Металооксиди як джозефсонівські середовища: особливості струменевого стану і спектроскопічні характеристики

Необхідність виконання нерівності ddE12 >0 у більшості таких актів тунелювання призводить до кулонівської щілини в щільності станів g(E). Моделювання процесу методом Монте-Карло дає співвідношення g(E)~|E|gg, де показник gg залежить від відношення ширини розподілу домішкових рівнів по енергії W до характерної енергії DDc@@eVc=e2/(4ppeeee0rD) (rD - середня відстань між домішковими станами в центральному прошарку бар'єра). Якщо 2.0ііW/DDcіі1, то в тунельній провідності контакту з'являється лінійний фон

ss(V) =ss0+ q|eV|gg, ss(T)V=0 =ss0+2qaaT(k)gg,

gg»"1-1.3, q- константа, ss0- фонова, не резонансна частина провідності контакту. Процес інжекції електрона з лівого берега на рівень 1 і відходу електрона з рівня 2 у правий берег можна трактувати як непружний процес, при якому одночасно утвориться локалізований бозон, що поглинає енергію DD12, плюс електрон - діркова пара. Нехай F(ww,T)- ефективна спектральна функція такого комбінованого бозевского порушення, наприклад F=(2/pp)arctan(ww/a), a=bТ, b=1-2. Тоді ефективна щільність домішкових рівнів

, , .

Для порівняння з експериментом істотна також ширина DDV піка в другій похідній тунельній провідності d2ss/dV2. Взаємозв'язок параметрів aaT , G2 і DDV. Спостерігаються такі відповідності:

DDV~~--aaT--__.4455, aaT ~ G20.83.

У 5.5 приведено порівняння різних моделей лінійного фону в тунельній провідності з експериментом. Експериментальні значення коефіцієнта aaT знаходяться в інтервалі 1ЈЈ(aaT)expЈЈ1.3, eDDV=6-7kT. У моделі резонансного тунелювання [A15] при параметрі G2»"1.25, одержуємо aaT=1.1--1.2 і eDDV»"7kT. При двоступінчастому тунелюванні, супроводжуваного випущенням реальних фононів aaT»"28 " (aaT)exp»"1.2. У непружній тунельній моделі [15] при енергії спінових флуктуацій hhwwSF=6 меВ параметри G2=2 і aaT=1.6, однак ширина DDV узгоджується з експериментом лише для T>10 K. Крім того, модель [15] не пояснює велику амплітуду лінійного фону в тунельній провідності ss, тобто відношення ss(Vc)/ss(0). Для моделі резонансного тунелювання [A20] такої проблеми немає. При тунелюванні електронів через локалізовані стани при T=0 відношення ss(Vc)/ss(0)~exp(d/a0)"1, де d- товщина тунельного бар'єра, a0- радіус локалізованих станів. Це пояснює що спостерігається зміна провідності ss(V) більш ніж у 10 разів. Резонансна модель пояснює також широкий діапазон прояву лінійного фону [A15]. У двовимірній системі кулонівська щілина простирається до значень DDc@@e2/(4ppeeee0rD). Наприклад, при ee=4 і щільності рівнів n@@4Ч1020 см-3еВ-1 Vc»"2DDc@@400 меВ. При W/DDcЈЈ0.8, gg>1.3 і W/DDcіі3, gg<1 тунелювання через двовимірні аморфні діелектричні шари дає нелінійний вклад ddss~|V|gg.

