Локальная и электронная структура высокотемпературных сверхпроводников, исследованная с помощью рентгеновской спектроскопии поглощения Игнатов, Александр Юрьевич

Введение к работе

Актуальность исг лолощітш.

Физика сцорхпрояодимости "занимает"одно лл ведущих мост в-широком--
сшіктрц направлений сопрвмошшой физики твердого тола. Уникальность
макроскопического квантового явления высокотемпературной

евврхпрдподимости [ J.G. Bodnorz, K.A. Mullor, Z. Pays В 64, 189-193, (1980)..] продолжает оставаться н центре' внимания фундаментальных исследований. Велик', и практическая значимость физики и тёхпики сверхпроводников,

технологий.

Исследователи пришла к согласию отпоенталь-га структуры ВТСП, однако в настоящее время на существуот адокпатного описания локальной структуры ряда сверхпроводников [ «Г.В.Воусв, F.G.Bridges, T.Claeson, Phys. Scrlpta v42, 71-75, (1992) }. В . частности, открытии остается вопрос о сущоствоваиии структурной нестабильности кислорода 0(4) в YBajjCiifjOx-S [ J- Mustre da Loon,

S.D. Conradson, I. Batiatic, A.R. Bishop, I.D. Raist-rick, M.C. Aronson, F.H. Garzon, Phys.Rev. B45, 2447-2457, (1992) ]; существовании двух расстоянии Bi-О и симметрии кристаллической ропіотки в ВаРЬі__хВі_хОз х*0 [ D.T.Marx, P.G.Radaelli, J.D.Jorgenson, R.L.IIittorman, D.G.ffinks, Shiyou Poi, B.Dabrowski Phya. Rov. B16, 1144-1156, (1992) ].

Проблема - валентности является ключевой * в " попйманян " йофопоппого механизма сверхпроводимости в пемодцосодоржащих поровскитах [А.М.Габ6вич, Д.В.Мбйс'воа,' УФЫт.150, 599-Є23, (1980) ]. В_ настоящее .время а литературе Встречается противоречивая информация относительно возможной флуктуации валентности висмута. Это долаот актуальной вад'ачу исследования электронной конфигурации ионов Ві.

Актуальной является задача исследования локальной, и электронной :труктуры кислородио-яафицитпыхВаРЪВЮ - BaPbBiO сверхпроводников.

Несмотря на то, что уделяется большое внимание изучению радиационных дефектов в высокотемпературных сверхпроводниках [ В.Ф. Елесин, И.А.' Руднев, Влияний радиационных дефектов на "критический - ток

. высокотемпературных сверхпроводников ; СФТТ, 4, 11, 2055-2071, (1991) ], в
литературе встречается незначительное число работ по экспериментальному
исследованию дефектной структуры- этих сверхпроводников, выполненных с
помощью дифракции. Вместо с том хорошо известно, что традиционные
дифракционные методики слабо чувствитольны тс изменениям в локальной
структуре соединений. Такие данные весьма необходимы для построения модели
дефектообразовапия, так как более слоящая структурная организация ВТСП по ~
сравнению- с А15, во позволяет охарактеризовать их дефектное. состояние с
помощью минимального набора параметров. &си задача в особенности,
актуальна, т.к. нет ясности в вопросе о типа радиационных дефектов в атих
соединениях. .-'.-..' . ,''.' . '.'".':.

Ключевым аспектом изучения механизма . ВТСП является исследование электровной подсистемы соединений, а также ее взаимодействия с фононними, магнонными, аксйтовными, электронными, и т.д. возбуждениями [ A. Bianconl, A. MarcolU, Proc. Int. Symp. on the electronic structure of high Tc superc., Rome, 5-7 Oct. 1988. (Pergamon Press. Oxford 1989) ]. Поэтому исследование влияния концентраций доцирующей примеси, кислородной стехиометрии и дефектов (в частности радиационных) на свойства ВТСП имеет фундаментальное значение, поскольку способствует пониманию явления высокотемпературной сверхпроводимости.

Целью работы является исследование влияния концентрации донирующей примеси, кислородной стехиометрии и радиационных дефектов на электронную и локальную структуры высокотемпературных сверхпроводников.

_% В качестве основного метода выбрана рентгеновская спектроскопия поглощения ( x-ray absorption structure (XAS) ') ' с использованием

синхротронного излучения. Результаты XAS анализируются совместно с

апнымн рвптгеноструктурного анализа, а также результатами измерений ряда гакроскошпеских характеристиіс в нормальпом и сверхпроводящем состоянии.

і даппоіі работо псслодуются следующие материалы:— --'-

) ВаРЬ^ВіхРз (T_C~L2K, х=0.25); Ва^хКхВЮз (Т_С~30К, х~0.4) ) Nd₂-x^CoxCu04(T_c-24K, х=0.15); YBa₂Cu₃Or.s (Т_С~Э1К, 5-0 )

Полученные результаты продставлягат интерес как с точки- ороння
іупдамонтальиих исследований ВТСП, так и с точки зрання развития мотодик
'.AS спектроскопии.
Сауіпдл пп-.п-птг..- - - - - -.-'.'"." ';_'*-" ~ '--'—'"*--". ^--.-.--.-,..,-.,,..-- ,. -. ....

