Сверхпроводники

Новый безмедный сверхпроводник K-Bi-O
Хорошо известно семейство сверхпроводящих соединений BaBi(Pb)O3. Все эти сверхпроводники являются "четверными": Ba-Pb-Bi-O или Ba-K-Bi-O. В Японии (ISTEC, Токио) путем синтеза при высоком давлении впервые получили тройной сверхпроводник K1-xBi1+xO3 [N.R.Khasanova et al., Physica C 305 (1998) 275]. Величина Tc составляет около 10К при 0? x? 0.1 и почти не зависит от x в этом диапазоне, а увеличение x>0.1 ведет к потере сверхпроводимости. По данным рентгеновской и электронной дифракции кристаллическая структура представляет собой кубический перовскит.

Ревизия симметрии параметра порядка в "электронных" ВТСП
Большинство (хотя и не все) экспериментальных данных говорит о том, что в ВТСП с дырочным типом проводимости параметр сверхпроводящего порядка D имеет d-волновую симметрию. Таких ВТСП подавляющее большинство (YBa2Cu3O7,
La2-xSrxCuO4, Bi2Sr2CaCu2O8 и т.д.). Что касается немногочисленных известных на сегодня ВТСП с электронным типом проводимости, наиболее изученным из которых является Nd2-xCexCuO4, то долгое время считалось, что в них D имеет s-волновую симметрию.

Группа японских физиков из Nagoya University, Tohoku University и Japan Science and Technology Corporation выполнила исследования квазичастичных спектров возбуждений в монокристаллах
Nd2-xCexCuO4 методом STM/STS [1]. Полученные результаты показали, что D не только анизотропен в импульсном пространстве, но и имеет
d-волновую симметрию. Авторы [1] обсуждают, тип этой симметрии – dxy-волна или dx2-y2-волна – и склоняются в пользу последней.

[1] F.Hayashi et al., J. Phys. Soc. Jap., 1998, 67, p.3234

Сверхпроводимость Tl1.8Ba2.0Ca2.6Cu3.0O10+d в морозную погоду при высоком давлении
Известно, что критическая температура Tc большинства ВТСП увеличивается под давлением, достигая рекордной величины Tc» 160К в HgBa2Ca2Cu3Ox при P» 30ГПа. Недавно появилось сообщение [1] об аномальном росте Tc поликристаллических образцов ВТСП Tl1.8Ba2.0Ca2.6Cu3.0O10+d при P» 5ГПа. Авторы [1] обнаружили, что Tc быстро увеличивается с ростом P от своего начального значения Tc=129К при P=0 и достигает величины Tc=255К (обычная для русской зимы температура!) при P=4.3ГПа. Вот только Tc, измеренная в [1], к сожалению, представляет собой не температуру нулевого сопротивления, а лишь температуру начала уменьшения (хотя и очень резкого) R(T) при охлаждении образца. Заметим, что статья [1] представляет собой своеобразный "интернациональный винегрет": она написана китайскими физиками на английском языке и опубликована в украинском журнале.

[1] C.Y.Han et al., ФНТ, 1998, 24, p.305

Завершена сборка магнитной системы RHIC (Brookhaven)
1800 сверхпроводящих магнитов установлены и частично испытаны в единой магнитной системе коллайдера тяжелых релятивистских ионов (RHIC). На их изготовление потребовались 21млн. метров сверхпроводящего проводника и 900 тысяч часов рабочего времени. Планируется, что первый испытательный “пуск” пучка ионов будет произведен в марте 1999 года, а в июле ожидаются эксперименты по первому столкновению пучков. Поставщиком первичного пучка ионов для RHIC станет старейший брукхэвенский синхротрон (AGS), построенный еще в 1960 году.

CERN Courier, December 1998

Сверхпроводящий фильтр
Ученые International Superconductivity Technology Center (Tokyo) совместно с NEC Corp. (Tokyo) разработали ВТСП фильтр для использования в спутниковых системах связи и на базовых станциях сотовых телефонов. В процессе разработки преодолена проблема, стоявшая перед такими фильтрами. Прежние конструкции ВТСП фильтров не совместимы с высокими уровнями мощности, характерными для систем космической связи. ВТСП фильтр, анонсированный ф. NEC, выдерживает в 10 раз более высокие уровни мощности в сравнении с другими ВТСП фильтрами.

