Сверхпроводники

ДОКЛАДПО ФИЗИКЕНА ТЕМУ СВЕРХПРОВОДНИКИ Выполнил ученик 10 А классаШколы 528 ЦАО города МОСКВЫСаная А. Г. МОСКВА 14.03.1999 годСверхтонкие YBCO пленки с Тс выше 77К Сверхтонкие lt 10нм ВТСП пленки представляютинтерес как для физических исследований, так и для практического использования,в частности в СВЧ-электронике джозефсоновские переходы, полевые приборы,нелинейные элементы микроволновых схем, инфракрасные детекторы и т.п.Однако критическая температура Тспленок YBCO резко снижается при уменьшении толщины ниже 10нм. Ответственностьза это несут как фундаментальные механизмы переход Костерлитца - Таулесса,передача заряда подвижных носителей через интерфейс , так и чистотехнологические причины рассогласование параметров решетки подложки ирастущей пленки. Стандартный прием улучшения сверхпроводящих свойствсверхтонких пленок использование буферного слоя между подложкой и пленкой при этом материал буферного слоя должен иметь неметаллические свойства имаксимально близкие к YBCO параметры решетки.

Лучшим буферным материалом дляYBCO оказался PrBa2Cu3O7 PBCO егоиспользование существенно повысило значение Тс, но важныйрубеж в 77К так и не был перейден.Для улучшения сверхпроводящих свойств сверхтонких YBCOпленок в отделе член-корр. РАН Игоря Всеволодовича Грехова ФТИ им. Иоффе РАН предложили принципиально новую структуру буферного слоя композитныйдиэлектрик, состоящий из кристаллитов изолятора YBa2NbO6 YBNO и сверхпроводника YBCO . Такой слой можно приготовить методом лазерногораспыления мишени, синтезированной из окислов Y, Ba, Cu, Nb. Пленка буферногослоя с типичной толщиной 30нм формируется на подложке SrTiO3.Дифракционные рентгеновские спектры показывают, что буферная пленка состоит изсмеси фаз YBCO спониженным содержанием кислорода и YBNO, имеющей кубическую структуру впостоянной решетки a 0.84нм. Характерный размер гранул - 100-500нм.Исследования ранних стадий роста пленок с помощьюатомно-силового микроскопа показали, что фаза YBCO в буферном слоедемонстрирует 3-D островковый рост, а фаза YBNO формирует ровное плато.

Обефазы сосуществуют бок о бок, и вблизи границы раздела фаз на диэлектрическомплато YBNO всегда присутствует некоторое количество 2-D зародышей YBCO, которыемогут являться центрами зародышеобразования нового молекулярного слоя YBCO приосаждении YBCO на YBaCuNbO буферный слой.Сверхтонкие пленки YBCO, осажденные непосредственно наподложку SrTiO3, формируются путем двумерного зародышеобразования споследующим ростом в плоскости a-b. В то же время как механизмом ростасверхтонких пленок YBCO на YBaCuNbO буферном слое является локальноераспространение ступеней.

В результате сверхтонкие пленки YBCO, осажденные наSrTiO3 подложку и на YBaCuNbO буферный слой, имеют разную морфологиюповерхности.

Авторы считают, что именно механизм роста путем локальногораспространения ступеней позволяет улучшить совершенство кристаллическойструктуры сверхтонкой YBCO и увеличить критическую температуру.

Применение принципиально нового буферного слояпозволило поднять Тс с 68К до 80К в пленке толщиной в 3ячейки и до 86К в пленке толщиной в 4 ячейки . Это пока лучший в миререзультат для пленок YBCO такой толщины.БиблиографияPhysica C, 1997, 276, с.18Proc.MRS 1998 Fall Meeting, Boston, USA Контактысверхпроводника с ферромагнетикомИсследование процессов на границе сверхпроводника сферромагнитным металлом привело к необычным результатам немонотоннаязависимость сверхпроводящей критической температуры многослойных структурферромагнетик F - сверхпроводник S , нетривиальное поведениемагнитосопротивления SFS структур и подавление сверхпроводящих свойств врезультате спин-поляризованной инжекции.В конце 1998 - начале 1999 года появился ряд новыхинтригующих публикаций. Так, в работе экспериментально исследовались тонкопленочные наноструктуры,образованные кобальтом или никелем со свинцом.

