Структуры магнитного потока и транспортные свойстванизкоразмерных сверхпроводников II рода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.22 ВАК РФ

НШОНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ 1НСТИТУТ МЕТАЛ0Ф13ИКИ

На правах рукопису

ГЕНЕНКО Юр1й Анатол1йо*мч

СТРУКТУРИ МАГН1ТНОГО ПОТОКУ ТА ТРАНСПОРТЫ! ЗЛАСТИВ0СТ1 НИЗЬКОВИМГРпйХ НАДПРОВ1ДНШВ ТТ РОДУ

М.Г4.22 - надцров1дн1с.ть

АВТОРЕФЕРАТ дисертацП на здобуття наукового ступеня

доктора ф1зико-математичних наук

Ки1в - 19Э5

Роботу виконано в Донецькому ф1зико-техн1чному 1нститут1 1м. О.О.Галк1на Нац1онально1 АкадемП Наук Укра1ни

0ф1ц1йн1 опоненти : доктор ф1зико-математичних наук,

Прохоров В.Г.

доктор ф1зико-математичних наук, професор Е.А.ПММЦЬКШ

доктор ф!зико-математичних нэдк. В.М.ЛОКТСВ

Пров1дна орган1зац1я - Ф1зико-техн1чний 1нститут низьких температур HAH УкраХни, м.Харк1в

Захист дисертацП в1дбудеться "2?" npc^cj^m 19а5 р. о SA/ годин! на зас1данн1 Спец1ал1зовано1 вчено! радк Д 01.75.02 при 1нститут1 металоф1зики HAH Укра1ни (252680, м.Ки1в-142, просп. Вернадського 36)

3 дисертац1ею можна ознайомитися в б!бл1отец1 1нституту металофХзики за адресою просп. Вернадського 36

Автореферат роз!слано "24" чцСсс?оhagd 99/Гр.

Вчений секретар

Спец1ал1зовано1 вчено! ради Д 01.75.02 к. ф.-м.н., с.н.с.

Мадатова Е

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность роботи. В умовах 1стотного в1дставання м1-кротеорП надпровХдаост! (НП) в!д експерименту, що склалося а Леля вХдкриття високотемпературно! надцровХдност! (ВТШ) у 1987 роц1, биявився надзвичайно корисним феноменолог!чний

лЛдхЛд до опису !Ш, фХкс.уючМ головнЛ риси 1х електро- та термодияам1ки.

Мабуть найьажливЛшсю рисов БТИП, що мае бути воображена у феноменологи,е 'Лх вксока анЛзотропЛя та шарова структура. Головном отруктурним елементом ВТ'Ш е надпровЛдна шющина атомарно! товщини. Не пЛдтвердауеться також 1 надзвичайно малою надпров1дною довжиною когерентностЛ гд у налрямку ос1 Гперпендикулярно НП шарам). 3 квазХдвовимХр-нЛстю ВТ'НП слолук дов'язанЛ також 1 надП багатьох досчЛдни-кЛб ьа створення тесрЛ'Л м1кроск.оп1чного механЛзму ВТШ.

Феном«нолог1чний пЛдхЛд до онису шаруватих 111] був запро-понованМ задовго до вЛдкриття ВТШ у роботах Лоренця-ДонЛа-кь (1971) та Булаевського (1Э73). У цих роботах шаруватий Ш1 розглядьеться як система тонких НП площин.пов'язаних елабки-ш дегазефсонЛвськими зв'язками через тонн! дЛелектричн! про-шарки. Розвиток цих феноменологЛчних уявлень дозволив значно просунутся у розумЛннЛ виняткових електромагн!тних власти-востей ВТШ, що сттричинен!, кр1м шарувато! структура, малими Ш довжинами когерентност1, високою температурою Ш переходу та значним впливом флуктуацЛй.

Новим можливостям для вивчення продес1в,що в1дбуваються у ВТШ, та створенню матер1ал1в з контрольованими параметрами сприяв останн1м часом синтез у багатьох лабораторЛях ба-

гатошарових НП структур з НП та д1електричних (металевих, феромагн1тних, нап1впров1дникових) шар1в, що чергуються, тобто НП надграток з р1зноман1тними характерными товщинами шар1в аж до атомно!.

Ця робота ирисвячена, насамперед, вивченню властивостей ВТНП та надграток, зумовлених кваз1двовш1рн1стю НП стану в них. Кр1м того, значна частина досл!даення присвячена класи-чним низьковим1рним об'ектам - тонким НП дл1вкам та дротам, у яких нер1дко бувають досягнен1 найвищ1 критичн! параметри, Хстотн! для застосувань- критичн! поля та струми.

0ск1льки у м1кроелектронних та макроскоШ'ших застосу-ваннях надпров1дник1в головна увага прид!ляеться робот1 об-межених надпров1дних пристро1в та елемент1в у нер!вноважному стан1. безумовно актуальним е досл1дження повед1нки низько-вим1рних (та кваз1низьковим1рних) НП, через як1 прот1кае електричний струм або пот1к тепла.

Мета роботи полягала в послЛдовному урахуванн1 взаемо-д11 магн1тш1х вихор!в з зовн1шньою поверхнею низьковим1рних надпров1дник!в и роду або з внутр!шн1ми поверхнями у над-пров!дних надгратках та шаруватих надпров1дниках, а також у вивченн! вшшву ц1е! взаемодИ на критичн! параметри 1 тран-спортн1 властивост! цих об'ект1в.

Наукова новизна робота визначаеться значною к1льк1стю нових результат1в, одержаних в рамках феноменологи надпро-в1дник!в и роду, як1 викладен! нижче:

I. Розраховано ефективну глибину проникнення магн1тного поля, паралельного до шар!в, у шаруват! НП середовища з ши-

роким спектром можливих сп1вв1дношень м1ж характерними тов-

щинами НП та Хзолвючих шар!в 1 глибиною проникнення поля у однор1дний-надпров1дник- за -умов~в1дсу тност1~ слабкисзв' язк1в_ м1ж ЦП шарами.

