Влияние редкой земли на сверхпроводящие и нормальные свойства допированных купратов типа REBa2Cu3O7-y (RE=Y редкая земля) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

со

На ирлпах рукопиш

КОЧЕТКОВ ВАДИМ НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ РЕДКОЙ ЗЕМЛИ ИД .СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ II НОРМАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДОПИРОВАГШЫХ КУПРАТОВ ТИПА ПЕПл-.СнзЪ-у (ПЕ=У. РЕДКАЯ ЗЕМЛЯ).

01.01.07 — фи шка тпсрдот тела

АВТОРЕФЕРАТ.. диссертации на соискание учено!! сгспспн ; кандидата фпчико - математических наук.

ТРОИЦК.— 19СЗ

1'аии 1.1 иыни. ни;иа и ¡Писчп IV м' фнчпкп иыпжнх дав.к'1шП РАН.

: -.Пну.'шый. руконциисли:

; •(^ф1Ш1|}и11>ПЫ(М)1!Ни11С1П'Ы:

камдпда! фпч.-мат. наук, ci.ii.с. ПарожниП О.II.

доктор фпч.-маг. паук, ст.н.с. ШамраП В.Ф.

капдид/л фпч.-мат. паук, ст.н.с. Тим(н|х'('|| К).А.

, г Вздутая .иргаипчашш^ФпчнчсскнП факультет Москонскш о госу-1 -даре пкчша! ():у1ПШ1'р(Чги;1а.

;л'чк(!Ш11;ы111'!.ши11 >>..^.^^....19981.ч, II -часе»» на .часс-

■ .¡«кши^ани'Ч'рьпмишшм'и сипота 1ч1003.82.01 .при Ппгшгутс фи шки ..ишдо&ихдаил<чшН 1?АИ но адресу; 112092. г.Тронцк Моокопской оГ>.т.

. ' С.,.т и:;н.Iи)IгЛ .м']I(> и'шлкояи:! ы:;.ы> сшшшом.'ке ПФВД 1 'А 11

^Лишреф.ера!. раЧ1Н71.Ш

■: Х'11;ЛЫЙ;1!(.ч;|1счар1. икс.'р I нмониш < I (чц;па.

..К(Ции!>!а 1 <1>ич.-.ма|. на\ к " "4^1 г!111! 1 к;I( М.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ili'CMoipn ¡ta то.что с момент откры-тш1 высокотемпературно!) сверхпроводимости (ВТСП) прошло По. ie;> десяти .км. в настоящее время пег общепринятoil точки чрення на механизм -яши яп.ниип. Одним in направлений в пчучечиш В'ГС'П является исследование влияния замещения раз.шмиых атомов исходной матрицы сверхпроводника па его физические свойства. Особы!) пптерсс при чтом представляет сравнительное изучение замещений атомов а различных крислтитлическнх позициях.

Если замещение производится па])амагпнтш>1ми атомами, то последние могу т дополнительно влиять ua сверхпроводимость посредством взаимодействия их магнитных моментов со спинами злектро-HOI1 проводимости. При этом д;ике небольшое количество парамаг-ннтных примесей обычно полностью подавляет сверхпроводимость. Исходя из чюго. можно было ожидать, что и и ВТСП постепенное замощение парамагнитными атомами (например атомами 4/ и 3d металле») должно приводить к быстрому понижению температуры сверхпроводящего перехода Тс. Однако в случае ВТСП-оказалось, что, например, чамещепие Y на редкие земли п сверхпроводящем соединении YBa^Ci^O-.y практически не влияет на Тс пне зависимости от тина редкой земли, причем при низких температурах (Г ~ 1 К) наблюдается сосуществование сверхпроводимости и дальнего апти-ферромагшгпюго по])ядка в редкоземельной подрешетке (ранее подобное поведение наблюдалось для редкоземельных фаз Шепреля и тройных родиевых боридоа). Получаемые при этом сверхпроводящие соединения Л£Ва;;Снз07_у (ЛЕ = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dv, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) образуют орторомбическую кристаллическую структуру и имеют весьма близкие свойства не только » сверхпроводящем, но и в нормальном состоянии. Единственным исключением является соединение РгВа2Сиз07_у, которое также имеет орторомбическую структуру, но является полупроводником без перехода в сверхпроводящее состояние. Для объяснения аномального поведения соединения PrBa2Cuj07_y' был предложен ряд моделей, см. обзор1. Однако до последнего времени причины отсутствия сверхпроводимости и этом соединении до конца неясны. К сказанному добавим, что ча-

Ч1.В Hadousky, j. Mater. Res., 7 (1902) 1917.

стнчиое замещение V на Рг и системе Yi_xPrxBa-,>Cu3C)7_y приводит к постепенному понижению Тс и к исчезновению сверхпроводимости при .г ä O.G.

Другим возможным типом замещения и системе ПЕВа^СизС^-у является -замещение меди 3</ металлами. При -зтом необходимо иметь и ии,\у, что и этих соединениях медь занимает дне различные кристаллографические позиции: в плоскостях СиО^ и цепочках СиО. Частичное -замещение меди а обеих кристаллических позициях 3<1 метилами и системе \'Ваа(Си1_хЛ/ех)з07_у, так же, как и и случае замещения Y на Рг, приводит к постепенному понижению Тс.

