ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА АНОМАЛИИ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ ВаКВiO, ВаРЬВЮ И LaSrCuO Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.362

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА АНОМАЛИИ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ ВаКВЮ, BaPbBiO И LaSrCuO

Н. В. Аншукова, А. И. Головашкин, JL И. Иванова, И. Б. Крынецкий, А. П. Русаков

Обнаружен эффект влияния магнитного поля на аномалию (отрицательность) теплового расширения в системах ВаКВЮ, ВаРЪВгО и LaSrCuO. Эффект объясняется наличием сверхструктурного упорядочения в кислородной подрешетке этих систем и подавлением его магнитным полем.

Системы Ва\-.хКхВЮз (ВКВО) и BaPbyBi\-yOz (ВРВО) проявляют многие своп ства, аналогичные свойствам купратных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [1, 2], несмотря на то, что в этих системах определяющими являются свя зи Вг — О, в отличие от связей Си — О купратов. Сходство свойств в значительно! мере обусловлено сверхструктурным упорядочением в кислородной подрешетке как . пратных, так и висмутатных соединений. Предложенная в [1, 2] физическая модель такого сверхструктурного упорядочения кислородной подрешетки, помимо известном) упорядочения в решетках Си или Вг, была экспериментально подтверждена нейтроно графическими исследованиями [3].

Одним из общих свойств, характерных для соединений обеих систем (купратн и висмутатных), является аномальное (отрицательное) тепловое расширение при низких температурах. Этот эффект наблюдался только на качественных образцах ВКВО [1], ВРВО [4], La2_xSrxCu04 (LSCO) [1], YBa2Cu307.x [5] и Bi2Sr2CaCu208 [6 8]. В настоящей работе сообщается об обнаружении эффекта сильного влияния магнитного поля Н = 2 — 4 Тл на аномалию теплового расширения соединений Ba06K0AfíiO< Lai,9Sr0,iCu04 и BaPbo.75BiQ,2bOz. Эффект наблюдался как на поликристалличе« образцах ВКВО, обладающих кубической симметрией, поликристалле ВРВО, так и н;: монокристаллическом образце LSCO.

Синтез и аттестация образцов описаны в [1]. Линейное тепловое расширение АЬ/Ь измерялось с помощью тензометрического дилатометра с чувствительностью ~ 10" ~ (Ь - длина образца) [9].

Рис. 1. Температурная зависимость теплового расширения AL/L для образца Ва0 6К0 4ВЮ3 N1 в полях Н = 0 и Н = 2.24 Тл. На вставке показано AL/L в области низких температур Т < 20 К.

Результаты измерений представлены на рис. 1-4. Для двух образцов Ba0^K0ABiO^ на рис. 1-2 приведены зависимости AL/L от температуры Т в разных магнитных полях. Магнитное поле в этих измерениях было направлено перпендикулярно направлению, в котором измерялась деформация. Видно, что в полях Н — 2 — 4 Тл наблюдается сдвиг температуры Г*, соответствующей минимуму AL/L, в сторону низких температур. Кроме того, уменьшается величина аномального (отрицательного) коэффициента теплового расширения а с ростом Н. Эффект изменения величины AL/L в полях Н = 2 — 4 Тл наблюдался нами как в сверхпроводящем, так и в нормальном металлическом состоянии ВКВО до Т г» 50 К.

Аналогичное изменение AL/L под влиянием магнитного поля Н = 2 — 4 Тл наблюдалось нами для монокристаллического образца Lai_9Sr0_iCuO4. Измерения были выпол-

Рис. 2. Температурная зависимость ДХ/L для образца Ва0&К0АВЮз Nia в полях H = 0 v H = 4 Тл.

AL, ,„->

Рис. 3. Температурная зависимость теплового расширения ДЬ/Ь для монокристалла Ьах 95г0лСи04 в полях Н = О, 1.97 и 3.98 Тл.

нены в геометрии, когда деформация измерялась перпендикулярно оси "с" криста а магнитное поле было параллельно направлению, в котором измерялась деформация Результаты приведены на рис. 3. Как видно из рисунка, отрицательные значения ДI /

ДА.ц, 10 10 -

-7

ВаРЬ0 75В^25О3

-5

0

5

4Тл ЗТл 2Тл 1Тл

Рис. 4. Температурные зависимости относительных изменений величины AL/L в магнит ном поле для четырех значений Н для ВаРЬ0 7ЪВ10 25О3.

при низких температурах в этом соединении проявляются во всем исследованном ин тервале магнитных полей вплоть до Н « 4 Тл. При этом минимум AL/L смещается с ростом Н в сторону низких температур на 1.5 - 2 К в поле Н и 4 Тл.

Для соединения BaPbyBii-y03 измерялась магнитострикция Ац = А(Н) = AL/L[h как функция Н при фиксированной температуре. Измерения выполнены в полях, параллельных измеряемой деформации. На основе этих данных получены кривые othoci тельного изменения ДАц = AL/L(H) — AL/L(0), приведенные на рис. 4 и 5 для четыр. значений Н в температурной области 6 А' < Т < 41 К. Кривые отражают зависимост ь не величины теплового расширения AL/L(H), а относительное изменение этой велп чины в поле Н при фиксированной температуре. Видно, что при Т > Тс в состоянии нормального металла наблюдается заметное относительное изменение AL/L в поле Л Интересной особенностью является также смена знака изменения ДАц при Т ta 8 К. Эти данные указывают на более сложное поведение образца ВРВО в магнитном поле.