2. Знайден1 у лондон!вському наближенн1 точн! р1шення для кваз!двовим1рних (2и) вихор!в у надгратках з вс!лякими сн1вв1дношеннями м!ж характерними товщинами 1 глибиною проникнення поля у в!дсутност1 слабких зв'язк1в м1ж шарами.

3. выявлений 2п-3п кросоБбр у температурной поведши критичного струму, що виникае за рахунок подавления параметра порядку у тонких НП шарах шарувато! системи транспортним струмом п1д час його прот1кання перпендикулярно до шар1в. Знайдене ун1верс.альне (залежне т1льки в!д ступеня ан1зотро-п11 системи) сп1вв!дношення м1ж тунельним струмом та р!зни-цею фаз у сум1жних шарах,що узагальнюе джозефсон1вське спХв-в1дношення на випадок шаруватих систем.

4. Визначене 1снування критичного струму подавления м1жшарового зв'язку шарувато'1 системи, обумовлене лавинною генерац1ею в!льних 2о-вихор1в у внутр1шн!х НП шарах,та знай-дена чисельно його тендешДя до зникнешя вище температура резистивного фазового переходу Березинського-Костерлиця-'Га-улесса (БКТ) поодинокого НП шару, що е у згод! з уявленням про повне розчеплення НП площин за рахунок 2о флуктуац!й при збереженн1 НП стану у шарах. У резистивних 1 мaгнiтниx вим1-рюваннях знайден1 експериментальн! пХдтвердження реализацП такого стану у деяких ВТНП сполуках.

5.3авбачений и1к теплопров1дност1 конвективно! природа б!ля температури БКТ-переходу, зумовлений присутн1стю терм!ч-но створених 2о-вихор1в (в!льних та пов'язаних у пари) у

шутр1шн1х шарах ВТНП та НП надграток.

6.Винайдено теоретично ефект "магн1тно1" в'язкост1 руху джозефсон1вських вихор1в, паралельних до НП площин шарувато! системи, спричинений ироцесом намагн1чування 1 релаксацП газа терм!чно створених вихрових петель (пар 2d-bhxop1b), що мак и1к також близько температури фазового переходу БКТ.

7. ВирЛшена точно у лондон1вському наближенн! проблема проншшення власного магн1тного поля транспортного струму у струмонесучий НП щл1ндр дов1льного радХуса i визначена не-ефективн1сть дефектного механ1зму входаення вихор1в у тонк1 надиров1дники,що обумовлюе можливХсть досягнення на них най-шиш. значень критичного струму.

8. Зштропоновано узагальнене правило С1льсб1 для вход-ження вихор1в у струмонесучий цил1ндр Ш и роду у подовж-ньому магн!'гному пол1, шо визначае ел1птичну область безди-ошативного стану у координатах струм-поле.

Э.Знайдений критичний струм л1воспирально1 нест!йкост1 вихор1в подовжнього зовн1шього лоля з урахуванням 1х взае-модГ! з 2юверхнею цил!ндри1ших або планарных НП зразк1в та визначен1 умови, за яких реал1зуютьс.я нестац1онарн! цикл1чн1 дисилативн! режими з осщшщ!ями подовжнього магн!тного моменту та е.д.с.

Наукова та практична щннють отриманих результат1в по-лягяе в тому, що вони роз'яснюють широке коло питань у ф1зи-ц1 надпров1даик1в, завбачають нов1 ефекти у ïx електромаг-н!тн1й та теплов1й повед1нц1, у тому числ1 т1, що мають пев-ний прикладний потенц1ал. Bel здобут1 результата е новими 1 можуть бути застосован! як для подальшого розвитку фундамен-

тальних уявлень про надпров!дники и роду, так 1 для шр1-

шення конкретних прикладних завдань.

_______Ц1нн1оть __результат1в глав! и II поляг а е у знаходженн!---------

магн!тних вихрових структур, що визначають кваз!двом!рну по-кед1нку НП надграток при вс1ляких можливих сп!вв!дношеннях м!ж характерними товщинами та глибиною проникнешя поля.

У III глав! теоретично передбачена низка нових ефект1в, що можуть маги м!сш у НП надгратках та ВТНН завдяки присут-и1м у ьну'ф!шн1х ширях терм!чним вихорям,як1 спричиняють вз-:клик1 особливост1 ±х електромагн!тно'1 та тепловсЛ повед1нки.

У ту глав! отримане р1шення класично! проблеми проник-нення власного та зовн!шнього магн1тного поля у струмонесуч! яадпров!дш1ки и роду, шо дозволило збудувати практично важ-л/ву д!аграму резистивно! повед1нки Ш у подовжньому пол!.

У V глав! показаний вир1шальний вшшв ефекта л1восп1ра-лоно! нест!йкоот1 вихор1в на резистивну повед1нку тонких НП дрот!в та 11л!вок у пол!, паралельному до струму, що дозволяв коитрольованв стьореняя дасшативних автоколивальних режкм!в у лирок1й облает! зючень поля та струму, яке мае ирикладне значения.

Особистий внесок автора у здобуття ориг (дальних результат^, що в!йшли до дисертацП, полягае у ф1зичному 1 мате-матичному формулюваня! задач, вибор! ! розробц1 метод1в 1х вир!шення, у вир!шенн1 теоретичних проблем, а також у 1нтер-претац!! результатов розрахувань 1 вим1рювань та формулю-ванн! висновк!в.

Ус1 результата робота, як1 виносяться на захист та в1д-значаються новизною, одержан! особисто дисертантом.

Публ1кац11 за темою дисертацП. Матер1али, що в1йшли до ди-сертацИ, опубл1кован1 у 21-й журнальн1й робот!, перелТк яких наведено наприк1нц! автореферату.

