Köhnc. Die Dekorationstechnik zur Untersuchung des Mischzustandes von Type-Il-Supraleitern mit höheren Ginsburg-Landau Parametern. Phys.Lett , vol. 83A, pp.353-356 (1981).

4.P.L. Gammel, D.J. Bishop, J.P. Rice, D.M. Ginsberg. Images of vortex chain state in untwinned УВа2Сиз07-8 crystals. Phys.Rev.Lett., vol.68, No.22, pp. 3343-3346 (1992).

5.Л.Я. Вшшиков, В.Г. Глебовский, С.И. Москвин. О природе закрепления вихрей в бикристаллах Nb. Письма в ЖЭТФ, том 33, вып.5, стр. 253-257 (1981)

6.G. Blatter, J. Rhyner, V.M. Vinokur. Vertex pinning by twin boundaries in copper oxide superconductors. Phys.Rev.Lett., vol.43, No.10, pp. 7826-7830 (1991).

7.D.R. Nelson, V.M. Vinokur. Boson localization and pinning by correlated disorder in high-temperature superconductors. Phys.Rev.B, vol.68, No.15, pp. 2398 - 2401 (1992).

8.C.A. Murray, P.L. Gammel, D.J. Bishop, D.B. Mitzi, A. Kapitulnik. Observation of hexatic vortex glass in flux lattices of the high-Tc superconductor Bi2.lSri.9Cao.9Cu208+x- Phys.Rev.Lett., vol.64, No. 19, pp. 2312-2315 (1990)

9.A.I. Larkin and Yu.N. Ovchinnkov. Pinning in type II superconductors. J.Low-Temp.Phys vol.34, No.3/4, pp.409-428 (1979).