Контакт:
G. Pindoria, e-mail: Ошибка! Закладка не определена.

Гигантский изотоп-эффект в сверхпроводнике La2-xSrxCuO4
Лантановая керамика уже принесла Alex’у Muller’у нобелевскую премию. И вот – новый подарок. Muller с соавторами обнаружил в сверхпроводнике La2-xSrxCuO4 гигантский изотоп-эффект.

Две группы экспериментаторов, возглавляемые A.Bianconi (Римский университет) и K.A.Muller’ом (Цюрихский университет) исследовали структуру спектральных линий в La1.94Sr0.06CuO4 вблизи края рентгеновского поглощения (методом XANES, чувствительным к локальным искажениям кислородного окружения атомов меди). Эксперименты проводились на источнике синхротронного излучения в Гренобле.

Вид спектра определяется статистическим распределением “мгновенных фотографий” кристаллической решетки (с характерным временем 10-15с) на масштабах порядка 5A. В эксперименте для образца La2-xSrxCuO4 ниже некоторой температуры Т* форма спектральных линий резко изменялась, что авторы связывают с замораживанием флуктуаций и возникновением поляронного упорядочения типа полос (lattice-charge stripes). При замене 16O на 18O температура Т* возрастает со 110К до 170К. При этом изотоп-эффект для температуры сверхпроводящего перехода Тс гораздо меньше и другого знака: для образца с 16O Тс» 8К, а у образца с 18O Тс примерно на 1К ниже. Столь огромный изотопический сдвиг температуры Т* авторы объясняют важной ролью поляронных эффектов в образовании полос. Такая интерпретация накладывает определенные ограничения на возможные микроскопические механизмы, ответственные за возникновение, как полосчатой структуры, так и сверхпроводящего состояния.
Ошибка! Закладка не определена., версия от 5.01.99

Верхнее критическое поле борокарбида YNi2B2C
Измерения верхнего критического поля Hc2 в сверхпроводниках осложняются наличием “паразитного” парамагнитного сигнала, обусловленного несовершенством образца (наличием областей нормальной фазы). Поэтому в ходе экспериментов по определению Hc2(T) в борокарбиде YNi2B2C группа американских и южнокорейских физиков уделила особое внимание качеству исследованных ими монокристаллов [M.-O.Mun et al., Physica C 303 (1998) 57]. Им удалось понизить парамагнитный сигнал до уровня 10% от минимального приводимого в литературе и получить таким образом более достоверные значения Hc2. Оказалось, что во всем изученном диапазоне температур 9K < T < Tc » 15K (0 < Hc2 < 3Тл) зависимость Hc2(T) имеет положительную кривизну. Иными словами, скорость роста Hc2 при понижении температуры увеличивается, а признаки выхода Hc2 на константу при T ® 0 отсутствуют. Интересно, что точно такой же вид кривая Hc2(T) имеет и в “overdoped” ВТСП. Это “совпадение” может быть следствием сходства механизмов сверхпроводимости борокарбидов и ВТСП.

Легированная Си-О плоскость: еще одна попытка описать основное состояние
Проблема основного состояния слаболегированных 2D купратов до сих пор активно дискутируется при множестве разноречивых экспериментальных результатов и теоретических моделей. Картину усложняют два обстоятельства (к слову, они же обуславливают разнородность экспериментальных данных):

наличие дальнего и/или ближнего магнитного порядка и

существенно различная подвижность дырок при легировании исходной диэлектрической матрицы различными типами допантов.

Так, например, модельное соединение La2CuO4 можно легировать тремя принципиально разными способами: примесью замещения в позицию La (1) или Cu (2) а также примесью внедрения в виде сверхстехиометрического кислорода (3). В последнем случае из-за большой подвижности кислорода система демонстрирует макроскопическое фазовое расслоение на дырочно-богатую и дырочно-бедную фазы, размеры которых могут достигать масштаба нескольких микрон. При всем многообразии ВТСП систем, система La2CuO4+х – единственная, где явление фазового расслоения происходит на макроскопических масштабах. Именно это явление легло в основу представления о легированной Сu-О плоскости, как о нестабильной относительно фазового расслоения. При этом следует иметь в виду, что в случае “тяжелых” примесей (Sr вместо La и Li вместо Cu) система может расслаиваться только на микроуровне. В первом приближении размеры возникающих “фаз” определяются выигрышем в магнитной энергии и проигрышем в кинетической.