Незадолго перед началом выполнения настоящей работы было .обнаружено, что допирование и системах на основе Gd (Gdi_xPrxßajCu;)07_y2 и GclBa2(Cui_xA/cx)307_y3} значительно сильнее влияет на сверхпроводящие свойства, чем и соответствующих системах иа основе Y.

Цели и основные задачи работы. Представляло интерес изучение Зонированных систем тина ЛЕБагСизОу-у, основанных на широком ряде редких земель, определение влияния тина редкой земли на свойства таких систем, а также выяснение механизма этого влияния.

• Напоящая работа в основном посвящена систематическому экспериментальному исследованию параметров кристаллической структуры, сверхпроводящих и нормальных свойств в широком интервале температур (I.G -г 300 К) и магнитных нолей (до 150 кОе) для допиросапних систем yfEi_xPrxBajCn;tC)7_y и /?£Ba2(Cu,_,Air,)j07-> (RE = Y. Nil, Sin. En. Gel, Dy, Ho. Er. Tin; AI с = Ni, Fe). Атомы никеля и железа замещаю! медь н различных кристаллографических позициях: в плоскостях СиО,. и цепочках СиО соответственно,чем п был обусловлен их выбор. Таким образом,'исследовались соединения Л£Ва2Си3С)7-у с замещением атомов в трех различных кристаллографических п.мициях. Приведено также изучение транспортных свойств ряда соединений, принадлежащих к недавно открьиым сверхпроводящим ре,(коземельным борокарбпдам JRENi-jRjC,n их сравнение с данными д. ih BICH.

Для достижения поставленной не. ш необходимо было решит1. ряд

'B.H.Hflрожный. Ь' II Х.чиш,к СФХ1 Г, О'1'.'-'!

3H.SIiiiiii/u, ,1 .1 /., I'livMCii с 1!>С I lü'.rj) :;■„".>.

задач:

1. Отработать методику приготовления однородных одно-' фазных доннронанных образцов систем ЛЕл-цРгцВа-гСизОт-у и /?£Г13а2(Си|_х.1/« х)зОг_у, дающую достаточно хорошо воспроизподн-мыс результаты. Определить параметры кристаллической решетки, фазовый cocía», а также содержание кислорода в них.

2. Построить и автоматизировать установку для нропедеиня измерений члектросопротнмления и интервале температур 4.2 4- 300 К .

3. Отработать методику измерения эффекта Холла н широкой интервале температур (l.G-f-ЗОО К) и магнитных поле)! (до 150 Юс).

•Í. Определить ».зияние тина редкий -земли исходно!! матрицы на •люйстпа допироканпых систем с различными тинами замещения и пины raí ься выяснить механизм зчого влияния.

Г». Изучить плпяпие гидростатического давления па члектросоиро-ллнленпе монокрпстнллои УВа^СизОг-у.

t¡. Изучи п. чффект Холла для бо]юкарбида YNi^D-jC и сравнить нголучеппые результаты с ана.чогпчпыми данными для ВТС'П.

¡Научная новизна. Обнаружена отчетливая зависимость своИстп

• (птир/мшнных систем ЛЕ^РгцВлгСчзОг-у н

\ií¡E Y, редкая земля; M'v — Ni, Fe) от типа иона RE** исходной матрицы (как известно, сверхпроводящие и нормальные своИ-.<i*na чистых соединении /?EBa2CujOj_y на основе различных ред-гкпх дачаель iieci.Ma слабо чувствительны к тину нона ПЕ^).

Установлена ярко выраженная монотонная зависимость ¡a;n»;meipa \0Тс/дх\ для систем /?Е| _ х Р гх В а;> Си л О 7 _у и И!тя-ЛСщ-ч.\Ьх)-лОТ-> от iic.uiv.uhи чинного раОиуса иона RE3i~ ,«исходно!! мафпны. При -лом не наблюдалась какая-либо корреляция параметра \0Тг/0х\ с величиной локализованного магнитно!« момепы па ионе ИЕ'и. Предложена модель, связывающая описываемый >ффгк г с усилением неупорядоченности и вызнанным ни •!(])фек1ом локализации в спечемах на основе HE'i+ с большими ионными радиус ами.

Обнаружено «л'пвчт венное раз.'шчпе формы резне чинных сверхпроводящих переходов д.чя раеемаiрпваемых систем с замещением меди пике [ем п же. ¡г шм. В го время как в нервом случае сверхпроводящий иерехпч. уширяясь, в целом сохраняет свою форму; х::рак-|ерн\ю д.чя ВТСП. м < чу чае лее замещения меди железом большая

часть перехода имеет отрицательную критику. Такое поведение связано с иерерасп])еде.те]шем электрическою тока меж,ту плоско-сгями и цепочками. Более ярко описываемый эффект проявляется D маппптюм ноле.