Апробац1я робота. OchobhI результата, що в!йшш до дисертацП, було викладено у допов!дях та обговорено на Всесо-юзних нарадах з ВТНП (ВТНП-Ш.Харк1в,19Э1 ), ф!зики магн1т-них явищ (ШЯ-1Э, Ташкент, 1991) та ф!зики низьких температур (HT-27, Казань,1992), М1жнародн1й конференцП з крТоген-них матер1ал!в (1сес-гсмс-14.Ки1в,1992), бвропейськЛй конференцП 3 Гфикладно! НаДПрОВ1ДНОСТ1 (EUCAÏÏ'9 3, Goettlnyen, сегмпу, 1493), МТжнародному симпоз1ум1 з критмчних струмТв у надпров1дниках (7th iwcc, Aipbach, Austria, i'jQ4), М1жна-родн1й конференцП з магнетизму та магн1тних матер1ал1в

(MMM-Intnrr.iag-Q4 , Albuqe.rque .USA, 1994 ) , М1жНЭрОДН1Й КОНфврвН-

цЦ з матер!ал!в та механ!зм1в надпров!дност1 <м2з-нт5г-ту,

Grenoble, France,1994), рОС1ЙСЬКО-укра1НСЬКО-ГерМЭНСЬКИХ Св-

MiHapax з ВТНП (Дубна,1993; Muenchen.1994; Льв1в,1995), М1ж-народайй конференцП з ф!зики надпров1дност! (СФА'95,Харк1в, 1995).

Роботи з ф1зики шарових надпров1дник1в И-81 були в1д-значен1 медаллю АкадемИ Наук УкраХни та прем1ею для молодих вчених у 1993 р. (тут i нижче посилання стосуються перел1ку роб1т автора наприк±нц1 автореферату).

Структура дисертацП. Дисертац1я м1стить 313 стор1нок машиношсного тексту i 40 малюнк1в.Вона складаеться 1з всту-пу, п'яти глав, зак!нчення, шести додатк!в та списку л1те-ратури з 269 найменувань.

ЗМТСТ ДИСЕРТАЦП

Вступ'до" дасёртадП м1стить загальну характеристику робота, обгрунтовуе II актуальнХсть, формулюе тему та мету. В ньому також стисло виклэден! основн! нов! результата, що одержан! у робот!.

У перш!й глав! розглядаеться екранування магн!тного поим у НИ нндгратках з всХляккш сп1вв1даошенняш м!ж характерами довжинами.

Надиров1хш1 надгратки. до яких належать високоан!зотро-т1 ВТШ та синтетичн! багатошаров! структури, мають власти-в!сть екранування за будь-яких сп!вв1дношень м1ж характерни-ми довжинами - Ш довжиною когерентност! глибиною проник-ньння магШтного ноля у однор!дний НИ товшиною НИ шар!в га прошаркьв м!ж ниш п.

Методом матриШ переносу у робот1 вперше знайдёний ьи-раз для ефективно! глибины \ проникнення магнХтного поля, иаралельного до шарХв, у шарувате НП середовище з дов1льним ел!вв!дношенням м1ж характерными довжинами 1 х та доеить тивстими шнрами (п,.1 £) т. Пор1вняння прямих магн!гжих ьим!рювань хь з параметрами, що витягаються з нелХнШшх вольт-амперных характеристик, дозволяють виявити фактичну структуру струмопврвносу у шарових НП середовищах.

Вир1шено дискус1йне питания 1фо екранування поля у шаровому середовищ!, що складаеться з тонких НП пл1вок товщини <) - х, у п1рловському опис! (тобто при формально нульов!й товщин1 НП шар1в), при дов!льному сп1вв1дношенн1 м!ж о 1 За допомогою аналог!! з моделлю Крон!га-Пенн! у р!внянн!

Шред1ягера проведене пряме обчислення глибини проникнення поля у таке середовшце [Ш. У випадку тонких шар1в а,о << х в1дтворен1 в!дом1 результата, здобут! у модел1 Лоренця-Дон1-ака для ВТНП.

У друг1й глав! вивчаються кваз1двовим1рн! вихров! утво-

рення у Ш надгратках.

Шарова кваз!двовим1рна структура найб1льш ан!зотропних ВТНП та НП надграток призводить до появления в них флуктуа-цШаих кваз!двовим!рних магн!тних вихрових утворень та спе-цйф!чн!й повед!нц! тривш!рних вихорХв Абрикосова, що визна-чають магн1тн1 та резистивн1 властивост1 таких систем. У робот! вперше вивчен! кваз!двовш1рн! ефекти у шарових НП се-редовшцах з всЛлякими сп1вв!дношеннями м!ж товщинами НП (п)

1 д!електричних (п) шарХв та глубиною проникнення магн!тно-го поля у однор!дний НП

Для вивчення кваз!-2о вихор1в розвинен! дв1 модел!. У перш1й вивчена магн!тна структура вихора у НП пластин1 дов1-льно! товщини й.сплющеного через присутн!сть (на в1дстан! о) нап!внеск1нчених НП екрэн1в з ефективною глибиною проникнення поля (обчисленою у глав1 1) 11,21. у другМ модел! розглянутий сшшцений вихор, що руйнуе НП параметр порядку у одному шар! НП надгратки з дов!льними а, о >> £ т.

Тонне вир1шення зазначених моделей у лондон!вському на-ближенн1 дозволяе визначити так1 загальн! законом!рност1:

- у внутр!шн!х шарах НП надграток з дов!льними сп1вв1дно-шеннями характерних довжин можлива терм!чна генерац!я кваз!-2о вихор!в, вихрових пар и розпад Зп вихор!в на системи ква-з1-2о вихор!в;

- в1дбуваеться фокусування магнХтного потоку квазХ-2Р ви-хора у трубцХ дХаметру Хь+о, де хь - ефективна глибина ек-ранування у шаровому середовгацХ. У насл1док_цього____магн!тнай_

потХк ф, що прот!кае через вихор, завжди менший (або наба-гато менший) в!д кванта магн!тного потоку ф I дорХвнюе

! 1 ,2)

ф - ф [1 ---А.----]-] . (1)