У металевій фазі купрати мають псевдощілину Ep принципово іншої природи, що зберігається при T>Tc, коли "когерентна" надпровідникова щілина DDs=0. Псевдощілина Ep може бути зв'язана з хвилями зарядової (спінової) щільності і (чи) з якимсь варіантом спін - ферміонової взаємодії, див. напр. [1], [16], [17]). У підрозділі 5.6 обговорюється проблема визначення надпровідної щілини DDs і псевдощілини EP з вимірів тунельних і андріївських контактів. Як відомо, при андріївському відображенні квазічастки (за участю конденсату) перетворюються в квазідірки. Тому спектри андріївських контактів дозволяють визначити величину і кутову залежність когерентної щілини DDS(jj) [A22]. Андріївське відображення не ефективне в с- напрямку й в області "гарячих" ділянок поверхні Фермі (при jjііjjmaxЈЈpp/8), де відбувається сильне розсіювання квазічасток (одним з можливих механізмів такого розсіювання є страйп - структури, що створюють флуктуації типу хвиль -спінової (зарядової) щільності)). Ці ділянки добре виявляються в тунельній щільності станів, якщо вони попадають у конус кутів тунелювання. Тоді тунельний контакт реєструє максимальне значення псевдощілини EP, у той час як спектр андріївського відображення дозволяє визначити величину DDS(jjmax). Спостереження в характеристиках андріївських контактів Bi2212 і Bi2223 різанням сходинки показує, що в купратах (при різному ступені допірування) є ділянки поверхні Фермі "не зіпсовані" наявністю псевдощілини, для яких температурна залежність DDS(T), близька до кривої БКШ. Іншими словами, на цих ділянках час життя квазічастинок досить велике і тому для них прийнятний ферми-рідинний аналіз [A25]. У підрозділі 5.7 досліджена природа вузького піка в провідності тунельних і андріївських контактів, одержаних за методикою "break junction". Виявилося, що якщо площина таких контактів має прямий кут aa з осями (100) і (010), тоді при d- хвильовому характері спарювання в спектрі тунельного й андріївського контакту повинен виявляться гострий пік провідності G при V=0 (рис.19, Z- "бар'єрний параметр" БТК.

У перших двох частинах шостої глави з'ясований характер відображення фононної структури в похідній тунельній провідності d2I/dV2 анізотропного надпровідника. Зважувалися анізотропні рівняння Еліашберга для DD(ww,p)=jj(ww,p)/Z(ww,p), що дозволяють аналізувати будь-який механізм надпровідності, обумовлений обміном віртуальними бозонами. Використовувалися дисперсійні співвідношення, що зв'язують дійсні і мнимі частини функцій jj(ww,p), Z(ww,p). Мнимі частини функцій jj(ww), Z(ww) визначаються зі спектральної функції ЕФВ g(ww,p) за допомогою однократного інтегрування [A12]. Враховувалося також пружне розсіювання на звичайних домішках. Передбачалося, що в усереднених по поверхні Ферми ядрах рівнянь Еліашберга

N(ww)={N(ww,k)f(k)}k, Q(ww)={Q(ww,k)f(k)}k

ваговий множник f(k) дає перевагу напрямкам k, зорієнтованим убік максимальної енергетичної щілини DDmax. Тоді ядра Q і N мають порівняно гострий максимум при ww=DDmax, тому піки у фононній структурі F(ww) при ww=WW--відбиваються у виді піків у -d2I/dV2 при eV=WW+DDmax.

Фононні особливості не лише "прив'язані" до однєі і тієї ж "фундаментальної" щілини <DD>»"DDmax, але мають також подібну форму, що задається формою ядра Q(ww) в околиці DDmax. Прив'язка фононної структури в тунельних спектрах до DDmax зберігається і при обліку d- хвильового внеску в параметр порядку DD(ff)=DDcos(2ff). Відзначимо незвичайну форму фононної особливості в d2I/dV2: при d- хвильовому спарюванні локалізована ізотропна фононна мода WW=2DD відбивається у виді піка в похідній d2I/dV2, тоді як для звичайного, s- хвильового спарювання при тих же параметрах спостерігається провалля у характеристиці d2I/dV2. В експерименті спостерігаються піки в - d2I/dV2 [A24], що говорить про сильну анізотропію спектра оптичних коливань у купратах.

У розділі 6.2 показано, що для сильного ЕФВ узагальнення формули Дайсона, має вигляд [A13]

де DD(ww) - комплексний параметр енергетичної щілини надпровідника при відсутності процесів розриву пара, GG - параметр, що враховує ефекти розпарювання. Відповідні узагальнені рівняння Еліашберга

,

(NGGєєND, QGG=Q(ww+iGG).

