Фазово-когерентний транспорт заряду в багатошарових надпровідниках

Поперечна діелектрична функція визначена як визначає умову резонансу. Тобто частота резонансу визначається загальною умовою

у припущенні, що уявна частина є малою. Числові розрахунки декременту електромагнітної хвилі були виконані різноманітних типів симетрії параметра порядку [18].

Нами розглянуто такі штабелі Джозефсонівських переходів: (i) s-штабель (d-хвильовий SC), (ii) g-штабель (анизотропна s-хвиля), та (iii) -штабель [d-хвиля з антифазною орієнтацією орбітального моменту куперовських пар в суміжних прошарках]. З Mал. 16-17 видно, що частотна і dc магнітна польова залежність Джозефсонівської плазмової частоти Щps(,Н) досить незвичайна. Вона визначається перетином діелектричною функцією площини (,Н). Польова залежність Щps(Н) має чітко виражений осциляційний характер, що є результатом інтерференції Фраунгофера для флаксонної гратки. Також незвичайною є польова поведінка декременту затухання електромагнітної хвилі (див. Рис. 18-19).

Із отриманих в цій роботі результатів ясно, що dc магнітне поле впливає на електромагнітні властивості шаруватого МОН через Джозефсонівську компоненту ac струму для рівноважної системи. Знайдений розподіл щільності dc надструму відповідає локалізованим об'єктам, що можуть бути ідентифіковані як флаксони, впоряджені у ломані ланцюги, та нагадують структури, які спостерігається в експериментах. Із зростанням магнітного поля, структура змінює форму та розмивається, бо флаксони накладаються один на одного. Обчислені залежності резонансної частоти штабелю вказують, що вона, взагалі кажучи, знижується під дією прикладеного dc поля, але все ж залишається кінцевою завдяки вкладу квазичастинок. Проте, для -штабелю, навпаки, резонансна частота може збільшуватися. Знайдено, що dc магнітне поле змінює також ac глибину проникнення через реактивні властивості навколишнього флаксонного середовища.

Результати свідчать про важливість внутрішнього мікроскопічного ефекту Джозефсону на атомному масштабі для електромагнітних властивостей шаруватого SC у постійному магнітному полі.

Висновки

На основі теоретичного аналізу явища фазово-когерентного траспорту електричного заряду, яке виникає під дією зовнішних полів у штучно створених та природних шаруватих надпровідниках із слабким звязком між шарами випливає, що це макроскопічне квантове явище є суттєво нелінійним та демонструє ряд незвичайних резонансів. Це дає можливість зробити такі висновки.

1. I-V характеристики тунельних контактів нормальний метал-ізолятор-високотемпературний надпровідник з анізотропним параметром порядку відображають тип симетрії надпровідного стану. Особливості таких характеристик дозволяють ідентифікувати симетрію параметру надпровідного порядку в металооксидах.

2. Андріївське розсіювання на просторово-періодичному потенціалі анізотропного спарювання шаруватого надпровідника відповідає за формування мініщілин забороненої енергії в спектрі електронних збуджень. Такі щілини спостерігались в численних тунельних експериментах на металооксидних надпровідниках.

3. Резонансне Джозефсонівське тунелювання через Андріївські звязані стани збільшує значення критичного струму в багатошарових тунельних контактах. Локальні звязані стани вносять значний внесок у струм-фазове співвідношення в таких контактах.

4. Джозефсонівський плазмовий резонанс в багатошарових надпровідниках залежить від симетрії надпровідного параметру порядку в атомних площинах.

5. Завдяки нерівноважній інжекції квазичастинок у високотемпературний надпровідник відбувається емісія Джозефсонівських плазмонів. Цей ефект було підтверджено експериментально в роботах І. Ігучі (1999,2000).

6. Високочастотні властивості купратних надпровідників у змішаному стані суттєво залежать від впорядкування флаксонів, що відповідає за індуктивний вплив на локальну різницю Джозефсонівських фаз. Тому електромагнітні властивості купратів значно змінюються під дією зовнішнього dc магнітного поля.