1- х - о • х гты/х) м^ы/х)-1

Ф1зична причина фокусування - утворення дзеркадьккх вХдбшъ

- "антивихорХв" .у ефективному середовищХ, що оточуе видХ-.иену Ш пластину. Другий наслХдок фокусування поля- це малий магнХтний момент кваз!-2п вихора при <1,п « х

ф„ г хь - x2 ' х.о +п2/2 л ф

ш = + ---, Ь I - -Д (Г 1 (2)

^п \ Хь » О + X сьыо/х) I ^я

Мал! магнХтн! моменти спричиняють слабку взаемодХю -н-бихо-р1в у сум 1жш1х шарах 1, таким чином, можливХсть "вшшрову-зашя" Зп-вихор1в, тобто 1х розпаду на в1льн! :п-вихори;

- иодХбно до вихор!в у гел!ю або гьинтовкх дислокацШ кьоз!-2п вихори логарифмХчно взаемодХють м1ж гюбою на вс.1х в1дстанях на в1дмХну вХд п1рловських вихорХв у тонких НП идХвках. Власнь енерг1я вихорХв, зосередона у 1х розплюще-них кХнцях також залежить логариЗмХчно в!д розмХру системы и

ф;

г

,„(А).

де - Х2/<;1 _ "поперечна" глибина проникнення шля у плХвку товшины Така поведХнка зобезпечуе можливХсть здХйснення топологХчного фазового переходу за сценарХем Березинського-Костерлиця-Таулесса у всХляких шарових НП системах без слаб-

кнх зв'язк!в м1ж шарами.

Одержан! результата демонструють можлив1сгь створення модельних мезоскоп1чних шарових систем з параметрами <1 << \ -, < d < х2/а, що мають всю низку ун1кальних електродинам!чних властивостей шаруватих ВТНП. Пе являеться можлтт завдяки малого магн!тного штоку кваз!двовим!рних вихор!в у таких системах [4]

та 1х магн1тного моменту

К' = Ф^/^зг . (5)

У робот! також вивчений 2d-3d кросовер повед!нки шару-вато! системи з тонкими шарами d,D <• \ (ДД-модель) за умов протАкання струму перпендикулярно шарам. Врахування подавления НП параметру порядку у шарах транспортним сгрумом нри-зводить до модкф!кац!1 джозефсон!вс.ьких сп!вв!дношень м!ж м!жшаровим струмом 17 та р1зницею фаз м!ж сум!жшш шарами Хп до ун!версально! форми, залежноХ т!льки в!д етупеню ан1-зотропП системи tu]

де зведена температура х = 1-т/тсо (тСо- середньополева температура НП переходу), гсг= 1-тсг'' тСО' тСг~ температура 2d-3D кросоверу, 1со - величина джозефсон1вського критичного струму масивного контакту. Фактично така повед!нка воображу е ефект близькост! у шаров1й систем!, де тунелювання та надпров!дн!сть е ефектами однаково! вим!рности (2d).

У трет!й глав! досл1джено флуктуацШн! ефекти у шаро-

вих НП системах з1 слабо зв'язаними шарами.

_Конкуренд1я слабких...мозвфсоШвсышх-зв'язк!в-м1ж-НП----------

шарами, що призводять до встаковлення 3D НП порядку у систем!, та кваз1двовим1рними фдуктуац1ями, що руйнують зо порядок, у сильно анХзотропних шаруватих ВТШ е на ней час темою гоотро'1 дискуell. Головним 11 питаниям е характер резистив-ас-гс- переходу у шаруватих системах 1 природа НП стану в них. У наводиться ьналРшчн], чисельн! тоэ експерЕмект&ш>н1

аргумента на користь флуктуац!йного розчеплення НП плотин, яке дозволяе зд1йснення резистивного переходу за сценар!ем Березинського-Костерлиця-Таулесса. Розглядаються особливост! транспортних властивостей шаруватих НП, що виходять з факта терм!чно1 генерацИ у внутр!шн1х шарах кваз!двовим!рних вихор 1 Б.

3 аналогично! точки зору розпад пар 2г>-вйхор1в, народ-:+.«них герм]чш4м шляхом, заборонений через додаткове притя-гання джозефеон1вського походження м1ж вихорами у napi. lie начебто св1дчмть про заборону резистивно! поведХнки на кшталт БКТ, бо умовою останньо! е розпад пар. Однак в!домо, що й сама м!жшарова джозефсон!вська взаемод!я зменшуеться у ггрисутност! 2Г)-вихор!в, як в!льних, так i зв'язаних у пори. ЯкХсний та чисельний анал!з самоузгоджених нел!н1йних р1в-нянь, що описують згадане перенормування м!жшарових зв'яз-к!в, виявляе 1снування критичного струму (ларалельного до шар!в), виде якого в!дбуваеться лавинна генерац!я в!льних 2п>-вихор!в разом з подавлениям мХжшарового зв'язку (61.

При низьких температурах цей струм зб!гаеться з ран1ше в!домим критичним струмом, характерним для шаруватих систем.

Однак, при зростанн! температури в!дбуваеться подавления цього струму, пропорц1Яного сил! м1жшарового зв'язку, зав-дяки накопичекшо пов'язаних у пари зо-вихор!в. Знайдений чи-сельно критичний струм мае тенденц1ю до зникнення б!ля температуры ткт БКТ-переходу поодинокого шару, що е у згод1 з !деею про поте подавления м1жшарового зв'язку терм!чними флуктуац!ями у шсокотемпературн!й облает!.

АналХз нел!н1йних вольт-амперных характеристик (ВАХ) сильно ор!ентованих еп!такс1альних пл!вок сполуки увасио шивляе дв! облает! в1дм1нно! степенево! повед!нки ВАХ -кваз!двовим1рного типу (при високих вим!рювальних струмах) 1 тривим!ршг'0 типу (при низьких струмах). Критичний струм кросовера, що в!докремлюе облает! р!зно! резистивно! пове-д!нки но] демонструе схож1сть за порядком величина та як!с-ною залежн!стю в!д температури 1з знайденим" теоретично стру-мом розчеплення НП шющин 16].