Изучена температурная зависимость электросопротивления монокристаллов УВа2Сиз()7_у и направлении. параллельном нлоско-стн ab, при гидростатическом давлении до 8 kbar (в качестве среды, передающей давление, был использован газообразный гелий). Из этих данных была оценена решеточная пост оянная Грюнайчена в рамках прос-ioiimcfi модели Блоха Грюпайзена, оказавшаяся аномально большой, 7 = G.8. что говорит о проблематичности использования этой модели для описания транспортных свойств соединения YBa2Cu307-v.

Изучен эффект Холла для борокарбнда Y.\bB2C. Покачано, что, несмотря на некоторую схожесть структур борокарбидов и неров-скнтоподобных оксидов, свойства этих систем и сверхпроводящем и нормальном состояниях существенно различны. Слабая температурная зависимость коэффициента Холла в YNi-ЛЗ^С, и противоположность ВТСП,свидетельствует о существенном различии механизмов проводимости в нормальном состоянии. Отсутствие же инверсии знака эффекта Холла в смешанном сверхпроводящем состоянии позволяет сделать вывод о том, что динамика вихревой решетки в этих слоистых соединениях также существенно различна.

Практическая значимость работы заключается в определении влияния типа редкой земли исходной матрицы па свойства допи-рованных систем JlFBa-jCujOj-y с различными тинами замещения (RE на Рг и меди на 3d металлы).

На защиту выносятся:

1. Результаты систематического экспериментального исследования сверхпроводящих и нормальных свойств в широком интервале температур (l.C Ч- 300 К) и магнитных полей (до 150 );(>) допиуовапних систем J?£?i_xPrxBa2Cu307-j- и ЛЕВа2(Си1_хД/сх)307-у (RE = Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, IIo, Er, Tra; Me = Ni, Fc).

2. Положение о том, что именно величину ионного радиуса ПЕ'1 7«ог:ко рассматривать как параметр, определяющий свойства дона-розспних систем v.r.ia ii£,BaJCu3()7_y как для случая замещения Рг лозхщ^к ПЕ, так i; елуча;: замещения 3d металла'.!» меди в плоек.)

стях и цепочках.

3. Модель, связывающая укачанный -эффект < усилением неупорядоченности и нычпаиным им чффектом локаличацин и системах на осиоие i?/:;if с большими ионными радиусами.

•I. Анализ результатов изучения темпера'т> риой зависимо:-i и электросопротивления монокрисhi.'I. idii YBa.iCH.jO;.., » паправле-iiiiii, параллельном илискосш <ih. при i идропагическом давлении до 3 kbar. а также зффекта Хо. I. la для борокарбида YXi-jB;>0.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались па 1th International Conference on Mateuais Merliani>ms of High-Temperature SuprT'coiuluctors (MJS — HTSC — IV), Grenoble France, July 5-9, 199-1; International Conference on МадпеПчн (ICM'94), Warsaw, Poland, August 22-20. 1994; XXXII Annual Scientific Meeting of European Ili^b Pressure Research Grouj). Brno, Czech Repu!)lic, August 29 - September 1, 199-1; 30-e Coiieinanne no физике низких температур (1ГГ-30). Дубна. G-S сентября, 1991: International Conference on Molecular and Oxide Superconductors (MOS'9G), Karlsruhe. Germany. August 2-0. 1996; International Conference on Low Temperature Physics (LT-21), Prague, Czceli Republic, August 8-M, 1990; International Conference on f-Elenienis (ICFE3), Paris, France. September 1-1-19. 1997.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано а 9 работах, список которых приведен и копне апгореферета.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, приложения и заключения. Работа изложена на 111 страницах, включая -17 рисунков п библиографию ич 95 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулирована цель и основные задачи работы, а также перечислены новые результаты, полученные автором.

Первая глава носит обзорный характер. В ней затрагивается в основном семь тем.

В первых трех параграфах освещае тся история открытия ВТСП, а также основные направления, по которым сейчас разливается сип-тез новых ВТСП. Затем даете общая характеристика структур!,:

ВТСП па примере Mîa-Cii.}()7_y. Отмечается, что одной из общих Чер 1. llpilcVBilIX всем 13TC1I, является ярко Выраженный CVIOHl-'JJili) характер i■ v структуры. Далее рассматривай)'!ея вопросы взанмо-дейс¡пня < верхи;)!.водящей и магнитной подсвете.м, а также сосуще-(твеваппн сверхпроводимости и магнетизма.

В че I iii'¡аим параграфе ¡рассмат ривается замещение редкими зе-' м.тими позиции V в соединении VBa2Cii;i()7_y. Как оказалось,соединения VBa^Cu.jOj-y, в которых Y полностью замещен редкой землей, являются с-верхтроводяншмп. а для соединений на основе ПЕ с локализованным мапшгным моментом при низких температурах наблюдается сос\ шествование сверхпроводимости и магнитного порядка. Единственным исключением является соединение РгВа^Снз07_у. Для пего наблюдается полупроводниковая зависимость электросопротивлении без признаком сверхпроводимости. Рассматриваются модели, описывающие аномальное поведение PrBa-Cu.j07_y.

