• admin
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 231
  • 19-03-2015, 23:33

Надтонкі YBCO плівки з Мс вище 77К
Надтонкі (< 10нм) ВТНП плівки становлять інтерес як для фізичних досліджень, так і для практичного використання, зокрема в НВЧ-електроніки: джозефсонівських переходів, польові прилади, нелінійні елементи мікрохвильових схем, інфрачервоні детектори і т. п.
Однак критична температура Тс плівок YBCO різко знижується при зменшенні товщини нижче 10нм. Відповідальність за це несуть як фундаментальні механізми (перехід Костерлитца - Таулесса, передача рухомих носіїв заряду через інтерфейс), так і суто технологічні причини - неузгодженість параметрів гратки підкладки і зростаючої плівки. Стандартний прийом поліпшення надпровідних властивостей надтонких плівок - використання буферного шару між підкладкою і плівкою; при цьому матеріал буферного шару повинен мати неметалічні властивості і максимально близькі до YBCO параметри решітки. Кращим буферним матеріалом для YBCO виявився PrBa2Cu3O7 (PBCO); його використання істотно підвищило значення Тз, але важливий рубіж в 77К так і не було перейдено.
Для поліпшення надпровідних властивостей надтонких YBCO плівок у відділі член-кор. РАН Ігоря Всеволодовича Грєхова (ФТІ ім. Іоффе РАН) запропонували принципово нову структуру буферного шару - композитний діелектрик, що складається з кристалітів ізолятора YBa2NbO6 (YBNO) і надпровідника (YBCO). Такий шар можна приготувати методом лазерного розпилення мішені, синтезованої з оксидів Y, Ba, Cu, Nb. Плівка буферного шару з типовою товщиною ~ 30 нм формується на підкладці SrTiO3. Рентгенівські дифракційні спектри показують, що буферна плівка складається з суміші фаз YBCO (з пониженим вмістом кисню) і YBNO, що має кубічну структуру постійної гратки a=0.84 нм. Характерний розмір гранул - 100-500нм.
Дослідження ранніх стадій росту плівок з допомогою атомно-силового мікроскопа показали, що фаза YBCO в буферному шарі демонструє 3-D островковый зростання, а фаза YBNO формує рівне плато. Обидві фази співіснують пліч-о-пліч, і поблизу границі розділу фаз на діелектричному плато YBNO завжди присутня деяка кількість 2-D зародків YBCO, які можуть бути центрами зародкоутворення нового молекулярного шару YBCO при осадженні YBCO на YBaCuNbO буферний шар.
Надтонкі плівки YBCO, обложені безпосередньо на підкладці SrTiO3, формуються шляхом двовимірного зародкоутворення з подальшим зростанням у площині a-b. В той же час як механізмом зростання надтонких плівок YBCO на YBaCuNbO буферному шарі є локальне поширення ступенів. В результаті надтонкі плівки YBCO, осаджені на SrTiO3 підкладку і на YBaCuNbO буферний шар, мають різну морфологію поверхні. Автори вважають, що саме механізм зростання шляхом локального поширення ступенів дозволяє поліпшити досконалість кристалічної структури надтонкої YBCO і збільшити критичну температуру.
Застосування принципово нового буферного шару дозволило підняти Тз з 68К до 80К (в плівці товщиною в 3 клітинки) і до 86К (в плівці товщиною в 4 клітинки). Це поки найкращий у світі результат для плівок YBCO такої товщини.
Бібліографія
Physica C, 1997, 276, с. 18
Proc.MRS 1998 Fall Meeting, Boston, USA

Контакти надпровідника з феромагнетиком

Дослідження процесів на кордоні надпровідника з феромагнітною металом призвело до незвичайних результатів: немонотонна залежність надпровідної критичної температури багатошарових структур феромагнетик (F) - надпровідник (S), нетривіальне поведінка магнітоопору SFS структур і придушення надпровідних властивостей в результаті спін-поляризованої інжекції.
В кінці 1998 - початку 1999 року з'явився ряд нових цікавих публікацій. Так, у роботі експериментально досліджувалися тонкоплівкові наноструктури, утворені кобальтом або нікелем зі свинцем. Основна ідея полягає в тому, що андріївське відбиття на FS кордоні дуже чутливо до поляризації електронів провідності у феромагнетику. Дійсно, згідно стонеровской зонної моделі феромагнетизм у металах зумовлений різним заповненням підзон, утворених електронами з протилежними напрямками спінів. У той же час для проходження електрона з нормальною обкладки в надпровідну "подлетающий" до NS кордоні електрон повинен захопити з собою інший електрон з протилежним імпульсом і спіном, щоб утворити в надпровіднику куперовскую пару (мовою андріївського відбиття це означає, що електронний стан розсіюється в дырочное з протилежним спіном і імпульсом, що практично збігається з імпульсом вихідного електрона).
Однак, якщо "подлетающий" електрон належить, наприклад, до домінуючої підзоні феромагнетика, то у нього можуть виникнути проблеми з пошуком партнера, так як щільність електронів на поверхні Фермі для іншої підзони (з протилежним спіном) помітно менше. В результаті андріївське розсіяння повинна придушуватися у феромагнітних металах аж до повного зникнення, якщо ми маємо справу зі 100% поляризованої зонною структурою. Саме явище придушення андріївського відбиття в NS контактах при заміні звичайного нормального металу на феромагнетик і було підтверджено даними авторів. В інший експериментальній роботі вивчений власне ефект близькості, тобто проникнення надпровідних властивостей вглиб феромагнетика. Як відомо, в брудному межі енергетичної характеристикою, що визначає ефект близькості, є величина, що дорівнює h D/L , де D - коефіцієнт дифузії, а L - розмір зразка. Вірно і зворотне твердження: відстань, на яке проникає надпровідність, по порядку величини дорівнює O h D/E, тут E - це характерна енергія, що визначає придушення надпровідного спарювання в нормальному матеріалі. У разі феромагнетика в якості E слід взяти енергію обмінного взаємодії, яку в свою чергу можна покласти рівною температурі Кюрі. Так от, виконана таким чином оцінка дала для контакту кобальту з надпровідним алюмінієм дуже занижені результати, тобто реальна довжина згасання надпровідних властивостей в кобальті виявилася набагато більше теоретично передбаченої.
Згадаємо ще теоретичні розрахунки провідності мезоскопічних FS структур, виконані R. Seviour і C. J. Lambert з Великобританії спільно з А. Ф. Волковим з ІРЕ, а також I. Zutic і O. T. Вальс з США. Ними передбачено немонотонное поведінка диференціальної провідності як функції напруги при напругах, що відповідають зеемановскому розщепленню, в районі нульових зміщень і пр. І, нарешті, зупинимося на циклі робіт T. W. Clinton і M. Johnson з Naval Research Laboratory (Washington), які запропонували керований джозефсоновский елемент на основі простої двошаровий геометрії, де тонка феромагнітна плівка локально пригнічує своїм магнітним полем надпровідність в смужці, на яку вона нанесена, породжуючи тим самим слабку зв'язок. Спостереження сходинок Шапіро підтвердило наявність нестаціонарного ефекту Джозефсона в даній структурі, яку автори вважають перспективним елементом майбутньої кріоелектроніки.