1ншу можлив!сть спостереження фази з флуктуацШим роз-чепленням НП шар1в надае досл!дження монокриетал1чних зраз-к!в сполуки 1-2-3 1з зм!нним кисневим 1ндексом х [5,9,201. При пониженн! зм!сту кисня ан!зотроп1я таких сполук зростае експоненц!ально, досягаючи значень типових для ВТНП сполук на осное! в1 1 т1 або ж НП надграток. На сполуках ссша^си^ з х-6.56 и х=б.до був спостережений такий НП стан кристал!в, коли у НП шющинах може прот1кати бездисипативний струм, а у нанрямку, перпендикулярному до шар!в, НП зв'язок в1дсутн!й. При цьому в1дгук системи на зовн1ше поле, перпендикулярне до шар!в, виявляеться д!амагн1тним, а на поле, паралельне до шар1в - парамагнХтшм нав1ть при найнижчих вимирювальних' полях у к!лька в!дсотк!в ерстеда. В1дзначимо, що на в!дм!ну

в1д НП надграток, де кроеовер до 2о повед!лки досягаеться

значним Шдвищенням м!жшарово! в!дстан!,у вшадку сава^си^

- вона - лшаеться- блнзькою-до - м1жатомних в!дстакей~ у" всьому ~ 1нтервал! значень х. Це дозволяв !нтеряретац!ю спосгережено-го явища розчеплення НП площин на в1дстан! а « як такого, що мае флуктуаЩйне походження у згод! з як!сною картиною, ошоаною ввде. Досл!даешя ВАХ зразка з х^б.г>г> та флуктуа-ц1йних "хвост!в" д!амагн1тно1 сприйяятливост! х при высоких температурах £5.г>] п1дтверджуе наявн!.сть рис переходу БКТ в у ц!й систем!.

Наявн!сть терм1чних 2о-вихор!в (в!льних та пов'язаних у пари) у внутр!шн!х шарах ВТНП та надграток зумовлюе спедаф1-чн1 транспорта! властивост1 таких систем. Якщо для звичайних Зэ НП типовим е дом1нуючий конвективный вне сок у теплопро-в!дн!сть у зм!шаному стан! за рахунок дрейфу Зо вихор!в Абрикосова, що створюються зовн!шн!м магштним полем, то у ква-з!двовкм!рних шаруватих НП аналог!чний конвективный внесок може з'являтисн 1 у в!дсутиост! зовн!шнъого поля. Градиент температури вздовж шар!в сиричиняе дрейф 2о-вахор1в та 1х пар, то призводить до аналог 1чно1'0 переносу транспортыо! ен-тропП. Це зумовлюе залежний в!д температури внесок у тепло-цров!дй!сть система, що мае (разом з числом вихор!в) п!к по-близу температури ткт [7,8], який досягае величини

л к бр гв О , 2 ,

ее тг е ^ > К

о

де кее и рп- электронна теплопров1дн!сть та оп!р в!дпов!дно

у нормальному стан! при тсо, р = 1 + г, зо - питома транс-

портна ентроп!я ."ш-вихора, характерний оп!р яо= Н1в2 = 4.1

кОм, k - стала Больцмана. Параметр гс = 1-ткт''тсо У високо-анхзотропних ВТНП на основ! в! та ti дор!внюе 4 ю-2, а у синтетичних надгратках досягае значения i, : що робить ефект особливо 1стотним у останньому вшадку. На в1дм!ну в!д в1до-мого п1ку тешюаров1дност1 у ВТНП, розташованого у облает! т = тсо/2, якому нер1дко прилисують фононне походження, кваз!-двом1рна вихрова особлив1сть е залежною вХд транспортного струму (будь-якого напрямку), що тече вздовж шар1в 1 впливае на число 2п вихор!в, ! у такий спос!б може бути !дентиф!ко-нана.

ЗдШснення БКТ-переходу у НП шарах может бути також безпосередньо ипостережено i при вим!рюваннях на струм!,перпендикулярному шарам. У присутност! слабкого (але б!льшого за в1диов1лне шжче критичне поле » ) магнХтного поля, па-ралельного до шар!в, формуеться р1дка гратка вихор!в джозеф-ooHlBCbKoro типу. Прикладення струму, перпендикулярного до шар1в, викликае рух гратки вздовж шар!в. П!д час цього руху вихор! гратки поляризують газ флуктуац1йно-утворених вихро-вих петель (пар вихор!в). Намагн!чування 1;дальша релакса-ц!я останнього призводять до необоротнього розс!яння енергИ ! вмявляються причиною додатовоИ "магн1тно!" в'язкост1 руху вихор1в, паралельних до шар1в 48]. Цей внесок у в'язкЮть теж мае nik близько ткт 1 може бути використаний для 1ден-тиф!кац!1 БКТ-переходу у НП шарах.

У четвертой глав! вир1шена точно у лондон!вському набли-женн! проблема проникнення власного магн!тного поля транспортного струму у струмонесучий НП цил!ндр дов!льного рад1у-са R [14]. Знайдена магн!тна структура вихрового к!льця вла-

оного поля струму, 1 збудований потенц1эл Пббса системи з урахуванням роботи,зд!йснено! джерелом транспортного струму. - Критичною -умовою для входжешя~к!льцевого вихора з поверхн! зразка е зникнення крайового бар'еру для ироникнення поля.

Виявилося, що критична густота струму на поверхн!, за якою в!дбуваеться дроникнення першого вихора у эразок. неза-лежно в!д иого д!эметру дор!внюе лондон!вському критичному значению jt = сн^д^х, де но - термодинам!чне критичне поле. При чьему поле на иовс|<хн1 зрезк1в великого диаметру дор!в-нюе и.., Таким чином, для макроскоп!чних зразк!в ПП it роду я Шальною иоверхнею виявляеться д1ючим правило С!льсб1. що ¿iyjjo сформульоване, як в!домо, для ПП I роду.