В пи юм парнфафе рассматривается другой тип замещения, возможный в YB;!>Cu;j07_j : замещения меди па 3d мета_тль: в система;; УПг.-ДСп1_х.и«.. );t()7-v • Далее д.тя подобной системы на ocucne Gii от-мечнгюя Go.-î«.4- сильное п.тяти' замещения меди железом на ï'e, чем системы ьа основе 1, что и работе'1 связывалось со пзаимодо;.-t-гнием магнитных моментов Gel и Ее. Одна:;«» » -»той работе не лр;;-(.¡¡малоеь во внимание то, что при. переходе or системы на осно::е l к- (hcjvmv iut ui'Huuo Gtl изменяете:! не 'Н':;ы.о мапшттн.ш момент, но

величина ионного радиуса ШС3,\

D пя'сгом параграфе ебсу;:;дается илккмш' читкою гпдро-снп'ического давления са -лтектросонротивлецце счп-днкенля ".'ОагСнзОт-у и близкого к нему YUa-jCti (Os (соединение УВ.-^Сн^О,) отличается о г YBsiaCujO?-,. и;1лнчием двойных (а не одинарных) п. ■<-л,-сетей с цепочками Сн<). расположенных симметрично относительно агома Y). Константа Грмпай ¡еиа для YBajCujO-, оцененная l ¡:г;м<:ах модели Влоха- ГришаАяспа, оказалась аиимлпит больнЫ!,

В седьмом параграф," обсуждается другие редкоземельные соеди-: е;п:я, для которых паи листается сосуществование сверхцро.-однмо-сш и магнетизма, -•- недавно открытые борокарбиты ПESi£ll-,r'. пмеюш.пе, как н ВТСП, слоистый т ип структуры (структура типа

"lUMsubo, (/ "i, 1'lij-s'ic.i С. 19(1 (Ш2) X'».

ТЬСг-^г с дополнительными атомами углерода в плоскости НЕ). Особенность борокарбндов состоит а том, что для них Те и Тд сравнимы но величине, а для соединения ОуЛ^В^С впервые наблюдалось сосуществование сверхпроводимости и магнетизма с 7\> > Тс.

Вторая глава посвящена методам приготовления образцов, анализу их качества, а также методикам измерений.

В начале описывается приготовления образцов. Были синтезированы следующие сепии образцов: /?£|_хРгхВа-,гСиз07_у (0 < .с < 1) с НЕ = У, Тт. Ег, Но, Бу. Сс1, Ей, Бт, N{1 т ЛЕВаДСщ.-,ДГех)з07_у (О < г < 0.15) с ЛЕ = У, Тгп, Но, Ей, Ш; А/е = М, Го. Образцы готовились методом твердофазно!! реакции из соответствующе» смеси порошков ЯЕ2Оз, Рг8Оц, ВаСОз, СпО, N¡0, Те^Оз, пзягых и не-обходнмых пропорциях. Для насыщения образцов кислородом проводился отжиг в потоке Оа при температуре 150°С в течение одного-двух дне!1 с последующим медленным охлаждением также в потоке 02. Ввиду тот, что дальнейший отжиг не приводил к изменению величины Т'г, считалось, что концентрация кислорода в образцах была близка к максимальной. Для некоторых серий образной контроль содержания кислорода осуществлялся йодометрнческнм методом.

Качество нолнкрнсталлнческнх образцов ВТСП, их фазовый состав н параметры кристаллической структуры контролировалось методом рентгеновской дифракции на дифрактомгтрах Се^бегАех и ШШ-0 (излучение Сик„, А = 1.541А). Все исследуемые образцы ВТСП были практически однофазными с незначительным количество : побочных фаз лишь при концентрации Ме х, близкой к 0.15.

Затем описывается методика измерения электросопротивления и эффекта Холла. Описывается также методика измерения температурной зависимости электросопротивления под гидростатическом давлением до 8 кЬаг, при использовании гелия в качестве передающей давление среды.

В третьей главе содержатся результаты изучения сверхпроводящих и нормальных свойств систем /1'£,1_хРгхВа2Си307-у на основе различных редких земель (ЯЕ ~ Тт, Ег, Но, У, Ьу, Сс!, Ей, Бт. N<1). ;

В первом параграфе представлены результаты по изучению параметров решетки некоторых систем Я51_хРгхВа2Сиз07_у.

Во втором параграфе приводятся результаты по■ влиянию частич-

ного замещения RE на Рг на температурную зависимость электросопротивления систем RE 1_.xPrxBa2Cu3O7._y. Отмечается, что для всех изучаемых систем замещение НЕ на Рг увеличивает электросопротивление; температурный ход электросопротивления постепенно меняется с металлического на г элунроьодннковый. При этом полупроводниковая зависимость электросопротивления начинает про-' являться npii существенно меньших значениях х дня систем на основе 1ÎE с большими ионными радиусами (необходимо отметить, что кристаллическая структура перовскнтоиодобных оксидов достаточно успешно моделируется в рамках крнсталлохнмпческого подхода, основанного на модели полных радиусов, см. напр.5).