Розв'язання цих рівнянь за схемою: експериментальна крива

d2I/dV2®®NGG(ww)®®DD(ww+iGG)®®DD(ww)®®aa2F(ww) [18]

дозволяє визначити усереднену за напрямками k функцію ЕФВ aa2F(ww) анізотропного надпровідника. Показано, що фононна структура в d2I/dV2 розмивається лише при досить великому факторі розпарювання GG. Тому вона спостерігається навіть при сильно розмитій тунельній щільності станів N(ww), що дозволяє використовувати положення фононної структури для визначення величини DDmax [A4].

Спектроскопія фононів інтерфейсу в купратах обговорюється в підрозділах 6.3, 6.4. Розглянемо непружне тунелювання через пару домішок (1), (2) у тунельному бар'єрі. Нехай електрон спочатку тунелює ліворуч на домішку (1), потім - на домішку (2) і, нарешті - у правий електрод. При перескокові з першої домішки на другу випромінюється фонон з енергією ћћww=DDee=ee1--ee2, де ee1, ee2 - енергії домішкових рівнів 1, 2. Спектроскопія граничних енергій таких фононів можлива тому, що енергії домішкових рівнів у бар'єрі ee1, ee2 залежать від напруги V. Тому від напруги залежіть відстань DDee між рівнями

DDee=DDee0+eV/K.

Тут K=d/(Z2-Z1), d - товщина бар'єра, Z1, Z2 ---відстань домішок 1, 2 до лівого електрода. Нехай wwi - гранична частота i-й галузі фононного спектра (на краю зони Бріллюена). Фонони цієї галузі випромінюються, поки різниця енергій DDee менш граничної енергії ћћwwi, DDeeЈЈ ћћwwi. Рівність DDee = ћћwwi досягається при напрузі Vi=K(ћћwwi--DDee__). При DDee>ћћwwi випущення фононів i-й галузі переривається, тобто при V>Vi канал тунелювання з випромінюванням фононів i-й моди різко закривається. В результаті тунельний струм падає, а в провідності dI/dV контакту з'являється гостра особливість при напрузі V=Vi.

Для найбільш ефективного каналу виконуються “"резонансні”" умови

Z1»"d-Z2, Z1»"d/3, K=d/(Z1-Z2)»"3,

коли парціальний струм пропорційний “"бар'єрній”" функції ЕФВ g(ww),

,

де . N(0) -- щільність електронних станів у металевому електроді, aa22- константа електрон-фононного зв'язку в діелектрику. Для оптичної моди ww0 при q®®0 aa22 ~ q44, і функція не дає особливості в тунельній провідності. Особливість виникає при великих векторах q, де в околиці особливості Ван-Хова форма-фактор aa22 можна вважати константою, тому справедлива відповідність g(ww)~F(ww). Якщо на границі фононного спектра

,

то при

V®®Vi ddG=-Gccc(v)(V-Vi)-1/2.

Амплітуда стрибків ddG обмежена умовою

||ddG||~Gc/2K, де Gc=e2/pphh.

Положення "фононних" особливостей при Vi=K(ћћwwi--DDee0) узгоджується з експериментом при K=2.3, DDee0 »" 0 [A21]. Однак амплітуда стрибків, що спостерігається в експерименті, у провідності |(G| перевершує теоретичну оцінку max|(G|=Gc/2K більш ніж у сто разів. Посилення ефекту в купратах можна пояснити утворенням кластерів домішкових станів. Тоді амплітуда ефекту

||ddG||~N1N22Gcexp(--ST),

де N1, N2 -- число рівнів у кластерах 1 і 2, ST=Scth(hhWW0/2kT), WW__---- деяка середня фононна частота. Передбачається, що кластери розташовані в площинах, нормальних до напрямку тунелювання, тому домішки в них знаходяться при тій самій напрузі зсуву. З порядку величини безрозмірний параметр S»"(u/u0)2, де u0 - амплітуда нульових коливань u--- характерна величина поляронної деформації ґрат, обумовлені присутністю електрона на домішці. Параметр DDee, зв'язаний з положенням кластерноі підзони, задається точкою перетинання прямої eVi=DDee+Kћћwwi з віссю абсцис. Значення, що спостерігається, локалізованих станів утворяться біля одного рівня у безпосередній близькості рівня Фермі.

