Нелинейность намагниченности выше Тс и псевдощель YBa2Cu3O7-x Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 538.945

НЕЛИНЕЙНОСТЬ НАМАГНИЧЕННОСТИ ВЫШЕ Тс И ПСЕВДОЩЕЛЬ УВа2Си307_х

А. И. Головашкин, Н. Д. Кузьмичев1, В. В. Славкин2

Выполнены предварительные экспериментальные исследования температурной зависимости третьей гармоники намагниченности текстурир о ванного поликристалла УВа^СизОт-х выше Тс. Обнаружено, что нелинейность намагниченности У Ва^Си^От-х наблюдается вплоть до температуры Т — 102 А', значительно превосходящей температуру перехода в сверхпроводящее состояние этого соединения. Наблюдаемая особенность намагниченности УВа2СизОт-х связывается с возникновением в этом соединении псевдощелевого состояния при Т = 102 К.

В настоящее время активно обсуждается псевдощелевая структура высокотемпе ратурных сверхпроводников (ВТСП) [1-6]. В различных экспериментах наблюдают ся особенности физических свойств ВТСП, связанные с существованием псевдощели выше температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс [7]. В ВТСП соединении УВа2Си307-х псевдощель ранее наблюдалась в измерениях оптической проводимости [8], в экспериментах по неупругому рассеянию нейтронов [9], методами ЯМР и ЯКР [10]. по отклонению температурной зависимости сопротивления от линейной [11, 12].

Нами проведены предварительные экспериментальные исследования температурной зависимости третьей гармоники намагниченности текстурированного поликристалла УВа2Си307-х при температурах Т, превышающих Тс. Выбор третьей гармоники связан с тем, что при работе в небольших магнитных полях целесообразно использовать нечетные гармоники.

1 Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Саранск, Россия.

2Саранский кооперативный институт Центросоюза РФ, Саранск, Росиия.

Сверхпроводящие образцы были вырезаны из текстурированной заготовки так, что ось "с" находилась в плоскости пластины. Образцы имели размеры 16х8х2.5л1.м3, Тс = 89 А' и ширину перехода в сверхпроводящее состояние ДТ = 0.5 А'.

н е,, цУ

Рис. 1. Схема измерения гармоники намагниченности двухкатушечным компенсационным методом. 1 - первичная (входная) катушка индуктивности, 2 и 3 - две одинаковые, встречно намотанные выходные катушки индуктивности, находящиеся внутри катушки 1, 4 -образец УВа^Си^От^х, находящийся в катушке 2. Стрелками указано направление магнитного поля Н, создаваемого входной катушкой. Сигнал отклика е(£) с выходных катушек подается на резонансный усилитель.

Рис. 2. Температурная зависимость амплитуды третьей гармоники ЭДС е3 (пропорциональной третьей гармоники намагниченности) поликристалла УВа2Си30т-х при Т > Тс в переменном магнитном поле Н = 20 Э (частота переменного поля / = 120 Гц).

Измерение гармоники намагниченности проводилось двухкатушечным компенсационным методом [13]. Синусоидальный сигнал частотой ш с генератора (коэффициент гармоник 0.005%) подавался на входную катушку, внутри которой были расположе ны две одинаковые, встречно намотанные выходные катушки индуктивности (рис. 1). Сигнал отклика б(£) с выходных катушек подавался на вход селективного вольтметра. Величина сигнала отклика выражается формулой [14]

е(*) = (1)

Здесь М - намагниченность образца, 5 - сечение образца, N - число витков приемной катушки, //о = 47Г • Ю-7 Г и/м. Система, состоящая из катушек с образцом и платиновым термометром, помещалась в массивную медную "бомбу". Измерения проводились в парах азота.

Результаты приведены на рис. 2. На рисунке показана температурная зависимость амплитуды третьей гармоники ЭДС бз (пропорциональной амплитуде третьей гармоники намагниченности) поликристалла УВа^Си^О^-х в переменном магнитном поле Н{1) = Н • соз(и;£), где Н = 20 Э, и = 27т/ и / = 120 Гц. Из рисунка видно, что величина 63(Т) выше температуры Тс в интервале от 92 до 102 К отлична от нуля и ее температурная зависимость имеет особенности. Таким образом, нелинейность намагниченности образца У В а^Си^От-х наблюдается до температур 1 ~ 102 К. Отметим, что в этой области температур наблюдаются и следующие нечетные гармоники с уменьшающейся амплитудой. Особенности, наблюдаемые на зависимости б3(Т), возможно, связаны с неидеальностью образца.

На рис. 3 показаны результаты измерения температурной зависимости амплитуды третьей гармоники 63 при температурах ниже Тс. Отметим, что амплитуда третьей гармоники ниже Тс существенно превышает амплитуду этой гармоники в "псевдощелевой" области температур. Так отношение амплитуд третьей гармоники при температурах 84 А' и 97 К б3(84 К)/е3(97 А') и 20.

На рис. 4 приведены результаты измерения температурной зависимости третьей гармоники 63 при амплитуде магнитного поля 100 Э. Хотя измерения выполнены только до температуры Т = 97 К, результаты аналогичны предыдущему случаю: нелинейность намагниченности наблюдается при температурах, заметно, превышающих Тс. Видно, что увеличение амплитуды магнитного поля подавляет третью гармонику намагниченности, связанную с псевдощелью, то есть выше Тс, сильнее, чем ту же гармонику ниже Тс. Отношение максимальных амплитуд третьей гармоники при температурах ниже и выше Тс составляет в этом случае примерно 35.

