Введение к работе
Актуальность проблемы. В 1986 году Беднорц и Мюллер открыли новый класс сверхпроводящих соединений - их назвали ВТСП. Интенсивные экспериментальные исследования меднооксидных ВТСП показали, что эти материалы являются сложными многокомпонентными соединениями с богатой фазовой диаграммой. Физические свойства ВТСП чрезвычайно чувствительны к отклонению от стехиомегри-ческого состава. При изменении содержания примеси или вакансий в довольно узком интервале концентраций происходит целая цепь фазовых переходов. Установлено, что сверхпроводящее состояние многих ВТСП возникает при допировании, обладающей антиферромагнитным порядком, диэлектрической матрицы. Допирование разрушает антиферромагнитньЕй порядок и вызывает переход диэлектрик-металл. Изучение природы двумерного антиферромагнетизма (АФМ), механизма его разрушения и образования металлического состояния является важным этапом на пути понимания механизма ВТСП.
Наиболее подходящим, с точки зрения исследования влияния допирования на свойства ВТСП, является соединение La2Cu04+8. Во-первых, являясь типичным представителем ВТСП, это соединение имеет наиболее простую кристаллическую решетку, содержащую только одну плоскость CuOi. Во-вторых, в нем можно легко и обратимо менять концентрацию примесного кислорода, что позволяет исследовать концентрационные зависимости физических свойств на одном и том же кристалле. В-третьих, для этого соединения удается выращивать монокристаллы хорошего качества и больших размеров.
Целью работы является экспериментальное исследование влияния сверхстехиометрического кислорода и процессов его перераспределения на магнитное и сверхпроводящее состояния монокристаллов LazCuCu+s с разной концентрацией и подвижностью кислорода.
Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие конкретные задачи:
1. Разработать методику и создать установку для измерения магнитной восприимчивости х(Т) в слабом магнитном поле, в широком температурном интервале 4.2К<Т<350 К с чувствительностью на уровне СКВИДа.
-
Исследовать магнитные фазовые переходы монокристаллов LajCu04+s в слабом магнитном поле.
-
Исследовать влияние примесного кислорода и степени его подвижности на магнитный фазовый переход и на процесс фазового расслоения.
-
Выявить корреляцию структурных параметров кристаллической решетки с магнитными и сверхпроводящими параметрами.
-
Построить фазовую диаграмму ІлгСиОд+в в координатах Т,5 с учетом подвижности избыточного кислорода.
Научная новизна:
-
Впервые было исследовано поведение магнитной восприимчивости при T~Tn монокристаллов LazCuO-ug в слабом переменном магнитном поле 5 10-2<Н<5 10. Эти исследования стали возможны благодаря созданной установке для измерения дифференциальной магнитной восприимчивости, основанной на разработанной методике двойного синхронного детектирования.
-
Обнаружено, что в монокристаллах с избыточным кислородом в слабом магнитном поле происходит ФМ превращение. Это превращение проявляется в виде гигантской расходимости магнитной восприимчивости вблизи температуры известного АФМ упорядочения со слабым ферромагнетизмом.
-
С помощью измерения х(Т,Н,а) определены критические индексы ФМ фазового перехода. Исследована зависимость критических индексов от концентрации, подвижности и распределения избыточного кислорода.
-
Показано, что существование ФМ связано с присутствием избыточного кислорода.
-
Обнаружена и исследована корреляция ФМ аномалии с изменением параметров кристаллической решетки. Увеличение ФМ момента сопровождается увеличением орторомбичности "а-Ь" кристаллической решетки, при фиксированной концентрации избыточного кислорода.
-
Обнаружено, что параметры, образующихся в результате фазового разделения, фаз (магнитной и сверхпроводящей) зависят не только от концентрации избыточного кислорода, но и от распределения примеси по кристаллу.
На зашиту выносятся следующие основные положения:
-
Оригинальный прибор для измерения дифференциальной магнитной восприимчивости в полях ~1Э с чувствительностью Ю-10 Ам2 в температурном интервале 4.2-350К. Это позволяет изучать одновременно на одной установке и магнитное, и сверхпроводящее состояния. При Т>100К прибор по чувствительности не уступает квантовым магнетометрам.
-
Новые данные о поведении магнитной восприимчивости х(Т,Н,ш) монокристаллов ЬагСи04+5 с различной концентрацией и подвижностью примесного кислорода.
-
В La2CuC>4+8 с 0.00<5<0.04 в слабом магнитном поле обнаружен и исследован неизвестный ранее ФМ переход. Определены критические индексы перехода. Ферромагнитный момент направлен вдоль кристаллической оси "с".
-
Существование ферромагнетизма в монокристаллах ЬагСиО*^ коррелирует с возникающими при допировании кислородом искажениями кристаллической решетки.
-
Физические свойства магнитной и сверхпроводящей фаз зависят не только от количества примеси, но и от характера распределения (однородного или неоднородного) её по кристаллу. Установлено, что фазовое расслоение способствует более высоким показателям сверхпроводящей фазы (высокие Те. большой объем СП фазы, меньшая чувствительность к величине магнитного поля).
-
Построена фазовая диаграмма для кристаллов LazCnO^t не испытывающих макроскопического фазового расслоения.
Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты, в значительной степени дополняют имеющийся экспериментальный материал о поведении магнитной, сверхпроводящей и примесной подсистем в ЬагСиО***. Работа является определенным шагом на пути понимания физики магнетизма и сверхпроводимости ВТСП. Результаты работ могут быть использованы для построения конкретных моделей, связывающих упорядочение примеси с поведением ФМ и
СП фазовых переходов, а так же для построения микроскопической теории ВТСП и теории фазового расслоения.
Следует отметить простоту', высокую эффективность разработанной методики измерения магнитной восприимчивости. Это дает возможность использовать ее как для экспресс анализа, так и для высокопрецизионных измерений.
Дпробаиия результатов диссертации и публикации: результаты исследований были представлены в докладах на следующих конференциях и семинарах:
- IV Международная конференция "Materials and Mechanisms of Superconductivity of HighTemperature Superconductors'', Франция, Гренобль, 1994. .
- II Международный Уральский семинар " Радиационная физика металлов и сплавов", Россия, Снежинск, 23 февр., 1997.
- На ежегодных конференциях РНЦ "Курчатовский Институт", Москва, 1993-1997гг.
- Пятая Международная Конференция "High Temperature Superconductors and Novel Inorganic Materials Engineering" (MSU HTSC-V) Россия, Москва, март 24-29, 1998.
Публцкаиии. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, список представлен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 113 страницах, содержит 3 таблицы, 34 рисунка и библиографический список га 158 наименований.