Висновки

Проведений теоретичний аналіз контактних явищ і токових станів у металокераміках з позиції фізики джозефсонівського середовища дозволяє зробити наступні висновки.

1. Аномальні гістерезисні явища в транспортних характеристиках купратів, що спостерігаються у великих магнітних полях, обумовлені неоднозначністю поверхневого струму у надпровідникових гранулах. Вирішальним фактором є зміна реакції джозефсонівського контакту на магнітне поле після інжекції в береги контакту вихорів Абрикосова. Максимальний гістерезис досягається, коли динаміці цих вихорів перешкоджає поверхневий бар'єр.

2. Джозефсонівські вихори, що охоплюють безліч контактів у двовимірному середовищі, відповідають за їхню взаємну синхронізацію. Тому характер переходу гранулярних плівок в надпровідний стан визначається не ефектами перколяції, а динамікою джозефсонівських вихорів.

3. Завдяки сингулярностям Ван-Хова в електронному спектрі щільність надпровідникових електронів купратів може зменшуватися при рості параметра міжплощинного зв'язку, що досягається при збільшенні щільності локалізованих станів у буферних шарах купратів.

4. Двохпікова структура в тунельній провідності NINS контактів можлива навіть при ідеальній границі між шарами NS сандвіча. Результат справедливий, і тоді, коли довжина вільного пробігу електронів порівнянна з довжиною когерентності, що виконується в якісних контактах із ВТНП.

5. Процеси електроміграції в контактах з металооксидами різко прискорюються при наявності в бар'єрі локалізованих станів. Це пояснює оборотну зміну опору контактів після подачі великого постійного перемикаючого напруження.

6. При будь-якому бозонном механізмі надпровідності є верхня границя для відношення 2DD/kTc. Електрон - фононна взаємодія може дати помітний внесок у параметр 2DD/kTc навіть при d- хвильовому характері спарювання в купратах.

7. "Гігантська" аномалія в опорі тунельних контактів з металооксидами виникає в результаті резонансного тунелювання електронів через локалізовані домішкові рівні в бар'єрі, коли істотно кулонівська взаємодія електронів із зарядами домішкових станів.

8. Анізотропія енергетичної щілини надпровідника і (чи) d- хвильовий характер спарювання не перешкоджають виявленню фононної структури, у тунельних спектрах, що завжди "прив'язана" до максимуму |DD(k)|.

9. Непружне тунелювання електронів через локалізовані стани в бар'єрі призводить до гострих списів в опорі контактів з металооксидами. Амплітуда ефекту, що спостерігається, свідчить про утворення кластерів локалізованих рівнів у діелектричних шарах купратов.

Список опублікованих праць за темою дисертації

A1. Svistunov V.M., D'yachenko A.I., Tarenkov V. Yu. Resistive vortices and two- dimensional transition in aluminum films// J. Low Temp. Phys.- 1984.- 57, N5/6.- P. 619- 627.

A2. Дьяченко А.И., Таренков В.Ю. Избыточный ток и динамика вихрей в широких сверхпроводящих пленках// ЖЭТФ.- 1986.- 91,N3.- c. 891- 901.

A3. Дьяченко А.И., Квачев А.А., Свистунов В.М., Землянов М.Г., Паршин П.П., Черноплеков Н.А. О фононном механизме сверхпроводимости металлооксидов в LaSrCuO и YBCO// СФХТ.- 1988.- 4. -С. 65-68.

A4. Свистунов В.М., Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Квачев А.А., Черняк О.И.. Проявление низкочастотных возбуждений высокотемпературных сверхпроводников в туннельной проводимости// ФТТ.- 1988.- 30, N11.- С.3515-3517

A5. D'yachenko A.I., Kvachev A.A., Kochergin I.V., Svistunov V.M. Probable role of high-frequency modes in high-T superconductors// Phys. Lett. A.- 1990.- 150, N2.- P.121- 125.

