Основные классы ВТСП. Особенности и отличия от низкотемпературных соединений 2.6. Основные классы ВТСП

Главные семейства ВТСП Можно выделить несколько главных семейств термодинамически стабильных ВТСП: лантановые (неодимовые) структуры 2-1-4, редкоземельные 1-2-3; (иттриевоподобные), и, наконец, сложные многокомпонентные купраты, представляемые общей формулой как (Bi, Tl, Pb, Hg) m (Sr, Ba) 2 Ca n-1 Cu n O x, m,n=1,2,..., обладающие чрезвычайным разнообразием стехиометрических составов и фаз (висмутовые, таллиевые, ртутные и др. ВТСП) Фуллерены – допированные щелочными металлами (K, Rb, Cs) исходно сильные диэлектрики – кубические углеродные модификации C 60, молекула которого представляет правильный многогранник 2.

Электросопротивление В хороших монокристаллах и пленках оксидных ВТСП наблюдается почти линейный рост сопротивления с повышением температуры сразу за T c вплоть до T=300 K и выше без насыщения Фазовый переход «металл–диэлектрик» при изменении стехиометрического состава либо под влиянием облучения, давления 3.

Электросопротивление В системе YBa 2 Cu 3 O 6+δ при уменьшении содержания кислорода от значения δ=1, соответствующего наиболее высоким критическим параметрам, до δ=0.5, где сверхпроводимость исчезает, изменяется характер температурных зависимостей электросопротивления от металлического к полупроводниковому, понижается T c Температурная зависимость подчиняется закону Мотта для прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка (ρ~exp{[T 0 /T] 1/4 }) Можно предположить, что происходит переход металл– диэлектрик андерсеновского типа Похожие эффекты наблюдаются при радиационном воздействии на ВТСП. При облучении высокоэнергетичными электронами, ионами, нейтронами также происходит смена металлической зависимости на полупроводниковую 4.

Характеристики ВТСП Оценки постоянной Зоммерфельда γ из измерений электронной теплоемкости в нормальном состоянии (в приближении свободных электронов C=γT, γ=(2π 2 /3)N(E F )) и энергии Ферми дают E F ~1000K, что чрезвычайно мало, и низкую скорость на поверхности Ферми v F ~10 7 см/с На температурной зависимости теплоемкости в точке перехода прослеживается иногда аномально большой скачок В соединениях ВТСП чрезвычайно низкие концентрации носителей заряда: (по измерениям коэффициента Холла) n~10 21 см –3 Практически во всех ВТСП носители – дырки, за исключением неодимового и празеодимового ВТСП (Nd/Pr) 2–x Ce x CuO 4, где реализуется электронная проводимость ВТСП-соединения обладают сильной анизотропией физических свойств даже в нормальном состоянии 5.

Характеристики ВТСП Критические поля и длины когерентности: Особенность ВТСП – очень малые длины когерентности (несколько периодов решетки). Это говорит о сильной локализации, сильных корреляциях носителей заряда, в отличие от носителей заряда в традиционных сверхпроводниках Изотопический эффект при замене 16 O на 18 O в иттриевом ВТСП YBa 2 Cu 3 O 6+δ практически отсутствует 6. Соединение Поле перпендикулярно оси с Поле параллельно оси с H c2 (0), Тл Å Å La 2 x Sr x CuO YBa 2 Cu 3 O Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O

Характеристики ВТСП Характерные фононные температуры (дебаевские) обычно порядка K Измерения фононной плотности состояний говорят о существенном ангармоническом вкладе, связанном со смещением кислорода в базовых плоскостях в связях Cu-O (так называемые дышащие моды) В соединении La 2 х Sr х CuO 4 при увеличении копирования Sr (или Ba) наблюдается так называемое смягчение фононных мод, что находит отражение в уменьшении температуры Дебая от 360 K (x=0) до 280 K (x=0.17) Надежно установлено, что вольт-амперная характеристика (ВАХ) ВТСП вблизи критического тока может быть описана с помощью эмпирического соотношения: E=C(j–j c ) α. Для классических сверхпроводников такое соотношение справедливо в режиме вязкого течения потока 7.

Характеристики ВТСП Типичная температурная зависимость критического тока монокристаллов Измеренный из ВАХ критический ток имеет нелинейную температурную зависимость, причем при низких температурах – экспоненциальную ~ exp(–T/T 0 ), а вблизи T c удовлетворяет эмпирическому соотношению j c =C(1–T/T c ) α. 8.

Характеристики ВТСП Зависимость критического тока от внешнего магнитного поля неплохо укладывается в соотношение Эмпирический параметр B 0 сильно зависит от температуры и ориентации поля относительно оси с 9. j c (B)=j c (0)exp[–B/B 0 ]

Характеристики ВТСП Ток, как и другие критические параметры, сильно анизотропен, так что при пропускании его вдоль оси с его значение в 2-10 раз меньше, чем в перпендикулярном направлении Измерения поглощения продольного ультразвука свидетельствуют о появлении пика в коэффициенте поглощения ниже температуры сверхпроводящего перехода Изучались нелинейные отклики ВТСП на световые импульсы пикосекундной( с) длительности. Оказалось, что, в отличие от низкотемпературных СП, в которых характерные времена релаксации τ~10 -9 c, в ВТСП τ~ – c, т.е. существенно меньше Системы ВТСП оказались настолько сложными, что только комплексное использование практически всех известных современных экспериментальных методик физики твердого тела могло дать полную физическую картину как нормального, так и сверхпроводящего состояний этих соединений 10.