В третьем параграфе описывается влияние указанного замещения па температуру сверхпроводящего перехода. Самое слабое влияние г i Тс наблюдается в системе на основе Тш, который имеет минимальную величину ионного радиуса среди рассматриваемых НЕ, При увеличении концентрации Рг до х — 0.2 % понижается только на несколько градусов, а образцы остаются сверхпроводящими до концентрации Рг х = 0.5. По мере увеличения ионного радиуса паление Тс с увеличением х происходит быстрее. Для систем Gdi-xPrxBa^CuaO?- у и Еи1_хРгхВахСиз07_у, у которых редкие земли имеют близкие ионные радиусы, ио сильно различаются по величинам локализованных магнитных моментов, понижение Тс с увеличением концентрации Рг х примерно одинаково. Самое быстрое понижение Тс наблюдается для системы Xd1_xi>rNBa2Cu^C)7_y. В этом случае ири х — 0.25 Тс = 29 К, а при х = 0.3 сверхпроводимость отсутствует.

В четвертом параграфе систематизируются результаты предыдущих параграфов. На двух частях pue. 1 построены зависимости приведенного электросопротивления от температуры для одних и тех же концентраций Рг (х = 0.1, 0.3), но для систем па основе различных НЕ. По мере увеличения лонного радиуса /ÏJ?3+ (при одноИ г той же концентрации Рг) наблюдается постепенный переход от металлической к полупроводниковой температурной зависимости электросопротивления, а Ус постепенно надает, причем указанные изменения быстрее проходят в случае концентрации Рг х — 0.3.

Скорость подавления сверхпроводимости можно количественно

5Н.К. A I. кдаиский, и др., СФХТ. 2 IliW'J) 81

- и -

fu:.Nd к,

I

HE» .IVojIln.Cu,«,-,

о o[

r.d Or £r Tni

т. к

I'lic. 1: Tcv.!io|i;uypiu.i<' muni umoctu °-<лект|>иси11|ктш.'№нмя дли соединений /¿/•.^-»''•■»"•'гСи^т-у Д-чн коиш'нтрациП ГЧ i — 0.1 (вверху), 0.3 (пишу).

охарактеризовать параметром 0Тс/дх. Величина \дТс/дх\ монотонно записи I or величины иониою радиуса ПЕЛ+ и увеличивается почти и три раза (примерно от 90 К для НЕ — Тш до 230.К для ЛЕ = Nd). Наконец, необходимо подчеркнут!., что какой-либо корреляции параметра \0Тг/дх\ с величиной локатизоваиного магнитного момента на REiJr не наблюдалось.

В четвертой главе приводятся результаты изучения влияния •• частичного замещения меди никелем либо железом да свойства систем /?£Ва..(Си,_хЛ/.х)а()т_,. (liE =-Тт, Но, Y, G<1, Eu, Nd; Me = Xi, Fe).

В нервом параграфе рассматривается влияние указанных замещений на параметры кристаллической структуры.

В« вюром параграфе приводятся результаты изучения тсмне-раг.рных зависимостей приведенного 'электросопротивления для образцов систем ItEBn?(Снi_хЛ/« х ЬОг-где Me = .Xi.!Fe. Делается выпот, что влияние примеси никеля на 'электросопротивление рассматриваемых систем существенно зависит от типа чюна ¡RE3* пехотной Maipinu.i и усиливается с ростом ионного радиуса

При замещении меди железом влияние последнего;на электроаа»-

противление систем па основе всех RE сильнее, чем влияние замещения никелем, причем, подобно случаю никеля, наблюдается увеличение степени влияния па электросопротивление при увеличении ионного радиуса ПЕ2+.

Далее отмечается различие и форме сверхпроводящих переходе)» в системах с никелем и железом. При Me = Ni сверхпроводящий переход, ушпрясь, имеет обычную для ВТСП форму. В то же время при замещении меди железом большая часть перехода имеет отрицательную кривизну.

В третьем параграфе анализируется зависимость температуры сверхпроводящего перехода от концентрации Л/с. При замещении меди никелем для систем с RE — Gd, Ей зависимости Тс от х весьма близки друг к другу и отличаются от аналогичной зависимости для RE — Y примерно вдвое большей скоростью подавления сверхпроводимости. Для систем на основе Nd влияние замещений никелем и железом на Тс значительно сильнее, чем для систем па основе Gd и Ей и тем более Тт. Подобная тенденция наблюдается и в случае замещения меди железом.

В четвертом параграфе обобщаются результаты четвертой главы. На двух частях рис. 2 построены зависимости приведенного электросопротивления от температуры для одной и той же концентрации никеля и железа (з.- = 0.1), но для систем на основе различных RE. По мерс увеличения ионного радиуса REi+ (при одной и той же концентрации никеля и железа) наблюдается постепенный переход от металлической к полупроводниковой температурной зависимости электросопротивления, а Тс постепенно падает, причем указанные изменения быстрее проходят в случае замещения меди железом.

Для количественной'характеристики влияния ионного радиуса RE3+ на сверхпроводимость замещенных систем с никелем и железом была построена зависимость параметра \0Тс/дх\ от величины ионного радиуса RE:U' исходной матрицы для указанных замещений. Величина \дТс/дх\ значительно возрастает с увеличением ионного радиуса редкой земли (примерно в три и четыре раза для Ni и Fe соответственно).

