Введение к работе
Актучльность темы. Проблема упорядочения кислорода в структурной системо 1-2-3 (рисі), я которой принадлежат соединения типа SBa^Gu-O-^j.iR- редкоземельный элемент), привлекает значительное внимание исследователей как экспериментаторов, так и теоретиков. Система 1-2-3 выделяется из всего семейства перовскитов наименьшим соотношением между анионами(кислород) и катионами на элементарную ячейку. Наличие свободных узлов для кислорода в решетке определяет различные структурные варианты упорядочения кислорода при изменении концентрации кислорода и температуры, изучение которых необходимо для понимания всех физических свойств этой системы. Бо многих соединениях системы 1-2-3 при изменении содержания кислорода от 6 до 7, как было обнаружено практически сразу после открытия ЇБа?Си-06+х(ЇБСО), состояния меняются от тетрагонального диэлектрика до орторомбического сверхпроводника, причем упорядочение кислорода в Y3C0 коррелирует с критической температурой сверхпроводящего перехода Т,,. Вместе с-тем, в ряде других соединений этой системы , как например ,РгВа-0и~О-+х (РгЕСО) и Yn -Сал ^Ба-Си-О- ,. ((У.Са)БСО), влияния упорядочения кислорода на электронные свойства не обнаружено. Б связи о этим становится актуальным исследование связи электронных и структурных свойств для системы 1-2-3.
Общим свойством всех сверхпроводящих оксидов, И т.ч. и YBCO, является локализация области сверхпроводимости вблизи перехода дизлектрик-металл(ІШМ), поэтому изучение ПДМ является одной из главных задач в исследованиях электронных свойств Y3C0.
Исследование корреляций структурних перестроек и электронных свойств ЇБСО при изменении содержания кислорода требует корректного сопоставления данных различиях измерений. Существующий значительный разброс данных в определении абсолютных значений концентраций кислорода делает практически невозможным сопоставление результатов различных работ именно в области 133!, где наиболее быстро изменяются все свойства. Поэтому, яри исследовании связи електронних и структурных свойств ЇБС0 необходимо проводить комплексное измерение различных физических величин на одних и тех же образцах.
Нель ррАотц является установление связи упорядочения кислорода с изменениями электронного состояния в системе 1-2-3, происходящими в ней при изменении концентрации кислорода. Достижение поставленной цели предпологало решение следующих задач. 5 первую очередь, построение структурной фазовой диаграммы ЇБС-0 в координатах - концентрация кислорода х и температура Т, с указанием на ней электронного состояния структурных фаз. Вторая задача заключалась в исследовании перехода диэлектрик-металл. В данной работе не ставилась задача изучения механизма ИВ! .в целом, а изучались общие черты ПдМ, с целью на основа полученных данных решить третью задачу, которой заклычалась ь выяснении природы связи упорядочения кислорода с электронным состоянием системы 1-2-3.
Нії'/ЧНій^ КУ^гУ^е. диссертации заключается в положениях, выносимых на зашиту, которые основываются на результатах полученных в данной работе:
1. Реализована новая методика приготовления нестехиометрических
и однородных по кислороду поликристаллических образцов системы
1-2-3 ь интервале концентраций С<х^1.
2. В интервале температур 255К-ІОО0К методами рентгеновской
дифракции, термограьимегрйи и электросопротивления проведено
комплексное исследование изменений структуш и электронных
свойств, пронсходяіцие в УВй~Си~0~ в зависимости от
концентрации кислорода.
3. В широком диапазоне концентраций кислорода(С:<.Х'.І) для
четырех соединений системы І-2-З-СїБСО. PrBGO, (Y,CV,5Co и
i"B(Cu,Zn)0} измерены параметры решетки, постоянная Холла и
температурные зависимости проводимоеґн на постоянном токе, дли
большинства значений х впервые.
4. Впервые измерены проводимость на неременном токе и
статическая диэлектрическая проницаемость соединений ЇБа-Cu-O- Y
и FrBa-CugO- для значений концентраций кислорода 0.1 0.2\х^и.Э, соответствено.
5. Методом неупругого рассеяния нейтронов определены
спектральные овспределения колебательных состояний в образцах
YBa-Gu-O-^,. с различным содержанием кислорода (Q.OTOMjQ. 52}. Для
Y5C0 впервые применена методика изотопного контраста.
1. На структурной "х-Т" фазовой диаграмме YBa.~Cu~0-
определены' области существования трех фаэ(ТГ, 011, 01) о
указанием координат тройной точки - тт =740±Ю и х =0.SIi0.04.
-
Найдена асимметрия расположения 011 фазы на "х-Т" диаграмме. Для объяснения данного Факта предложена гипотеза о переменности эф|!екткЕных потенциалов взаимодействия менду ионами кислорода, что нашло подтверждение в теоретических расчетах структурной "х-Т" фазовой диаграммы YEa-Cu-O^ и согласуются с измерениями фононного спектра, отражающего изменения силовых констант кислорода в решетке ЇБС0.
-
Обнаружено, что переход из тетрагональной в орторомбичеекую фазу Y3a-Cu~0- совладает с изменением вида температурной зависимости проводимости от активационного к металлическому. При этом, с ростом концентрации кислорода энергия активации непрерывно уменьшается и обращается ь ноль в точке перехода. При изменении содержания кислорода вблизи структурных переходов ЇГ-0ІІ и 011-01 найдены особенности в концентрационных зависимостях проводимости и постоянной Холла.
4. По результатам исследования статической диэлектрической
проницаемости ЇБ0О получены оценки ефективного радиуса Бора
примесного состояния а-«*5А и константы полярной связи и<*4.
Сильная локализация носителей и большая поляризуемость решетки
отличает полупроводниковую фазу купратов от обычных примесных
полупроводников.
5. Проведенный сравнительный анализ результатов исследования
структуры и электронных свойств четырех соединений системы
I-2-3
носит универсальный характер. Упорядочение кислор-'Да й
цепочечные структуры сопровождается увеличением числа подвижных дырок ь системе. Предложена феноменологическая модель этого сложного перехода, позволяющая качественно описать поведение физических величин вблизи структурного перехода с учетом переноса заряда между плоскостями СиО- и ОиО .
Практическая значимости работы определяется переспективами применения БТСП материалов в различных отраслях науки, техники и промышленности. Полученные данные по кинетике кислорода, структуре соединений и их транспортным свойствам могут быть полезными в разработке технологии и создании устройств на базе ВТСП материалов. Готовую методику приготовления нестехиометри-ческих образцов системы 1-2-3 с разными Т,, можно уже сейчас применять на практике в технологии ВТСП материалов. Следует отметить простую технологию получения качественных омических контактов к образцам купратов, позволившую провести надежные измерения кинетических свойств в полупроводниковой фазе.
Лггруунгия ряоот». Результаты работы докладывались на семинарах ШЭ им.И.Б.Курчатова и ИК РІК, I Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости(Москва ISS8), Меадународном семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости (Дубна, 1389). II Всесоюзной коференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев, 1985), III международная конференция по физике фононов(Германия, 1590), XI Совещании по использованию нейтронов в физике твердого тела(Гатчина, 1991), а также были представлены на ежегодных конференциях ИАЭ им.К.В.Курчатова (Москва, 1338-1953).
Структури и объем ігу^партягппт- Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Объем диссертации составляет 151 страницу, включая список литературы из 155 наименований, 61 рисунка и 2 таблиц.
TTvrt.royntnw. Основное содержание работы опубликовано в 12 работах, список которых представлен в конце автореферата.