Какая форма зарядовых флуктуаций будет реализовываться на практике, опять же зависит от типа конкретной системы. Например, магнитная восприимчивость La(Sr)CuO4 системы трактовалась [1] как система антифазных доменов, где носители тока сконцентрированы на границах доменных стенок. Система La2CuO4+x с низкой подвижностью кислорода и, как следствие, с отсутствием макроскопического расслоения не укладывается в модель с дырочно-богатыми доменными стенками, а более адекватно описывается в модели дырочно-богатых капель с размерами, зависящими от подвижности кислорода [2]. Кроме этого, значительный блок работ (в основном по упругому рассеянию нейтронов) теперь уже на кристаллах с большой подвижностью избыточного кислорода посвящен обнаружению и исследованию кислородной сверхструктуры и структурам, связанным с кислородным упорядочением (stripes, stagers etc.).

Наконец, недавно появилась еще одна работа, касающаяся вопроса о том, как же выглядит допированная Сu-О плоскость с точки зрения распределения в ней избыточного заряда. Изучалась система La2Cu(Li)O4. Известно, что замещение меди литием дает самую низкую подвижность дырок в La2CuO4 (сопротивление dR/dT<0 во всей области концентраций и температур!). ЯКР исследования на 139La в этой системе [3] и сравнение результатов с данными для La(Sr) системы с аналогичным поведением привели авторов к заключению, что нечувствительность результатов эксперимента к характеру допирующей примеси и подвижности избыточных дырок требует пересмотра представлений об основном состоянии легированной Сu-О плоскости. В работе сделана попытка ввести представление о новой коллективной структуре избыточных дырок. Хотя идея нова и безусловно заслуживает внимания, но предстоит еще ответить на вопрос, насколько она применима ко всем системам и насколько, в связи с этим, можно говорить об универсальном поведении легированной Сu-О плоскости. А.Захаров

J.Cho et al. Phys. Rev. Lett., 1993, 70, p.222

V.Pomjakushin et al. Phys. Rev. B, 1998, 58, p.12350

B.Suh et al. Phys. Rev. Lett.,1998, 81, p.2791

Сверхпроводниковый магнит для LHC
16 июля 1998 года в CERN’е продемонстрирована успешная работа сверхпроводникового дипольного магнита для будущего коллайдера LHC. В разработке и изготовлении магнита принимали участие итальянский INFN (Национальный институт ядерной физики) и промышленная компания Ansaldo Energia. INFN в содружестве с CERN разработали конструкцию сверхпроводящего магнита, а Ansaldo Energia изготовила его.

Магнит был установлен на испытательном стенде в LHC в начале июня и охлажден до температуры 1.8К, при этом было достигнуто проектное значение магнитного поля 8.3Тл. После увеличения поля до значения 8.6Тл сверхпроводниковый магнит перешел в нормальное состояние.

При весе около 26т и длине 15 –16м магнит имеет длину магнитного участка 14.2м при 1.9К, внутренний диаметр каждой из двух апертур - 56мм.

Июньская демонстрация стала частью из серии испытаний магнита, при которых магнит термоциклировали и исследовали качество магнитного поля и системы защиты магнита при его переходе в нормальное состояние.

CERN Courier, 1998, 38(6), p.17

Новая серия ВТСП (на этот раз с хромом)
Японские физики из National Institute for Research in Inorganic Materials (Tsukuba, Ibaraki) синтезировали девять соединений, относящихся к новому гомологическому ряду (Cu0.5Cr0.5)Sr2Can-1CunO2n+3+d (n=1? 9), где n представляет собой, по сути дела, число слоев CuO2 в элементарной ячейке. Все эти соединения имеют тетрагональную структуру с периодами a» 0.39нм и c» 0.8+0.32? (n-1)нм. Tc=81К, 103К, 71К, 65К, 32К, 10К при n=2; 3; 4; 5; 6; 7 соответственно. При n=1; 8; и 9 сверхпроводимость отсутствует. По данным электронной микроскопии высокого разрешения кристаллографические слои (перпендикулярные оси c) чередуются в порядке SrO-(Cu0.5Cr0.5)O-SrO-CuO2-(Ca-CuO2)n-1. Атомы ме-ди и хрома в слоях (Cu,Cr)O распределены случайным образом (если какое-то упорядочение и имеет место, то оно локальное и неполное). Источниками дырочных носителей являются избыточные атомы кислорода и/или вакансии атомов меди в слоях (Cu,Cr)O.