Цитована література

Булаевский Л. Н. Сверхпроводимость и электронные свойства слоистых соединений. // УФН. - 1975. - Т. 116. - № 7. -С. 449-483.

Bednorz J.G., Muller K. A. Possible high Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-O system. // Z. Phys. B.-Condens. Matter-1986.-v. 64, N 1-P. 189-193.

Rao С.N.R., Ganguli A.K. Structural Aspects of Superconducting Cuprates. // Acta crystallographica. - 1995. - v. 51. - p. 604-720.

Келдыш Л. В. Диаграммная техника для неравновеспых процессов. //ЖЭТФ.- 1964-47, № 4.-С. 1515-1527.

Tamasaku K., Nakamura Y., Uchida S. Charge dynamics across the CuO2 planes in La2-xSrxCuO4. // Phys. Rev. Lett. - 1992. -v. 69. - No 9. - p. 1455 - 1459.

Iguchi I., Wen Z. Experimental evidence for a d-wave pairing state in YBa2Cu3O7-y from a study of YBa2Cu3O7-y/insulator/Pb Josephson tunnel junctions. // Physical Review.- 1994.-B49.-No 17.- p. 12388 - 12394.

Tsuei C.C., Kirtley J.R., Lock See Yu-Jоhnes C.C., Gupta A., Shaw T., Sun J.Z., Ketchen M.B. Pairing symmetry and flux quantization in a tricrystal superconducting ring of YBa2Cu3O7-sigma. // Phys. Rev. Lett. - 1994. - v. 73. - p. 593-597.

Семиноженко В.Я., Шафранюк. С.Е. Неравновесные явления в сверхпроводниках при одночастичном туннелировании в условиях переменного напряжения на туннельном контакте. // ФНТ.- 1984.-10. № 3- С. 273-279.

Барьяхтар В.Г., Богуславский Ю.М., Невирковец И.П., Руденко Э.М., Шевчук Н.В., Шуленова О.И., Щербак И.А. Туннелирование в контактах на основе металлооксидных сверхпроводников. // Физика низких температур. -1987. - т. 13. - №8. - стр. 867-870.

Андреев А.Ф. Электронный спектр промежуточного состояния сверхпроводников. // ЖЭТФ. - 1965. - Т. 49. - Вып. 2. - С. 655-660.

Lambert C.J., Raimondi R. Phase-coherent transport in hybrid superconducting nanostructures. // J. Phys.: Condens. Matter.- 1998.-v.10.- p. 901 -941.

Гогадзе Г.А., Косевич А.М. Квантовые уровни и квазилокальные состояния в SINIS-структурах. // ФНТ.-1998.-т. 24.-№ 8.- С. 716-725.

Gabovich A.M., Voitenko A.I. Tunnel characteristics of partially gapped non-superconducting metals with charge- or spin-density waves. // Phys. Lett. A. - 1996. - v. 223. - No 3. - p. 221 - 227.

Volkov A.F., Zaitsev A.V., Klapwijk T.M. Proximity effect under nonequilibrium conditions in double-barrier superconducting junctions. // Physica С. - 1993.-210.- p. 21-27.

Nevirkovets I. P., Shafranjuk S. E. Resonant Josephson tunneling in S-I-S-I-S multilayered devices. // Phys. Rev. B. - 1999. - Vol. 59. - No. 2. - P. 1311-1317.

Nevirkovets I. P., Ketterson J. B., Shafranjuk S. E., Lomatch S. Possible manifestation of Andreev bound states in double-barrier Nb/Al/AlOx/Al/AlOx/Nb tunnel junctions // Physics Letters A. - 2000. - Vol. 269. - P. 238-244.

Tachiki M., Koyama T., Takahashi S. Electromagnetic phenomena related to a low-frequency plasma in cuprate superconductors. // Phys. Rev. - 1994. - В50. - No 10. - p. 7065-7074.