Таким образом влияние частичного замещения меди никелем и железом существенно зависит от нона 1{Ёи исходной матрицы, при этом преимущественное влияние оказывает изменение ионного ради-

г.»

1ШЬ..|<'||„,Ni,,,)/>;.

ч о

■-1

i:KII;\;(i'ii„ аг,\,, i,i):

T, [\

l'iic. 2: 'Гсмиоршуриыс ташкимсн ni ••».•»•ki |нх.чш;нп пилении для соединений /ÍA'Hi. ,(Oiu.«,.»/(„., ьЬг-у.

уса REiJr. a не наличие пли o í су re raiif лок;1личованного магнит ною момента на редкой земле. Учитывая, что. как было покачано ранее, чувствительность свойств систем /»/¿"(-^PrxBajC'u.-jí)7_у к замещению RE на Рг также определяет ионный радиус нона RE,t+ исходной мат]>нцы. величину ионного радиуса REÁ<r можно рассматривать как общин парами тр. определяющий чувствительность соединений y?£Ba-.)Cn:|Ü7_y как к замещению меди 3(/ мета.т.тами (Ni, Fe), так и к замещению редкой земли на Рг.

В пятой глапе анализируются н обсуждаются результаты,полу-чеппые н дпух предыдущих главах.

В первом параграфе говорится, что для понимания влияния величины ионного радиуса нона ПЕЛг на свойства Зонированных систем типа 7?£'Ba-.>Cu;¡07_y необходимо принять во внимание существенно неоднородную деформацию решетки при увеличении ионного радиуса REU~. При этом центральная часть элементарной ячейки расширяется, а периферийная часть сжимается: расстояние между СиОа плоскостями (между которыми находится нон RE3+) увеличивается, а расстояния плоскость СиОо — вершинный кислород

и плоскость CiiO-2 кепочки CuO несколько уменьшаются1'. Весьма веройiпо. что увеличение чувствительности свойств систем типа /ijE'Ba-jCiijOf-.v п|>н различных замещениях (Pr, Ni, Fe) может быть связано с такой неоднородной деформацией элементарной ячейки исходных i?7rßavC'u:(()7_j при изменении НЕ от Tin к Х<1.

Во втором параграфе рассматривается зависимость степени разу-иорядоченпн дониронапних соединений тина /fEBa-jCiiaCh-v от ионного радиуса редкой зем.тп. Одна и та же концентрация замещающих атомов может приводить к более сильному разупорядоченпю в первоначально более сильно деформированной решетке соединения, основанного на ноне REi r с большим ионным радиусом.

В третьем параграфе рассматривается возможная связь ме-ж,ту эффектами разупорядочепия и локализацией в'соединениях i?£"BavCujOj_v с различными тинами замещений. Для всех типов замещений анализ полученных и настоящей работе температурных зависимостей э. юктросопротивлення в рамках нескольких моделей (акткнациошюн щюаалииости. эффекта Кондо п модели проводимости с переменной длиной прыжка (VRH)) показал, что,хотя трудно однозначно отдать предпочтение какой либо конкретной модели, экспериментальные данные в целом лучше описываются моделью YR1I для трехмерного случая, что может рассматриваться как дополнительное указание на существенную роль эффектов локализации н исследуемых системах.

Таким образом, обнаружено, что замещение различными атомами различных позиций в системах /?EBa'>Cu:tC)7_y приводит к весьма близким результатам, что наглядно видно па рис. 3. Естественно предположить поэтому, что различные замещения могут влиять на сверхпроводящие н нормальные свойства этих систем посредством одного и того же или близких по характеру механизмов. Усиление эффектов локализации, вызванное неоднородной деформацией элементарной ячейки н связанным с ним усилением рачуноридочення в соединениях с частичными замещениями UK ua Рг и меди на 3</ металлами на основе RE с большими ионными радиусами. один из возможных механизмов.

В четвергом пара: рафе обсуждаеии упомяну иле ранее особенности форм резистнвных сверхпроводящих переходов для случаев

"м.С.шНашж-. Ii Z. 1*|.у.ч. н. уо t J;s-«> 13.

40<у

и

ч £

еоо

с

нос

VI00 I;

"Г 200

КЕВаЛСи^Л'УзО?-,

^ о

Гш ЧаГ

НКНаг(Си

• ^ ^ •

Т?п Но* С* Ги N4

КЕ1.,!,г.ип=Сча07., а1

«. * "

• „ -

V

ГтЕгНо Пу С.!Еи 5ш N<1 |

, п/а г.и!

«<кк* к а

Рис. 3: Зависимое« параметра дТе/дх от величины ионного ралиуса Л£3+-лля ■ систем Л£|.»Рг,Па2Си30?.у и Л£,Оа2(Си,.,Л^,ЬОг-,.