A6. Svistunov V.M., D'yachenko A.I., Tarenkov V. Yu. Pressure effects on high-Tc superconductors current transfer// Int. J. Mod. Phys.- 1991.- 5, N20.- P. 3255- 3265.

A7. D'yachenko A.I., Kochergin I.V. Proximity effect theory in thick NS sandwiches // J. Low Temp. Phys.- 1991.- 84, N3&4.- P. 197- 235.

A8. Svistunov V.M., D'yachenko A.I. A layered structure as a Josephson medium// Supercond. Sci. Technol.- 1992.- 5.- P.98-100.

A9. Дьяченко А.И., Чабаненко В.В. Необратимые явления в поглощении электромагнитного поля в пластинах ВТСП// ФНТ.- 1992.- 18, N8.- C.826- 837.

A10. D'yachenko A.I. Hysteresis of transport critical current of high Tc superconductors in strong magnetic fields. Theory// Physica C.- 1993.- 213, N1&2.- P. 167- 178.

A11. D'yachenko A.I. Double-step behavior of the critical current vs magnetic field in a bulk Josephson medium// Mod. Phys. Lett. B.- 1994.- 8,N24.- P. 1483- 1491.

A12. Дьяченко А.И. Особенности плотности состояний анизотропных сверхпроводников в пределе сильной связи// ФНТ.- 1994.- 20, N8.- C. 793-798.

A13. Дьяченко А.И., Свистунов В.М. Фононная структура в туннельной проводимости - возможный ключ к механизму высокотемпературной сверхпроводимости// ФНТ.- 1996.- 22, N5.- C.547- 550.

A14. Перекрестов Б.И., Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Свистунов В.М. Экструзия провода из высокотемпературной сверхпроводящей керамики Bi-2223-Ag// ЖТФ.- 1996.- 66, N10.- C. 128-138.

A15. Дьяченко А.И., Таренков В.Ю., Абалешев А.В., Свистунов В.М.. О природе линейного фона в туннельной проводимости металлооксидов: эффекты давления// ФТТ.- 1996.- 38, N6.- C.1690- 1698.

A16. Дьяченко А.И. Природа гигантского пика сопротивления туннельных контактов: проявление кулоновской щели в плотности локализованных уровней// ФТВД.- 1996.- 6, N3.- C. 107- 127.

A17. Дьяченко А.И., Чабаненко В.В., Шимчак Г., Пехота. С. Неустойчивости потока в магнитных свойствах текстурированных YBCO и роль динамики двойноковых границ//ФТТ.- 1996.- 38, N10.- C. 2959- 2968.

A18. Chabanenko V.V., D'yachenko A.I., Szymczak H., Piechota S.. Failure of textured YBCO samples in the strong magnetic field// Physica C. - 1997.- 289.- P. 211-215.

A19. D'yachenko A.I., Stankowski J. Critical current and relaxation in Josephson media// ФНТ.- 1996.- 22, N6.- C.635- 637.

A20. Дьяченко А.И. Линейный фон в проводимости туннельных контактов и проблема маргинальной ферми- жидкости// ФТВД.- 1998.- 8, N4.- C. 47-52.

A21. Дьяченко А.И. Резонансная туннельная спектроскопия фононов в купратах// ФТВД.- 1998.- 8, N3.- C. 51- 64.

A22. Свистунов В.М., Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Аоки Р., Мураками Х., Шираи, М. Спектроскопия квазичастичных возбуждений сверхпроводящего висмутового купрата при высоких давлениях// ЖЭТФ.- 1998.- 113, N4. - C. 1397- 1410.

A23. Дьяченко А.И. Резонансное стимулирование диффузии кислорода в металлооксидах// ФТВД.- 1998.- 8, N1.- C. 41- 60.

A24. Svistunov V.M., Tarenkov V.Yu., D'yachenko A.I., Aoki R. Phonon spectra in the conductance of Andreev junctions on Bi2223 at high pressure// Physica C.- 1999.- 314.- P.205- 210.