Основная идея заключается в том,что андреевское отражение на FS границе очень чувствительно кполяризации электронов проводимости в ферромагнетике.

Действительно, согласностонеровской зонной модели ферромагнетизм в металлах обусловлен различнымзаполнением подзон, образуемых электронами с противоположными направлениямиспинов. В то же время для прохождения электрона из нормальной обкладки всверхпроводящую подлетающий к NS границе электрон должен захватить ссобой другой электрон с противоположным импульсом и спином, чтобы образовать всверхпроводнике куперовскую пару на языке андреевского отражения это означает,что электронное состояние рассеивается в дырочное с противоположным спином иимпульсом, практически совпадающим с импульсом исходного электрона .Однако, если подлетающий электрон принадлежит,например, к доминирующей подзоне ферромагнетика, то у него могут возникнутьпроблемы с поиском партнера, так как плотность электронов на поверхности Фермидля другой подзоны с противоположным спином заметно меньше.

В результатеандреевское рассеяние должно подавляться в ферромагнитных металлах вплоть дополного исчезновения, если мы имеем дело со 100 поляризованной зоннойструктурой.

Именно явление подавления андреевского отражения в NS контактах призамене обычного нормального металла на ферромагнетик и было подтвержденоданными авторов.

В другой экспериментальной работе изучен собственно эффектблизости, т.е. проникновение сверхпроводящих свойств вглубь ферромагнетика.Какизвестно, в грязном пределе энергетической характеристикой, определяющей эффектблизости, является величина, равная h D L , где D - коэффициентдиффузии, а L - размер образца.

Верно и обратное утверждение расстояние, на которое проникает сверхпроводимость, по порядку величины равно Oh D E, здесь E это характерная энергия, определяющая подавлениесверхпроводящего спаривания в нормальном материале.В случае ферромагнетика вкачестве E следует взять энергию обменного взаимодействия, которую всвою очередь можно положить равной температуре Кюри. Так вот, выполненная такимобразом оценка дала для контакта кобальта со сверхпроводящим алюминием оченьзаниженные результаты, т.е. реальная длина затухания сверхпроводящих свойств вкобальте оказалась намного больше теоретически предсказанной.Упомянем еще теоретические расчеты проводимостимезоскопических FS структур, выполненные R. Seviour и C. J. Lambert из Великобританисовместно с А. Ф. Волковым из ИРЭ, а также I. Zutic и O. T. Valls из США. Имипредсказано немонотонное поведение дифференциальной проводимости как функциинапряжения при напряжениях, отвечающих зеемановскому расщеплению, в районенулевых смещений и пр. И, наконец, остановимся на цикле работ T. W. Clinton иM. Johnson из Naval Research Laboratory Washington , которые предложилиуправляемый джозефсоновский элемент на основе простой двуслойной геометрии, гдетонкая ферромагнитная пленка локально подавляет своим магнитным полемсверхпроводимость в полоске, на которую она нанесена, порождая тем самым слабуюсвязь. Наблюдение ступенек Шапиро подтвердило наличие нестационарного эффектаДжозефсона в данной структуре, которую авторы считают перспективным элементомбудущей криоэлектроники.БиблиографияJ. Low Temp. Phys 1986, 63, с.307 J. Phys. Condens.

Matter, 1996, 39, с.L563 Phys. Rev. Lett 1997, 78, с.1134 Phys. Rev. Lett 1998, 81, с.3247 Phys. Rev. Lett 1995, 74, с.16570 Phys. Rev. B, 1998, 58, с.R11872 Appl. Phys. Lett 1997, 70, с.1170 J. Appl. Phys 1998, 83, с.6777.