замещения меди никелем и железом. В случае замещения пнкелем сверхпроводящий переход имеет обычную для В ГСП форму с затягиванием н область низких температур. Части перехода с положительной и отрицательной кривизной сравнимы по температурному интервалу. С другой стороны, в случае замещения железом переход Сказывается значительно шире и большая его чаем, имеет отрицательную кривизну. В случае замещения меди никелем п плоскости СиО-.;,вследствие разунорядочеиия и-вызванными им эффектов локализации.проводимость плоскостей С11О2 надает и электрический ток в основном протекает через цепочки СиО, где флуктуации несущественны и, следовательно, они не влияют на форму перехода. В случае же замещения железом получается обратпая каршна. Проводимость цепочек СиО падает, и электрический ток идет в основном через плоскости Сп02. где, как известно, весьма значительны сверхпроводящие флуктуации, радикально изменяющие форму сверхпро- . водящего перехода.

Шестая глава посвящена изучению влияния высокого гпдрвЕзаь-тнческого давления на температурную зависимость элевироялпдо-

тнвлеиияЧшпокристаллов УВа^СицСЬ-у.

В нервом параграфе приводятся результаты изучения температурной зависимости электросопротивления монокристаллов УВа2СизОг_у от давления и направлении, параллельном плоскости ' ab. При этом ь качестве среды, передающей давление до 8 кбар, был использован газообразный гелий, что позволило получить обратимые изменения электросопротивления под давлением. Показывается, что с увеличением давления уменьшается не.только величина но и наклон .зависимости /?„j(X). Используя зависимости ORabjOT дня температур 175 и 275 К и величину объемной сжимаемости к„ = 0.88 Mbar"1, были оценены величины параметра 0Ы(0Паь/дТ)/д\г, V для температур 175 и 275 К, которые оказалась равными соответственно 13.С н 11.2.

Во втором параграфе отмечено, что линейная зависимость электросопротивления в исследованных образцах типична для металлов, в которых доминирует электронно -фоиоиное рассеяние. В рамках простейшей модели Б л ох а-Гр ю н а йзе на R ~ T/Qjj при Т > в.о/4. Следователи.но, OR/ОТ ~ 1 /B'jj и

: д 1а(д R J ОТ)/д la V = -20 ЫЭп/д la V = 27,

> где 7 — решеточная константа Грюнайзепа. Величина 7, оцененная , Так1Ш способом из ваших данных, аномально велика, 7 = G.8. В то "же время данные но исулругому рагссяшио нейтроноз.. Рамановско->iy рассеянию ц по температурному коэффициенту расширения дают «обычные» величииы 7, близкие к. 2. Такое несоответствие говорит о проблематичности использования модели Блоха-ГрюнаПзеиа для описания транспортных свойств соединения УВагСизОг-у.

В седьмой главе приводятся результаты исследования транспортных, свойств некоторых сверхпроводящих борокарбидоъ jRJETNi-jBjC.

Епервом параграфе предстшшшы результаты изучения температурных, зависимостей электросопротивления к верхних критических далей для борокарбвдрв ЛО'г^В^С (RE = Y, Lit, Tm).

Во втором параграфе рассматривается; магнатосопротнвление доя соединений. ЛЛШ2ЩС {RE — Lu, ¥ЬгТтгНо)-

Изучению эффект Холла, для соединения YNI^B^C посвящсц третий, параграф.. Указывается, что инверсии чпака коэффициента - Холла а смешанеом. сверхпроводящем: состояниихарактерной

- i 7 -

для ВТСП. не наблкукитось. Коэффициент Холла отрицателей п

составляет И,, = —1.1 - КГ11 еш/Ое при Т = -1.2 К и Я = 130 кОе. Холловская плотность носителей наряда, рассчитанная а рамках однотонной моде.тн,слабо зависит от температуры II уменьшается примерно на 5% при увеличении температуры от 1.6 до 300 К.

Далее делается вывод о том, что, несмотря на некоторую схожесть слоистых структур борокарбидов и ВТСП, их свойства а нормальном и сверхпроводящем состояниях существенно различны. Слабая температурная зависимость коэффициента Холла в YNi^BjC, в противоположность ВТСП, говорит о существенном различии механизмов ироподимости для этих типов соединений в нормальном состоянии. Отсутствие как аномального ушнрения сверхпроводящего перехода в магнитном поле, так и инверсии знака эффекта Холла в смешанном сверхпроводящем состоянии позволяет сделать предположение и том, что динамика вихревой решетки в этих соединениях также существенно различна.

П приложении представлены результаты сравнительного изучения поведении электросопротивления а области сверхиро-годятего перехода в магнитных нолях до 120 кОе для систем

■ ! заключении приводятся основные результаты диссертации.

ВЫВОДЫ

• 1. Обнаружена отчетливая зависимость свойств допироаапных сн- • ci<*м /f£,_xPrxBa-jCu307_y и ПЕВ&г(С\ч-хМе%)3От-у (RE - Y, редкая :емля; M с — Xi, Fe) от тина нона i?E3+ исходно!! матргщы. Необходг:-::о ¡¡одчеркнуги, что свснМства исходных соединений ЛШЗагСиаОу-у весьма слабо чувствительны к тину нона RE3*.