A25. Свистунов В.М., Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Хатта И. Температурная зависимость энергетической щели в сверхпроводящем металлооксиде Bi2223.// Письма в ЖЭТФ.- 2000.- 71, N7- С.418- 423.

A26. D'yachenko A.I., Tarenkov V.Yu., Szymczak R, Abal'oshev A.V., Abal'osheva I.S., Lewandowski S.J., Leonyuk L. d-wave superconductivity of hole-doped (SrCa)10Cu17O29 ladder compound// Phys. Rev. B.- 2000.- 61, N2.- P. 1500- 1506.

A27. Дьяченко А.И. Давление как инструмент качественного анализа электрон - электронных корреляций в купратах// ФТВД.- 2001.- 11, N2.- C. 45- 59.

A28. Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Криворучко В.Н. Индуцированное давлением изменение магнитной структуры поверхности гранул La0.6Sr0.4MnO3// ЖЭТФ.- 2001.- 120, N1(7).- C.205-213.

Цитована література

1. Emery V.J., Kivelson S.A., Zachar O. Spin-gap proximity effect mechanism of high- temperature superconductivity// Phys. Rev. B.- 1997.- 56, N10.- P. 6120- 6147.

2. Bar'yakhtar V.G, D'yachenko A.I., Svistunov V.M. Kinetic properties of ceramic superconductor as a Josephson medium/in: "High- Tc superconductors: theory and experiment" Springer- Verlag, Berlin ed. by A.S. Davidov, V.M. Loktev, Berlin, 1992, P.136-149.

3. Дьяченко А.И. Вихри в джозефсоновских средах. - Донецк, 1984.- 36 с. (Препринт/ АН УССР, ДонФТИ; N2), 64с.

4. Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Ступаков В.В. Наблюдение вихревых структур в окрестности резистивного перехода гранулированных пленок алюминия// ФТТ.- 1982.- 24, N9.- C. 2569- 2573.

5. Дьяченко А.И., Свистунов В.М. О влиянии сильных магнитных полей на критический ток джозефсоновских сред// 26 Всесоюзное совещание по ФНТ.- Донецк, 1990.- т.1.- С. 185-186.

6. Svistunov V.M., Aomine T., Fukami T., Yamamoto T., D'yachenko A.I. Hysteretic Phenomena in the Critical Current of High T Superconductors in Magnetic Fields// Modern. Phys. Lett. B.- 1997.-11, N 26&27.- 1133- 1151.

7. Кулик И.О., Янсон И.К. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. - М.: Наука. 1970.-272 с.

8. Blatter G., Figel'man M. V., Geshkenbein V. B., Larkin A. I. Vortices in high-temperature superconductors// Rev. Modern Phys. - 1994. - 66, N4. - P. 1125- 1388.

9. Пан В.М. Пиннинг и динамика вихрей Абрикосова, дефекты кристаллической структуры и проблема плотности критического тока в монокристаллах и бикристально ориентированных пленках ВТСП YBCO// Успехи Физики Металлов .- 2000.- 1.- С. 49-154.

10. Свистунов В.М., Таренков В.Ю., Дьяченко А.И., Василенко А.В., Климов В.В., Ройзенблат Е.М. О природе большого критического тока в текстурированных металлооксидах иттрия// ЖЭТФ.- 1991.- 100, N6.- C. 1945- 1950.

11. Wolf E.L. Principles of electron tunneling spectroscopy.- New York: Oxford University press, 1985. (Вольф Е.Л. Принципы электронной туннельной спектроскопии. Пер. с англ. ред. В.М. Свистунов) - К.: Наукова Думка, 1990.- 454 с.

12. Свистунов В.М., А.И. Дьяченко. Особенности туннелирования в металлооксидные сверхпроводники. Магнитные и электронные свойства металлов// Металлофизика, Приложение. - 1989, 1, С.169-189.

13. Свистунов В.М., Дьяченко О.I., Таренков В.Ю. Локалiзованi нерівноважної об'єкти в широких надпровiдних плiвках// Вiсник АН УРСР.- 1988.- N10.- C. 21- 33.