Latyshev Yu.I., Nevelskaya J. E., Monceau P. Dimensional Crossover for Intrinsic dc Josephson Effect in Bi2Sr2CaCu2O8 2212 Single Crystal Whiskers. // Phys. Rev. Lett. - 1996. - v. 77. - p. 932 - 936.

Kleiner R., Steinmeyer F., Kunkel G., Mьller P. Intrinsic Josephson effects in Bi2Sr2CaCu2O8 single crystals. // Phys. Rev. Lett. - 1992. - v. 68. - p. 2394-2399.

Гвоздиков В.М. Эффект Джозефсона в слоистых cверхпроводниках. // ФНТ.-1988.-т. 14.-№ 1,-С. 15-22.

Артеменко С.Н., Кобельков А.Г. Линейный отклик слоистых сверхпроводников с d-волновым спариванием на продольное електрическое поле. // Письма в ЖЭТФ. - 1997. - № 4. - С. 331-335.

Iguchi I., Kume E., Takahashi H. Emitted spectra of electromagnetic waves from a tunnel-injected nonequilibrium high-Tc YBa2Cu3O7-y superconductor. // Phys. Rev. - 2000. - B62.-No 9. - p. 5370 - 5375.

Варюхин В.Н., Гоменюк Ю.В., Лозовский В.З. Стимуляция сверхпроводимости поверхности керамики Y1-xPrxBa2Cu3O7- в сильних електричних полях. // ФНТ.-1992.-т. 18.-№ 12. - С. 913-919.

Krivoruchko V.N., Belogolovskii, M.A. Proximity-induced superconductivity in an antiferromagnetic exchange field. // Phys. Rev. - 1995. - B52. - No 13. - p. 9709 - 9716.

Зареян М., Омелянчук А.Н. Когерентные состояния в мезоскопических четырех-контактных Джозефсоновских переходах. // ФНТ. - 1999. - том. 25. - № 3. - С. 175 -182.

Бараш Ю.С., Свидзинский А.А. Вольт-амперние характеристики тунельних контактов между свехпроводниками с анизотропним спариванием. // ЖЭТФ. - 1997. - том. 84. - № 3. - С. 619 - 625.

Шафранюк С.Е. Фазово-когерентний транспорт заряду в багатошарових надпровідниках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико - математичних наук за спеціальністю 01.04.22 - надпровідність. - Інститут металофізики імені Г.В. Курдюмова Національної Академії Наук України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена теоретичному аналізу фазово-когерентного транспорту заряду у надпровідних штучно створених і природних неоднорідних структурах, включаючи тунельні контакти, гранульовані системи і матеріали із шаруватою атомною структурою. Показано, що Андріївське розсіювання на просторово-періодичному потенціалі анізотропного спарювання шаруватого надпровідника відповідає за формування мініщілин забороненої енергії в спектрі електронних збуджень. Досліджено електромагнітні властивості шаруватих надпровідников з анізотропним спарюванням і показано, що вони істотно визначаються властивостями транспорту електричного заряду вздовж с-вісі. Показано, що колективна резонансна мода, яка спостерігалась в багатьох експериментах, виникає завдяки тунельній взаємодії між сусідніми атомними СuO2 площинами в таких природних монокристаллах та залежить від симетрії надпровідного параметру порядку. Передбачено ефект емісії Джозефсонівських плазмонів, яка виникає завдяки нерівноважній інжекції квазичастинок у високотемпературний надпровідник. З розвязку системи зв'язаних рівнянь Sine-Gordon для штабелю Джозефсоновских переходів знайдено, що упорядкування флаксонної гратки може мати вигляд ламаних ланцюгів.

Ключові слова: шаруватий надпровідник, міжпрошаркове тунелювання, час релаксації, ефект Джозефсона, електромагнітне поле, енергетична щілина, Андріївське відбиття, плазмова частота, флаксони, зв'язані стани, еміссія плазмонів.