2. Установлена ярко выраженная монотонная за;:тсн-мость параметра \дТе(дх\ для систем /iEt_xPrxBa2C«307_y я t>£TBa;>(Cii|_x.Ui,x ¡jOj-j- от величины ионного -радиуса RE3+ исходной мат рицы. При этом не наб.подалось корреляции параметра \<УГе/2х\ с величиной локализованного магнитного момента на ноне REi¥. Учитывая это, именно величину ионного радиуса RE3+ koîsiîo» рассматривать как параметр, определяющий свойства Сопчроаал'.кьа. систем типа ШГВа^СиД)?-^ так для случая замещения Рг пезгэдгз

RE, так н случая замещения 3d металлами меди и плоскостях ы цепочках. Предложена модель, спязывшощая описываемый эффект с усилением неупорядоченности и вызванным им эффектом локализации и системах на осноие REi+ с. большими ионными радиусами.

3. Обнаружено различие формы резнстишшх сиерхироводящн;: переходов для систем Я£Ва2(Си1_хЛ/ех)з07_у с замещением меди никелем н железом. В то время как и случае никеля сверхпроводящий переход, уширяясь, в целом сохраняет свою форму; при замещении железом большая часть перехода постепенно приобретает отрицательную кривизну. Такое поведение связано с перераспределением электрического тока между плоскостями и цепочками. Более ярко описываемый эффект проявляется в магнитном поле.

4. Проведено изучение влияния газового давления до 8 кбар на температурную зависимость'электросопротивления моиокрпсталлов Yr«a2Cuj07_y в направлении, наргшлельном плоскости ab. Оценка решеточной постоянной Грюнапзена в рамках простейшей модели Блоха-Грюнайзепа дала аномально большую величину, 7 = G.8, что говорит о проблематичности использования этой модели для описания транспортных свойств соединения YBajCu.jO;-»-.

5. Показано, что для борокарбида YNijBjC коэффициент Холла имеет отрицательный знак и слабо зависит от температуры ü нормальном состоянии, а инверсии знака коэффициента Холла н смешанном сверхпроводящем состоянии, характерной для ВТСИ, не происходит. На основе полученных результатов сделан вывод о существенном различии в механизме проводимости и динамике вихревой решетки для борокарбпдов н ВТСП.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Narozhnyi V.N., Klilybov Е.Р., Kochetkov V.N., Uvarova T.G. Investigation of superconducting and normal state properties of ■Ш?1_хРгхВа2Сиз07_у systems. Anomalous critical magnetic fields in Gdi_xPrxBa2Cu7_y // Physica C. - 1994. - v.235-240.- p.1349-1350.

2. Нарожпый B.H., Кочетков B.H., Хлыбов Е.П., ВархульсКа И., | Алексеевский Н.Е. 1 Исследование систем ii£/Ba2(Cui_xA/ex)307_y (RE — Y, Gd, Ей;: Me — Ni, Fe) в сверхпроводящем и нормальном состояная-// TW докл. НТ-ЛО. - 1094. - тЛ. - с.187-188.

3. Нарожпый B.H.. Ivomctkob 13.IL. Х.тмбои 1С ЛI.. нчаеенскнй ILE. В. п1ям1к' час гнчного замещения меди никелем . iiifio же. ic kim на ciioilcгпа cueI<-м /?/ГВа2(С«|_хЛ/гх):,()7_,. WE = V. Gd. Пи: Л/с = Xi, Fe). I. Структура. ->.чектросоиро i ни.ченне, крп i ичсская температура // ФММ. - 1991. - т.78. - с.75-83.

-f. Kachinsky Y.X.. Koclietkov Y.X.. Makareuko I.X.. Xarozlmyi Y.X.. Uvarova T.G. Imivstigation of tlic н/ьрЬше resistance of YUavCurjO;-;. single crystals under hydrostatic pressure // Proc. XXXII Ann. Meeting of EIIPRG. - Brno. - 1991. - p.l51-137.

5 Kachinsky V.X.. Koclietkov Y.N., Makareuko I.X.. Xarozlmyi V.X.. L'varova T.G. Precise measurement of the ab-planc resistance of УВа^Си^От-у single crystals under hydrostatic pressure // Phvsica C. -1995. - v.2-17! - p.317-350.

G. Xarozlmyi \'.X.. Koclietkov Y.X., Warchulska .». Superconducting and normal state properties of ЯЕ^Рг^Ва-^Си^От-у systems // J. Маки. Magu. Mater. - 1995. - v.l-UH-ll. - p.1321-1322.

7. Xarozlmyi Y.X., Koclietkov V.N. Influence of rare earth ionic radius on the properties of Ni- and Fe-.substituted /?B<v,;(Cui_x.Urx):i07_y // Phys. Rev. B. - 1996. - v.53. - p.585G-5SG2.

8. Xarozlmyi V.N., Koclietkov V.N. Rare earth ionic radius as a parameter determining the properties of Xi-, Fe-, and Pr- substituted /iEBa-jCujOr-y superconductor // Czech. J. Pliys. - 199G. - \\4Ci, -p.1431-1432.

9. Narozlmyi V.X., Koclietkov V.N., Tsvyaslichenko A.V., Fomicheva L.N. Hall-Effect Study of YNi->B2C Superconductor // Л. Low Temp. Phys. - 199G. - v. 105. - p.lG17-lG52.