14. Рыбальченко Л.Ф., Фисун В.В., Бобров Н.Л., Янсон И.К., Бондаренко А.В., Оболенский М.А.// ФНТ.- 1991.- 17.- C. 202.

15. Kirtley J.R., Washburn S., Scalapino D.J. Origin of the linear tunneling conductance background// Phys. Rev. B.- 1992.- 45, N1.- 336- 346.

16. Gabovich A.M., Voitenko A.I. Nonstationary Josephson effect for superconductors with charge-density waves.// Phys. Rev. B.- 1997.- 55, N2.- P. 1081- 1099.

17. Timusk T., Statt B. The pseudogap in high-temperature superconductors: an experimental survey// Rep. on Progr. in Physics.- 1999.- 62, N1.- P. 61-122.

18. D'yachenko A.I., Svistunov V.M.. Phonon structure in tunneling conductance as a possible key to the mechanism of high-Tc superconductivity// Int. Soc. Opt. Eng. Proceedings (SPIE).- 1996.- Vol. 2696, pt B.- P. 402- 410.

Анотації

Дьяченко А.И. Металлооксиды как джозефсоновские среды: особенности токового состояния и спектроскопические характеристики. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико- математических наук по специальности 01.04.22.- сверхпроводимость. - Институт металлофизики имени Г.В. Курдюмова Национальной академии наук Украины, Киев, 2001.

Диссертация посвящена теоретическому анализу особенностей токового состояния и спектроскопических характеристик металлооксидов с позиции физики джозефсоновской среды. Показано, что главной причиной стабилизации критического тока керамик, наблюдаемого в больших магнитных полях, является потеря чувствительности критического тока однородных джозефсоновских контактов к магнитному полю. Построена теория гистерезисных явлений в джозефсоновских средах в больших магнитных полях, учитывающая как модификацию соотношения ток- фаза, так и вариации величины межгранульного поля. Показано, что в наибольшей степени к сильному гистерезису критического тока керамик приводит поверхностный барьер для абрикосовских вихрей. Такая ситуация часто возникает в гранулярных керамиках, что объясняет гистерезисные аномалии в различных транспортных характеристиках сверхпроводников. Получены уравнения электродинамики джозефсоновский среды в пределе большой плотности контактов. Показано, что вязкость вихрей в таких структурах аномально мала. Пиннинг вихрей может достигать величины, соответствующей "токам распаривания". Высокая подвижность джозефсоновских вихрей в среде обеспечивает наблюдаемую взаимную синхронизацию двумерной неупорядоченной структуры джозефсоновских контактов. В результате, даже в неоднородных 2D- структурах контактов характер перехода в когерентное состояние определяется не эффектами перколяции, а реализацией фазового перехода БКТ для джозефсоновских вихрей. Показано, что благодаря особенностям Ван-Хова в электронном спектре плотность сверхпроводящих электронов купратов может убывать при росте параметра межплоскостной связи. Построена модель подавления критического тока металлокерамик при усилении межзеренной проводимости, обусловленная наличием локализованных примесных состояний в буферных плоскостях. Построена микроскопическая теория туннельного эффекта в контактах с NS- сэндвичами, объясняющая широкий диапазон наблюдаемых туннельных характеристик в купратах. Модель применима при чистой NS- границе и когда длина свободного пробега электронов сравнима с длиной когерентности, что выполняется в качественных контактах с ВТСП. Предложена модель, поясняющая эксперимент в андреевских и туннельных контактах, согласно которой имеются резко ограниченные участки поверхности Ферми купратов, для которых справедливо обычное приближение ферми- жидкости. Показано, что анизотропия и d- волновой характер спаривания не препятствуют наблюдению фононной структуры в туннельном спектре купратов, которая "привязана" к максимуму энергетической щели. При этом электрон- фононное взаимодействие может внести в отношение 2DD/kTc значительный вклад, даже если базовый механизм сверхпроводимости нефононный. Установлена верхняя граница для параметра 2DD/kTc при произвольном бозонном механизме спаривания. Показано, что "гигантская аномалия" в сопротивлении туннельных контактов возникает при кулоновском взаимодействии электронов, резонансно туннелирующих через локализованные примесные уровни в барьере. При этом объясняется как большая амплитуда эффекта, так и широкий диапазон напряжений, при котором в характеристиках с металлооксидами проявляется так называемый линейный фон. Показано, что туннелирование через локализованные состояния может вызвать перескоки кислородных ионов, что объясняет наблюдаемое резкое изменение сопротивления контактов при подаче на них постоянного напряжения. Предложен механизм спектроскопии фононных мод в купратах, в основе которого лежит процесс неупругого туннелирования электронов через примесные состояния в барьере. Если примесные состояния образуют кластеры (с близкими значениями энергий), то такое туннелирование приводит к резким пикам в сопротивлении контактов при напряжениях, пропорциональных частотам оптических мод.