Для зразк!в НП и роду, тонких у масштаб1 глибини ироникнення магн!тнс-1'о поля вир!шальним фактором резистивно! повед!кки стае цваемод1я мах'н1тних ¡г-ихор!в « иоверхнет зрачка. Д1ЙСНО, процес виникнення резистивност! у реальних ui'py-м-.нвсучйх 1111 и роду виявляеться Iototho залежним ыд 'Хх поперечник розм!р!в. У макроекоШчних НП дротах з г-' \ при лоелгнемн! на поверхн1 критично! густоте струму ! и(. 'Д^х та ышсного мй1 hi'i'aoro поля и шлрина крайового бар'ера р1зко зменшуетьея по значень порядку х- При цьому вихори мо-л-у'Хо промикати у ПП на дефектах поверхн! розмТру 6 а X. ми-наючи крайовий бар'ер. Таким чином, величини зС1 ! н мають значения критичних параметр!в для дефектного мехзн!зму ироникнення поля.

У рвз1 тонких зразк!в залежн!стъ ширини крайового бартеру в!д струму не м1стить н!яких характерних значень струму кр1м що мае порядок критичного струму розпарування ю9 A/cmz. Дефектний механ!зм входження вихор!в виявляеться у

цьому ьшаму неефективним, 1 тому на тонких (меньше х) зра-зках НП п роду сл1д чекати спостереження найвшцих значень критичного струму.

Запропонований спос1б спостереження магн1тних вихрових к!лець за сплеском релаксац1йно! е.д.с. п1сля пропускания сильного Хмлульсу транспортного струму. Для цього вир!шене точно нел!н1йне р!вняння в'язкого руху 1нертного колапсуючо-]'0 ьихрового к1лыдя, що було закину те 1тульсом струму через крайовий бар"ер [12].

Вперше вирЛшена точно в лондон!вському наближенн1 проблема входження вихор!в у струмонесучий цил!ндр НП тт роду, влаштований у зовн1шньому подовжньому магн1тному пол! н !'з, 16,17]. Знайдена структура спГрального магнХтного вихора 1 обчисленэ його енерг1я Пббса з урахуванням роботи, зд1йс-нено'1 даерелами зовн1шнього поля та транспортного струму. Визначен! аараметри оптимального гвинтового вихора, для нко-го крайовий бар'ер виявляеться найменшим 1 який, таким чином, першим вв1йде у зразок. Знайдений залежний в!д зовнХш-нього поля критичний струм входження сп1ральних вихор!в .) с.' н), за якого зникае крайовий бар'ер.

Знайдена залежнХсть визначае ел!птичну область бездиси-гштивного стану 1деального НП и роду у координатах струм-поле. НайбХльш наочними е умови початку дисипацП у терм!нах гласного ноля струму I на поверхн1 » = 21/си:

(у н)2 * (Н^х,)2 = н* , (8)

де залежний в!д розм1ру множник V = г а /1о(и/х^. а 1п -модифХкован! функцП Бесселя. Зважаючи на те, що при л •>>&. члени у л!в1й частил! р!вняння (8) групуються у квадрат пов-

ног'о ма1'н1тного поля на поверхн! нгс = н* * н2, можно бачити, що для !деальних макроскои1чних зразк!в умовою бездиеипатив-но1"Повед1нки"е'~р1шяння~н = м(.. Для реальнмх зразк1в з дефектною поверхнею зам!сть нс у р!вняян1 (8) постаб при 5 < >

^с^Х'б'- а при (с, х - н Таким чином, знайдене пряме

удагальнення правила с!льсб1 но випадок Ш п роду, що м!с-1уЛ'ься у зовнХшньсму мах'нХтному иол1. прикладеному паралель-до транспортного серуму. Обчисльний критичний струм л1восгогрально! несгШкост! вихора подовжнього зовн [шнього поля з урахуьзянлм ьдегэд-лП з поверхнею !' 7 ]

^ I / ^ ( о)

'1п - Л. /ягг'н/ф(] - 1 <*хр(к/2>)

шо вияьляе область абсолютно! нест!йкост! вихор!в п фГ) нк"'. Визначен! умоьи реал1зац!1 нестэцХонарних цикл]чних дисипа-тивких режим1в, ран!ше сшеторежених у експеримент!, у лких мають м1сие оициляцП подовжнього магн!тного моменту та е.д.с. Дисипативн! цикли формуються у надкритичвШ облает! струм 1в з J; '!-'). зс (ю завдяки процесу входкешя у НП пра-восп!ральних вихор1в, Чх зб!ганню 1 подальшому виходу 1з зрэзка нест!йких л!восп1ральних вихор1в, обо завдяки б!льш складному сценар!ю, що залучае дв! чи б1льше вихрових сп1ра-л1. Як 1 у в!дсутност! магн1тного поля, у цьому випадку характер^ струш, що ьмзнэчають бездасипэтивну область на д!-аграм! струм-поле, мають порядок зГ1 для реальних макроско-п!чних НП дрот!в та для тонких низьковим!рних НП.

У п'ят!й глав! показано, що на в!дм1ну в1д макроскоп1ч-них НП зразк!в, де сп!ральна нест!йк!сть поодинокого вихора

в!дбуваеться лише при експоненц1ально великих струмах (8), у шзьковт1ршх НП ией ефект виявляеться сюаърежуватм 1 радикально вшшвае на резистивну повед!нку у широк!й облает! пол1в. Особливо значним цей ефект поста е у Ш пл!вках, де характера! струми сп!ралъно1 нест1йкост1 пор!внюються з кри-тичними струмами, що зумовлен! п!н!нгом та крайовим (геоме-тричним) бар'ером. Проте, у низьковим!рному випадку необх1д-ним е коректне врахування впливу поверхн! на ст!йк!сть вих-рових конфхгурашй.