Шафранюк С.Е. Фазово-когерентный транспорт заряда в многослойных сверхпроводниках. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора физико - математических наук по специальности 01.04.22 - сверхпроводимость. - Институт металлофизики имени Г.В. Курдюмова Национальной Академии Наук Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена теоретическому анализу фазово-когерентного транспорта заряда в сверхпроводящих исскуственных и естественных неоднородных структурах включая туннельные контакты, гранулярные системы и материалы со слоистой атомной структурой. Исследовано влияние типа симметрии анизотропного параметра сверхпроводящего порядка на I-V характеристики туннельных контактов нормальний метал-изолятор-высокотемпературный сверхпроводник. Показано, что особенности экспериментально измеренных I-V-характеристик позволяют идентифицировать симметрию . Также показано, что Андреевское рассеяние на пространственно-периодическом потенциале анизотропного спаривания слоистого сверхпроводника отвечает за формирование минищелей запрещенной энергии в спектре электронных возбуждений. Подобные минищели наблюдались в многочисленных туннельных экспериментах на металооксидних сверхпроводниках. Исследовано резонансное Джозефсоновское туннелирование через Андреевские связанные состояния и показано, что оно увеличивает значение критического тока в многослойных туннельных контактах и что локальные связанные состояния сильно влияют на соотношение ток-фаза I() в таких контактах. Исследованы электромагнитные свойства слоистых сверхпроводников с анизотропным спариванием и показано, что они существенно определяются свойствами транспорта электрического заряда вдоль с-оси. Показано, что коллективная резонансная мода, которая наблюдалась во многих экспериментах, возникает благодаря туннельному взаимодействия между соседними атомными СuO2 плоскостями и сильно зависит от симметрии параметра сверхпроводящего порядка в таких естественных монокристаллах. Предсказан эффект эмиссии Джозефсоновских плазмонов, возникающий благодаря неравновесной инжекции квазичастиц в высокотемпературный сверхпроводник. Этот эффект был подтвержден в экспериментах I. Iguchi (1999, 2000). Из решения системы связанных уравнений Sine-Gordon для штабеля Джозефсоновских переходов получено, что упорядочение флаксонной решетки может иметь вид ломаных цепей.

Ключевые слова: слоистый сверхпроводник, межслойное туннелирование, время релаксации, ефект Джозефсона, електромагнитное поле, енергетическая щель, Андреевское отражение, плазменная частота, флаксоны, связанные состояния, емиссия плазмонов.

Shafranjuk S.E. Phase-coherent charge transport in multilayered superconductors. - Manuscript.

Thesis for a doctors degree in physics and mathematics by speciality 01.04.22 - superconductivity. - Institute for Metal Physics of the National Academy of Sciences of the Ukraine, Kiev, 2000.

The thesis is devoted to the theoretical analysis of phase-coherent charge transport across the natural non-uniform structures including tunnel contacts, granular systems and layered materials. It is shown, that Andreev scattering on spatial - periodic anisotropic pairing potentials of a layered superconductor leads to formation the minigaps of forbidden energy in the electron excitation spectrum observed in tunneling experiments on cuprate superconductors. The electromagnetic properties of layered superconductors with anisotropic pairing are investigated and it is shown, that they crucially depend on properties of the c-axis electric charge transport. It is demonstrated, that the collective resonant mode, observed in many experiments, arises due to a tunnel interaction between adjacent atomic СuO2 planes in such single crystals and strongly depends on symmetry of the superconducting order parameter. The effect of Josephson plasma emission under conditions of nonequilibrum quasiparticle injection into a high-temperature superconductor was predicted. The solution of coupled Sine-Gordon equations obtained for a stack of Josephson junctions shows, that the fluxons can form buckled chain ordering.

Key words: layered superconductor, interlayer tunneling, relaxation time, Josephson effect, electromagnetic field, energy gap, Andreev reflection, plasma frequency, fluxons, bound states, plasmon emission.

Размещено на Allbest.ru