В рамках существующих моделей магнитных свойств сверхпроводников полученные результаты объяснить затруднительно. По нашему мнению, эти данные объясняются псевдощелевой структурой ВТСП. В этом случае температура возникновения псевдощели Т* в нашем образце УВа^Си307^х составляет 102 К. Это значение температуры Т* хорошо согласуется с данными [11, 12]. В работе [11] авторы наблюдали резкий спад сопротивления (отклонение от линейного хода) в образце керамики УВаСиО при Т = 102 А'. Какие-либо литературные данные об измерении температуры возникновения псевдощели по гармоникам намагниченности нам не известны.

Существует два основных подхода к вопросу о происхождении псевдощели [5-7]: 1) ее источником являются флуктуации "диэлектрического" типа (т.е. возникает "диэлектрическая" псевдощель); 2) псевдощель имеет сверхпроводящую природу, т.е. ее

е3, шУ

е3, шУ

0.8

1.0

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Т,К

0.2 20

0.6

0.4 юо

О

\88 90 92 94 96 Т, К

60

е3, шУ

86 88 90 92 94

86 88 90 92 94 96 Т, К

Рис. 3. Температурная зависимость амплитуды третьей гармоники е3 при температурах

Н11ЭЮС- Тс«

Рис. 4. Температурная зависимость амплитуды третьей гармоники ЭДС е3 поликристалла У Ва^Си^От-х в переменном магнитном поле Н = 100 Э (частота переменного поля /

источником являются флуктуации "сверхпроводящих" пар (возникает "сверхпроводящая" псевдощель). Однозначного ответа по этому вопросу пока нет. Рассматривались также модели, в которых в кристалле ВТСП по разным направлениям импульсного пространства возникают обе псевдощели - и "диэлектрическая" и "сверхпроводящая" [5].

Во втором подходе считается, что при некоторой температуре Т* > Тс образуются некогерентные "сверхпроводящие" пары, а когерентность в объеме образца и, соответственно, "настоящее" сверхпроводящее состояние устанавливается при Тс. В этом случае наличие "сверхпроводящих" пар при Тс < Т < Т* должно отражаться на темпе ратурной зависимости намагниченности образца. Намагниченность будет нелинейной вследствие влияния магнитного поля на фазовую когерентность, образование и взаимодействие таких пар. Например, в такой системе возможно образование вихрей при

120 Гц).

температурах ниже Т*. При этом на эксперименте должны наблюдаться гармоники намагниченности в области Т < Т*.

В первом подходе "диэлектрическая" псевдощель в таких ВТСП соединениях, как YВа2СизОт-х, возникает из-за антиферромагнитных флуктуаций. По-видимому, это также должно приводить к нелинейной намагниченности при температурах Т < Т". Для окончательного выяснения природы псевдощели в ВТСП соединениях необходимо использовать различные эксперименты.

Таким образом, состояние ВТСП систем при Т < Тс < Т* является необычным нормальным состоянием, состоянием с псевдощелью. И фазовый переход из сверхпроводящего в такое "нормальное" состояние не является переходом типа БКШ. Поэтому исследование этого фазового перехода, этого состояния выше Тс методом гармоник намагниченности позволит получить новые данные о природе как самого перехода, так и псевдощелевого состояния ВТСП.

Заключение. Нами предложен новый метод определения температуры возникновения псевдощели Т* в ВТСП соединениях, основанный на измерении гармоник намагниченности. Проведены предварительные экспериментальные исследования температурной зависимости третьей гармоники намагниченности текстурированного поликристалла YВа2Сиз07-х выше Тс. Результаты работы были доложены на конференции "Научная сессия МИФИ-2006" [15].

Авторы выражают благодарность А. В. Калинову и В. В. Александрову (Всероссийский электротехнический институт) за предоставление образцов.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект N 04-02-16455), РАН и Минобр-науки.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Ding Н., Y о к о у а Т., С a m р u z а п о J. С., et al. Nature, 382, 51 (1996).

[2] Т i m и s к Т. and S t a t t B. Rep. Prog. Phys., 42, 61 (1999).

[3] T a 1 1 о n J. L. and L о г a m J. W. Physica C: Superconductivity, 349, N 1 - 2, 53 (2001).

[4] N о г ш a n M. R. and P e p i n C. Rep. Prog. Phys., 66, 1547 (2003).

[5] А н ш у к о в а Н. В., Головашкин А. И., Иванова JI. И., Русаков А. П. ЖЭТФ, 123, N 6, 1188 (2003).

[6] Белявский В. И., Коп ае в Ю. В. УФН, 174, 457 (2004).

[7] С а д о в с к и й М. В. УФН, 171, N 5, 539 (2001).

pomes С. С., Т i m u s к Т., L i a n g R., et al. Phys. Rev. Lett., 71, 1645 (1993).

[9] R о s s a t - M i g n о d J., R e g n a u 1 t L. P., В о u г g e s P., et al. Physica B: Condensed Matter, 186 - 188, 1 (1993).

[10] Warren W. W., W a 1 s t e d t R. E., В r e n n e r t G. F., et al. Phys. Rev. Lett., 62, 1193 (1989).

[11] Головашкин А. И., Иваненко О. M., M и ц e н К. В., Храменков Н. Е. Препринт ФИАН N 298, М., 1987.

[12] I t о Т., Т a k е п а к а К., and U с h i d a S. Phys. Rev. Lett., 70, 3995 (1993).

[13] Прокофьев Д. Д., Волков М. П., Бойков Ю. А. ФТТ, 45, 1168 (2003).

[14] Головашкин А. И., Кузьмичев Н. Д., Левченко И. С. и др. ФТТ, 32, 1374 (1990).

[15] Кузьмичев Н. Д., Славкин В. В., Головашкин А. И. Научная сессия МИФИ - 2006. Сборник научных трудов, 4, 124 (2006).

Поступила в редакцию 21 февраля 2006 г.