У робот! шерше розглянута с.т1йк!сть подовжнХх магн!т-них вихор!в у струмонесуч!й пл!вц1 НП и роду вХднооно л!во-си!ральних збурень. У лондонХвському наближенн! знайдене точне рХшекня для сп1рального вихора у НП пластин! довХльноХ товшни та обчислена енергХя ГХббса системи ил. Показано, що за досить великих транспортних струмХв вихори подовжнього поля стаоть нестХйкими в!дносно трансформацп у певну 1 ву спХраль з подальшим виходом Хз зразка. Критичний итрум не-СТ1ЙК0СТ1 ТОНКО'1 ПЛХвкИ ТОВШИНИ <-1 - х ! ширини и > : (! дор!в-нюе

Т. = -Й^-Н /(Н-Н,)/2Н_ , (10)

1п -X С1 '.1 с 1

де характерне поле на = ф^'г^а2 - (ф/ях2)1п(ХЛ:П близьке за значениям до поля проникнення вихора, паралельного до поверхн!, у пластину товщины Легко бачити, що вже не е ек-спонеадХально великим 1 порХвнюеться з критичними струмами порядку ос ю6 АХсм2,що спостерХгаються на НП плХвках високо! якостХ.

Як ! у випадку тонких дротХв НП и роду у деякХЙ облает! полХв X струмХв можлива циклХчна дисипативна поведХнка

НП пл!вок, пов'язана з входзкенням та нест!йк1стю 1ндив1дуа-льних сп1ралъних вихрових конф!гурац1й.

У Зак1нченн1 надано перел1к та стислу характеристику найважлив1ших результатХв дисертацП.

У Додатках А1-А4 доведен! деяк! загальн! формули для отчисления в!льно! енерг11 вихор1в дов!льно'! конф1гурацП у НП цил1ндр1 та пластин! та знайден! вирази для ене.рг11 кваз!-двовим1рного, к1льцевого 1 еп!рального вихор!в. У додатках В1-В2 об'шслюеться роз;юд1л у...,; арного и^оку у ¿-^аз м!рному 1 к!лыдевому ьахорах.

За результатами досл1даення сформульован1

0СН0ВН1 ПОЛОЖЕНИЯ. ЯК1 БИНЕСЕНО НА ЗАХИСТ

I.У внутр1шн1х шарах надпров1дних надграток з всХлякими ...пХввХдношеннями характерних товщин та глибини проникнення магнитного поля можуть реал!зуватися квазХдвовимХрнХ магн1т-н! вихори, що несуть неквантований магнХтний пот!к 1 логари-фмХчно взаемодХють на вс!х в1дстанях.

З.ТермХчне створения кваз1двовим!рних вихор!в у внутрХ-шн!х шарах високоан!зотропних ВТНП призводить до флуктуацХй-ного подавления джозеФсон!вських зв'язк!в м1ж надггровХдними шарами вище температури переходу Березинського-Костерлиця-Таулесса поодинокого НП шару.

3.3д1йснення переходу Березинського-Костерлиця-Таулесса у шаруват!й систем1 мае виявитися у вигляд1 п1ку теплопро-вХдност! вздовж шар!в, зумовленого конвекц!ею флуктуац!йних

кваз1двовим1рних вихор1в у в1дсутност1 зовн!шнього поля, та у вш'ляд1 п!ку в'язкост! для вихор1в поля , паралельного до шар!в.

4.Установления резистивного стану у струмонесучих над-аровхдниках тх роду в зовн1шьому подовжньому магн!тному ио-м1 (в тому числ1 нумьовому) в!дбуваеться за узагальненш правилом С1льсб1: nepmi сп1ральн! (к1льцев1) вихори входять у зразок при дося1'неня1 повним магн1тним полем на поверхн! зпачення термодинам1чного критичного поля.

5.Через неефективнХсть дефектного механХзму влодження вихор1в у тонк! надцровХдняки лооягнения найвитил зтчтъ критичного ОТруму г5ЛИЗьКлХ СТруМу [ЮЗаарУ ЬОННЯ i:..nU\ ¡'И на дротах з поперечником порядка глибмкй проникнення магнат-HOI'O поля.

6.В щирокХй облает! значень транспортного струму та зовн1шнього MaraiTHoro поля, паралельново до цтруму, резке-чиьнь повед1нка тонких надпровХдьих дротХв та шИвок визна-чаеться л1восп!ральною нест1йк1стю ХндивХдуальних магн!тних вихор1в зовнХшвого поля, а у надкритичя1й облает! мають ре-ал1зуватися циклХчн! дисипативн! режими з оециляцХями шдов-.шього магнхтного моменту та напруження.

ПУБЛ1КАЦ11 ЗА МАТЕР1АЛАМИ ДИСЕРТАЦИ

з. Белевцов Л.В., Гененко Ю.А.«Иванченко Ю.Ы., Медведев Ю.В. Конфигурация внутреннег'о вихря в ВТСП // Физ.низк.темп,-

1991- Т . 17 , N 10,С.1239-1243 2. Ivanchenko Yu.М.,Belevtsov 1..V.,Genenko Yu.A. and Medve-dev Yu.V. Squeezed vortex in layered superconductor //

Physica С -1492- v.193, N 1-3, p.291-302

Гененко Ю.Л. .Медведев Ю.В. Проникновеше магнитного поля

"В"слоистую сверхпроводящую"среду "//" Сверхпроводимость-

1932- Т. Г., I, с. 4FJ-4 9

4. Гененко Ю.Л. Квазидвумерный магнитный вихрь в слоистой сверхпроводящей структуре // Сверхпроюдимость-1992-т.5, N 8, с.1402-1408

5. Асадов А.К., Гененко Ю.Л., Левченко Г.Г.. Маркович в.А., М*<льед«Б Ю.В., Фита й.М. .Пащенко л.в. Крогоэтвер диймйг-нитного поведения монокристаллов <мпдгио 1(рй Ь'-.лял кислородного индекса ' Свьрхироводшлос.1,& - 19?2 - г.г-,

к 9, 0.1(32,9-1636 ■ '■ Genenko Yu.A. ,Medvedev Yu.V. Suppression of the critical i-urrent in highly aritsotroptr layered ре r con rl v i ,'; riiys.l <>l I .A - 1992- v. 167, \" 4, p.4J7-.ru