1) Впервые проведен комплексный анализ элоктронной структуры
вободиых состояний в ВаРЬВЮ-ВаКВЮ в широком интервало энергий над
оверхпостью Ферми. Получено доказательство наличия дырок па 02р оболочке
ислорода в ВаРЬВЮ-ВаКВЮ. Предложена модель диепропорционирования
оиов Ві.

2) Впервые, с помощью XAS споктроскопии, экспериментально исследовано
лшшио кислородного дофицита- 5 па локальную и электронную структуры
ІаРЬВЮ-ВаКВЮ. Обнаружен фазовый пероход моталл - диэлектрик в
^[аРЬо.75Шо.253-5 при 5-0.15.

1. Предложена и апробирована экспериментально методика, иоляриза-;ионных измерений XAS спектров тонких эпптаксиальпых пленок ВТСП.

2. Впервые исследована структура поляризационных ЕЦаЬ и ЕЦс К-Си LANES спектров NdCoCuO.

6) Впориыо экспериментально, с помощью XAS спектроскопии, исследовано лияние облучения ионами На++ (Е=1.2 MeV) на электронную структуру К-Си :раов поглощения и локальную структуру эпптаксиальпых топких пленок ^Jd1.85^Ce0.15^CllO4 " ^ВазСизС>Г-5

Іракткчсская пешіость работы :

1) Результаты исследования локальной и электронной структуры ряда $ТСП с помощью XAS споктроскопии, являются важным дополнением к

имеющимся экспериментальным данным и способствуют лучшему пониманию
явлепия высокотемпературной сверхпроводимости." ,

2) Полученные поляризационные спектры поглощения существенно
упрощают анализ экспериментальных данных, повышая тем самым точность
определения структурных параметров. '. .,

3) Разработанная методика, позволяющая частично подавить
дифракционные рефлексы от ВТСП пленок в рентгеновских спектрах
поглощения, измеренных по. выходу вторичного флюорисцеатногр излучения
(FY), применима не только к эпитаксиальньш ВТСП плепкам, во и к любым
ориентированным структурам. : .

Апробация результатов. ...

Основные результаты диссертации докладывались на 7 международных и 3
национальных ронференциях : 7tU Int. Conf. on X-ray Absorption Fine Structure
(XAFS-VII), 23-29 Aug., 1992, Kobe, Japan; научных конференциях ІЇФТТиС
( РНЦ 'Курчатовский институт' ), Москва, 1.992, 1993г., 1-ой межгосудар
ственной конференции "Материаловедение высокотемпературных сверхпровод
ников", Харьков, 5-9 апреля 1993 ; Int. Conf. EUCAS-93, 4-8 October 1993,
Gottingen, Germany ; 1-st "Int. Conf.:"Phys. of Low-Dimensional Structure" 7-10
Dec. 1993, Chornogolovka ; IV Int. Conf. Mater, and Mochan. of Superc. HTSC 5-9
July, 1994, Grenoble, France ; First Europ. Conf. Synchrotron Radiation in
Materials Science, 3-8 July 1994, Choster, UK; национальной конференции
" Сипхротроппое излучешш-94", 11-15 июля 1994, г, Новосибирск ; 8th Int.
Conf. on X-ray Absorption Fine Structure (XAFS-VTH) 28th Aug.-2nd Sept. 1994.
Berlin, Cermany. . "

Структура и объем дисссртащга. , ' " -''.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 200
страниц, 65 рисунков и 147 библиографических ссылок. По материалам
диссертации, опубликовано 22 печатные работы,- основные публикации
приведены в конце автореферата. .'-.".

На ЗАПлату выносятся следующий оспопиыв подожеїтя:

1) Результаты исследования электронной структуры свободных состояний в ВаРЬОз - ВаВЮз на основаппн совместного анализа эксперцментальпыХ-XANES спектров L3 РЬ_? ВІ, Ва, К-0 краон поглоіцсшні! и одпоэлоктроппых MS расчетов соответствующих кряоп, выполненных для больших класторов атомов, . 2) Модель диспропорционирования ионов Ві в BaPbBiO -.BaKBiO.

3) Результаты исследования локальной структуры ВаРЬ^__хВі_хОз_ -Ваі._хК_хВіОз-8 ^в зависимости от концентрации допирующой . примеси- х и

компатноГі температуро существуют локальные волны зарядовой плотности. Обнаружение фазового перехода моталл-днзлоктрнк по параметру кислородной концентрации» .-.,..

,4) Методика измерения поляризационных XANES и EXAFS спектров тошеих эпитаксиальных плонок ВТСП.

5. Результаты исследования структуры поляризационных K-Cu .XANES спектров La2CuO^ ; NdCu04 на основании совместного анализа акснорлмоп-тальных и рассчитанных нами спектров.

6. Результаты исследования влияния облучения попами 11е>~^⁺ на K-Cu XANES (электронную структуру 4р-Си) ВТСП как с дырочным (YBaCuO) так и с элоктроиным (NdCoCuO) типом проводимости.

7. Результаты исследования пространствецнбго располояошив радиационных дефектов в ВТСП, облучонпых до разрушения сверхпроводимости. Тип радиационных дефектов. -,;--... .... _