Обнаруженный эффект влияния магнитного поля на аномалию теплового расширения в исследованных системах мы связываем с понижением стабильности их решеток поле. Известно, что температурная зависимость коэффициента теплового расширения а определяется зависимостью параметра Грюнайзена 7, т.е. логарифмической прои< водной частот фононов по объему образца. Положительным значениям а соответствует

ДА.ц, 10'

,-7

ВаРЬ0 75В10 25О

4Тл

5

ЗТл

2Тл 1Тл

0

-5

Рис. 5. Температурные зависимости относительного изменения величины ДХ/Х в магнитном поле в области низких температур Т < 10 А' для четырех значений Н для BaPbo.75Bio.25O3-

положительное 7, т.е. увеличение частоты фононов с температурой Т. Наличие отри цательных значений а, наблюдаемых для оксидных ВТСП систем, показывает, что для них существуют аномальные ветви фононного спектра, частоты которых уменьшаются с ростом температуры [1, 2]. Поскольку а < 0 наблюдается при низких температурах, это указывает на то,

что 7 < 0 соответствует наиболее низкочастотной ветви колебаний, т.е. поперечной акустической ветви шта- Учитывая, во-первых, что плотность фононных состоя ний максимальна вблизи границы зоны Бриллюэна, и, во-вторых, что сверхструктур ное упорядочение в кислородной подрешетке соответствует направлению [100], можп< утверждать, что и>тл{(^) аномальна для волновых векторов в окрестности волнового вектора = (п/а) [100]. Таким образом, "аномальными" являются поперечные акустические фононы с частотами шта{Я) для волновых векторов ф « вблизи границы зоны Бриллюэна, где максимальна их плотность состояний. Эксперимент для ВКВО и Ь8СО показал, что температура Т*, соответствующая минимальному значению ДХ/Х (т.е. области отрицательных а), понижается с ростом Н. Поскольку кТ" ~ Ншта^п )■ то с ростом Н уменьшается Ьшта(Яп)-

Таким образом, с ростом Н растет неустойчивость кристалла, т.е. шта 0.

С другой стороны, сверхструктурное упорядочение в кислородной подрешетке (т.е. упорядочение ионов кислорода с разной валентностью, точнее, ионно-ковалентных связей Си — О или В1 — О) эквивалентно волне зарядовой плотности (ВЗП) в этой подрешетке. Амплитуда этой ВЗП пропорциональна шта{Яп) [2]. Наличие такой ВЗП обеспечивает стабильность решетки, т.е. обеспечивает штл{(дп) > 0. Таким образом, экспериментальные результаты (уменьшение Т* и шта с ростом Н) приводят к выводу, что магнитное поле уменьшает амплитуду ВЗП. Влияние магнитного поля на аномалию теплового расширения аналогично эффекту сильного легирования [1]. Причиной такого влияния магнитного поля на амплитуду ВЗП является, по-нашему мнению, разрыв электронно-дырочных пар, возникновение которых обусловлено особенностями электронной структуры оксидных ВТСП [2], и связанное с этим увеличение экранирования ВЗП свободными носителями заряда.

Таким образом, в работе обнаружено влияние магнитного поля на аномалию теплового расширения в оксидных ВТСП системах. Эффект связывается с уменьшением в поле амплитуды ВЗП, стабилизирующей решетку, что приводит к возникновению аномального теплового расширения при более низких температурах.

Авторы благодарят Л. И. Леонюк за предоставление образцов монокристаллов ЬаБгСиО. Работа выполнена при поддержке научного совета ГНТП "Актуальные направления в физике конденсированных сред" (подпрограмма "Сверхпроводимость").

ЛИТЕРАТУРА

[1] А п s h u к о V а N. V., Golovashkin А. I., Ivanova L. I., et al. J Physica С, 282-287, 1065 (1997).

[2] Golovashkin A. I., Anshukova N. V., Ivanova L. I., Rusakov А. P. 1-st Euroconference ACS'98 (Greece, Crete, 1998); Physica С (1999) (в печати).

[3] М с Q u е е n е у R. J., Petrov Y., Egami Т., et al. Phys. Rev. Lett., 82, 628 (1999).

[4] A n s h u к о v a N. V., Golovashkin A. I., Ivanova L. I., et al. Intern. J. Modern. Phys., B12, 3251 (1998).

[5] Y о u H., W e 1 p U., Fang Y. Phys. Rev., B43, 3660 (1991).

[6] M о u a 1 1 e m - В a h о u t M. et al. Mater. Lett., 18, 181 (1994).

[7] Yang Z. J., Yewondwossen M., Lawther D. W., et al. J. Supercond., 8, 233 (1995).

[8] A s a h i T. et al. Phys. Rev., B55, 9125 (1997).

[9] A h ш у к о в a H. В., Богуславский Ю. Б., Головашкин А. И. и др. ФТТ, 35, 1415 (1993).

Поступила в редакцию 29 июня 1999 г.