7. Гененко Ю. А. .медьедеь ю.в. Конвективная •^.'июириьодность слоистых высокотемпературных иверхироводкнксв ' ' Пж-ьми

В ЖЭТФ- 1 4 ■"- - Г . 5 5 , вып . 7 , (J. jn 1 -¿84 Я. с;«'К'пко V; 1. А . , М р с) \ г d е v Yu. V. f 1 ис t uat .1 on i,efb«nii:i!i of 4ien;u.l ч о nrJu с t j о r. ; ri i. t rornj l у an i .-.o 11 op i lr.yii--T,. „уь-i.'Bw rryo.jcnicK- 1992— v.32 - S373-S378 r). V.srlov A . К . , Г„-'пнпко Yu.A.,Levchonko G . G. , Мл г ко v i i. h V . A . , Medvedev Yu.V,Fita I.M.,Pashchenko A.V. Controllable dimensional crossover of magnetic behavior in sinqle crystal CdB.iCuO with variable oxygen contents // Physica С -1993- v.206, N 1-3, p-119-126 10. Mtkheenko P.N.,Genenko Yu.A.,Medvedev Yu.V.,Usoskin A.I., Chukanova I.N. Current-induced decoupling of superconducting planes in oriented YBaCuO thick films // Physica

С- 1993- v.212, N 1-3, p.332-338

11. Гененко Ю.Л..Медведев Ю.В.,Шустер Г.В. Соотношение ток-фаза в слоистых купратах и Письма в ЮТФ - I993-T.57, вып.9, с.705-707

12. Genenko Yu.A. Relaxation of magnetic vortex rings In superconducting cylinder: t;o]ue universal feat urns ' Thy >: i r-a С - 1493 - v.215, N 3-4, p.343-350

i з. Гененко Ю.А. Вихревой геликоид в сверхпроводящем цилиндре в продольном магнитном поле // Письма в ЖОТФ - 1994 -

Т.59, ВЫП.П, С. 807-01 1

14. Пепепко Yu.A. Magnetic 1 f - Г i е ! d <nt"ry in I о i - .яг r i t -га г г s l ritj lv[M'-TT ь-11 (L) <=■ r < ■ i и i - i i: i 1 or ' Phys-.R..-v.R-1994-v .49, 4 9, p. б950-Г>958

15. Genenko Yu.A. Helical magnetic vortex .in а type-TI super с onduct or: an ftxacf solution of ,w edge barrier problem /./ Physica С -1994- v. 235-240, p. 2704-2710

16. Genenko Yu.A. IlelU.oidal magnetic vortex in current-car-rylng r.upyrconductor in a longitudinal magnetic field: Sew e\act solution // J.Appl.Thys.- 1994-v.76-N 10,p.7144

17. Genenko Yu.A. Magnetic- at? 1 f - f iel d entry into a current-carrying type-TT superconductor. II. Hp I leal vortices in a longitudinal magnetic field // Phys.Rev.B- 1995- v.51, N 6, p.3686-3695

is. Гененко Ю.А.,Криворучко B.H., Медведев Ю.В. Особенности диссипативных свойств квазидвумерных сверхпроводников в области интенсивных флуктуации фазы параметра порядка // Физ.низк.темп. - 1995 - т.21, вып.4, с.456-458

if. Гененко Ю.А.,Снежко А.В. Экранирующие свойства слоистой среды из пирловских сверхпроводящих пленок // Физ.тверд.

тела - 1995 - т.37, вып.5, с.1545-1547

20. fienenko Yu.А.,Levchenkо G . G . ,Varyukhin V.N. Influence of _i;iagnetic_ field-on. AC — susceptlbil i tv- of— Gr)Ba2Cii30(fi + §)--------------------

'.-;inqle crystals ' ' rhyslra В - 1995 - 211, p. 257-259

21. Гененко Ю.А. Спиральная неустойчивость продольного маг-ri^TLioi'O вихря в тонкой токонесущей пленке сверхпроводника ' Письма ь ГОТФ - 1995- T.G2, ьып.5, o.4II-4IG

Genenko Yu.A. Magnetic Flux Structures and Transport Properties of Low-Dimensional Type-II Superconductors.

Thesis for a degree of Doktor Fiziko-Matematychnykh Nauk in the field of superconductivity, subject classif ir-ation code 01.04.22; Institute of Metal Physics. Kiev, 1995. 21 publications in scientific journals: are maintained. The results nf thooret 1 с-гЛ treatment of transport properties of 1ow-dimensional and layered-structure type IT superconductor?; are presented that follows from specifj< properties of ¡¡taarit-fc i c: vortices in these systems. Exact solutions for quas i-two-dtmensiona 1 , ring an<j heli> vortices are found for the first. tii;ie. Ntiw effects are predicted in the behavior of critical currents, in the heat conductar.ee .-,n«1 viscosity of vortex uctioii. Tin- ¡.iv.Mwsi;. of i ur rent self-field fr.t i'i' ,t;ui helical instability in sup'-rconduct iriy cylinders and plates <ar« solved th.it. allows to present a diagraiii of resistive behavior in external field parallel to transport cui-rent..

Гененко Ю.А. Структуры магнитного потока и транспортные свойства низкоразмерных сверхпроводников тт рода.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.22 -сверхпроводимость, Институт металлофизики, Киев, 1ЭЭ5.

Защищается 21 научная работа,которые содержат результаты теоретического исследования транспортных свойств низкоразмерных и слоистых сверхпроводников и рода, вытекающих из специфических свойств магнитных вихрей в этих системах.Впервые найден ряд точных решений для квазидвумерных,кольцевых и спиральных вихрей. Предсказаны новые эффекты в поведении критического тока, в теплопроводности и вязкости движения вихрей. Решены проблемы вхождения поля (включая собственное поле тока) в токонесущие сверхпроводники и спиральной нестабильности магнитного потока в сверхпроводящих цилиндре и пластине, что позволило построить диаграмму резистивного поведения во внешнем поле, параллельном транспортному току.

Ключевые слова: Критический ток, вихрь, поверхность.