Транспортные измерения Hc2 в YBa2Cu3O7-x при низких температурах
При T<<Tc величина верхнего критического поля Hc2 в ВТСП существенно превышает максимальные значения H постоянного магнитного поля, генерируемого современными магнитами. Поэтому для измерения Hc2 приходится использовать импульсные магнитные поля. Именно так была найдена величина Hcc2=(110? 135)Тл для ВТСП YBa2Cu3O7-x при T=(2 ? 4)K и параллельном кристаллографической оси с направлении магнитного поля [1-3]. В работе [4] международного коллектива австралийских (University of New South Wales; CSIRO), японских (University of Tokyo; International Technology Center), американских (Los Alamos National Laboratory) и российских (Арзамас-16) физиков было исследовано воздействие на тонкие пленки YBa2Cu3O7-x перпендикулярного оси с магнитного поля с H~300Тл. Было установлено, что диссипация начинается при Hab =150Тл. Это существенно меньше оценки Habс2=670Тл, сделанной на основании экспериментальных значений длины когерентности x в Y-123. Следовательно, причиной нарушения сверхпроводимости является достижение “парамагнитного предела”, а не уменьшение характерной магнитной длины ниже масштаба x .

H.Nakagawa et al., to be published.

J.L.Smith et al., J. Low Temp. Phys.,1994, 95, p.75

J.D.Goettee et al., Physica B, 1994, 194-196, p.1805

A.S.Dzurak et al., Phys. Rev. B, 1998, 57, p.14084

Сверхпроводимость 2DEG
Эксперименты С.В.Кравченко, выполненные за границей, имели большой резонанс в научном мире. Об этом уже неоднократно сообщал ПерсТ. Наблюдаемое металлическое состояние двумерного электронного газа (2DEG) в кремниевом полевом транзисторе (MOSFET) при очень низких температурах противоречило общепринятой теории металлов, согласно которой двумерные металлы при нулевой температуре обращаются в изоляторы.

Подробная теория наблюдаемого явления сейчас только разрабатывается, но уже можно сделать некоторые несомненные утверждения. Главное из них состоит в том, что теория ферми-жидкости не применима к достаточно разреженному 2DEG, у которого среднее расстояние между электронами велико по сравнению с боровским радиусом. В этом случае (учитывая ферми-статистику электронов) энергия кулоновского взаимодействия электронов превышает их кинетическую энергию. Подходящей для этого случая моделью является латтинжерова жидкость (Luttinger liquid), но ее применение даже к одномерным проводникам дает то согласие, то противоречие с экспериментом. Возможно, главным ее недостатком является игнорирование спина электрона, а значит, и обменного взаимодействия.

Поэтому ученые из University of Illinois at Urbana-Champaign (США) предлагают обойтись хорошо известными средствами, а не привлекать пока слабо изученные модели. Они считают, что наблюдаемый Кравченко эффект является переходом изолятор (большая доля фазы вигнеровского кристалла в неупорядоченном 2DEG)-сверхпроводник. По мнению авторов, все основания для этого имеются: прежде всего, критическое поведение от внешних магнитного и электрического полей. Хорошо известно, что магнитное поле разрушает синглетную сверхпроводимость, когда спаренные электроны имеют нулевой суммарный спин. Возможным кандидатом для спаривания электронов называется поверхностный плазмон. В отличие от своего трехмерного собрата он имеет бесщелевой спектр, т.е. существует на любой частоте. К сожалению, это остается только гипотезой, т.к. конкретные расчеты не выполнены. Заметим попутно, что на огромное влияние поверхностных плазмонов на проводимость 2DEG неоднократно указывал в своих работах В.А.Волков (ИРЭ РАН, Москва).

Nature, 1998, 395, р.253

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5