Ключевые слова: джозефсоновская среда, эффект Джозефсона, критические токи, гистерезисные явления, туннельный эффект, локализованные состояния, кулоновская псевдощель, фононный спектр, сверхпроводящий параметр порядка.

Дьяченко О.І. Металооксиди як джозефсонівські середовища: особливості струменевого стану і спектроскопічні характеристики. - 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, 2001.

Дисертація присвячена теоретичному аналізу особливостей струмового стану і спектроскопічних характеристик металооксидів з позиції фізики джозефсонівського середовища. Показано, що в сильному магнітному полі критичний струм контактів слабко залежить від величини поля, тому гістерезис транспортних характеристик купратів визначається перерозподілом щільності вихорів Абрикосова в гранулах. Побудовано мікроскопічну теорію тунельного ефекту в контактах з NS- сандвічами, що пояснює широкий діапазон тунельних характеристик, які спостерігаються. Показано, що анізотропія і d- хвильовий характер спарювання не перешкоджають спостереженню фононної структури в тунельному спектрі, при цьому електрон - фононна взаємодія може додати у відношення 2DD/kTc значний внесок. Встановлено верхню границю для параметра 2DD/kTc при довільному бозонному механізмі спарювання. Показано, що "гігантська аномалія" в опорі тунельних контактів з металлооксидами виникає при тунелюванні електронів через локалізовані домішкові рівні в бар'єрі. Тунелювання через локалізовані стани може також викликати зсув кисневих іонів, що різко змінює опір контактів. Нарешті, якщо домішкові стани утворять кластери, то таке тунелювания відповідає за гостри списі в опорі контактів при напругах, пропорційних частотам оптичних мод у бар'єрі.

Ключові слова: джозефсонівське середовище, ефект Джозефсона, критичні струми, гістерезисні явища, тунельний ефект, локалізовані стани, кулонівська псевдощілина, фононний спектр, надпровідний параметр порядку.D'yachenko А.I. Metal oxides as a Josephson media: features of current states and spectroscopic characteristic. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree in physics and mathematics by specialty 01/04/22- superconductivity. - Institute for Metal Physics of the National Academy of Sciences of the Ukraine, Kiev, 2001 .

The thesis is devoted to the theoretical analyses of charge transport across Josephson media and tunnel junctions. Dynamic and static properties of the multi-coupled structures and systems of Josephson junctions have been considered. The Josephson vortices viscosity and pinning in thin films have been calculated. It is shown, that for HTSC an abnormal hysteresis of the critical current in high magnetic field is due to an irreversibility of the grain surface current. The tunneling density of states of clean NS sandwiches is calculated. The double-peak structure and dip- peak structure was obtained. It is demonstrated, that for d-wave superconductor the phonon structure in tunnel conductance is connected with the maximum of the energy gap. Is shown, that the tunneling through the located states explains "huge zero anomaly" (or "Coulomb pseudogap") and can speed up processes of oxygen ions migration. The mechanism of phonon modes spectroscopy in dielectric layers of cuprates is proposed.

Key words: Josephson media, Josephson effect, critical currents, energy gap, Andreev reflection, localized states, Coulomb pseudogap, phonon spectrum.

Размещено на Allbest.ru