O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений
Исследована температурная зависимость поверхностного сопротивления RS(T) высококачественной эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ толщиной 600 нм, нанесенной на монокристаллическую подложку MgO. Измерения проведены в интервале температур от Tc до 2 К с применением новой техники — с использованием сап...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118201 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений / А.А. Баранник, С.А. Буняев, Н.Т. Черпак // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 12. — С. 1239-1244. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-118201 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Баранник, А.А. Буняев, С.А. Черпак, Н.Т. 2017-05-29T11:33:00Z 2017-05-29T11:33:00Z 2008 O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений / А.А. Баранник, С.А. Буняев, Н.Т. Черпак // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 12. — С. 1239-1244. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 74.20.Rp;74.25.Nf;74.72,Bk;74.78.Bz;07.57.–c https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118201 Исследована температурная зависимость поверхностного сопротивления RS(T) высококачественной эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ толщиной 600 нм, нанесенной на монокристаллическую подложку MgO. Измерения проведены в интервале температур от Tc до 2 К с применением новой техники — с использованием сапфирового полусферического резонатора с волнами шепчущей галереи в 8-миллиметровом диапазоне волн (Ka-band). Развитая техника измерений позволяет при низких температурах достичь высокой чувствительности измерений RS(T) (до 10 мкОм). Получена линейная зависимость RS(T) в интервале температур 2 15К, которая согласуется с представлениями о d-волновой симметрии параметра порядка. Найденное в работе значение остаточного сопротивления Rres =RS(T→0) показывает, что пленка по микроволновым свойствам близка к монокристаллам и Rres, по-видимому, определяется внутренними свойствами сверхпроводника. Из анализа опубликованных данных следует, что Rres(ω) ~ ω³/² для монокристаллов и пленок YBa₂Cu₃O₇₋σ, при этом природа остаточного микроволнового сопротивления остается невыясненной. Досліджено температурну залежність поверхневого опору RS (T) високоякісної епітаксіальної плівки YBa₂Cu₃O₇₋σ товщиною 600 нм, яку нанесено на монокристалічну підкладку MgO. Вимірювання проведено в інтервалі температур від Tc до 2 К із застосуванням нової техніки — з використанням сапфірового напівсферичного резонатора з хвилями типу шепочучої галереї у 8-міліметровому діапазон і хвиль (Ka-band). Техніка вимірювання, яку розвинуто, дозволяє при низьких температурах досягнути высокої чутливості вимірювання RS(T) (до 10 мкОм). Отримано лінійну залежність RS(T) в інтервал і температур 2–15 К, яка узгоджується з уявленнями про d-хвильову симетрію параметра порядку. Знайдене у роботі значення залишкового опору Rres=RS(T→0) показує, що плівка за мікрохвильовими властивостями близька до монокристалів і Rres, очевидно, визначається внутрішніми властивостями надпровідника. Із аналізу опублікованих даних випливає, що Rres(ω) ~ ω³/² для монокристалів і плівок YBa₂Cu₃O₇₋σ , при цьому природа залишкового мікрохвильового опору залишається нез’ясованою. The temperature dependence of surface resistance RS(T) of a high-quality epitaxial YBa₂Cu₃O₇₋σ film of 600 nm sputtered onto a single crystal MgO substrate has been measured. The measurements were carried out in the temperature interval from Tc to 2 K by means of a new technique, namely, using a sapphire hemispherical resonator excited with whispering gallery modes in the Ka-band. This technique allows one to achieve high sensitivity of RS(T) measurement, up to 10 &, at low temperatures. A linear dependence was obtained in a temperature interval of 2–15 K, in agreement with the idea of d-wave symmetry of order parameter. The value of Rres=RS(T→0) found in the work shows that the film properties are similar to those of single crystals, and if seems that Rres is determined by intrinsic properties of a superconductor. Analysis of the data published results in Rres(ω) ~ ω³/² for YBa₂Cu₃O₇₋σ single crystals and films, and at the same time the nature of residual microwave resistance remains unclear. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений About low-temperature microwave response of epitaxial YBa₂Cu₃O₇₋σ film measured by a novel measurement technique Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений |
| spellingShingle |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений Баранник, А.А. Буняев, С.А. Черпак, Н.Т. Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная |
| title_short |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений |
| title_full |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений |
| title_fullStr |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений |
| title_full_unstemmed |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений |
| title_sort |
o микроволновом отклике эпитаксиальной пленки yba₂cu₃o₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений |
| author |
Баранник, А.А. Буняев, С.А. Черпак, Н.Т. |
| author_facet |
Баранник, А.А. Буняев, С.А. Черпак, Н.Т. |
| topic |
Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная |
| topic_facet |
Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
About low-temperature microwave response of epitaxial YBa₂Cu₃O₇₋σ film measured by a novel measurement technique |
| description |
Исследована температурная зависимость поверхностного сопротивления RS(T) высококачественной
эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ толщиной 600 нм, нанесенной на монокристаллическую подложку
MgO. Измерения проведены в интервале температур от Tc до 2 К с применением новой техники — с
использованием сапфирового полусферического резонатора с волнами шепчущей галереи в 8-миллиметровом
диапазоне волн (Ka-band). Развитая техника измерений позволяет при низких температурах достичь
высокой чувствительности измерений RS(T) (до 10 мкОм). Получена линейная зависимость RS(T) в
интервале температур 2 15К, которая согласуется с представлениями о d-волновой симметрии параметра
порядка. Найденное в работе значение остаточного сопротивления Rres =RS(T→0) показывает, что
пленка по микроволновым свойствам близка к монокристаллам и Rres, по-видимому, определяется внутренними
свойствами сверхпроводника. Из анализа опубликованных данных следует, что Rres(ω) ~ ω³/²
для монокристаллов и пленок YBa₂Cu₃O₇₋σ, при этом природа остаточного микроволнового сопротивления
остается невыясненной.
Досліджено температурну залежність поверхневого опору RS (T) високоякісної епітаксіальної
плівки YBa₂Cu₃O₇₋σ товщиною 600 нм, яку нанесено на монокристалічну підкладку MgO. Вимірювання
проведено в інтервалі температур від Tc до 2 К із застосуванням нової техніки — з використанням
сапфірового напівсферичного резонатора з хвилями типу шепочучої галереї у 8-міліметровому діапазон
і хвиль (Ka-band). Техніка вимірювання, яку розвинуто, дозволяє при низьких температурах досягнути
высокої чутливості вимірювання RS(T) (до 10 мкОм). Отримано лінійну залежність RS(T) в інтервал
і температур 2–15 К, яка узгоджується з уявленнями про d-хвильову симетрію параметра порядку.
Знайдене у роботі значення залишкового опору Rres=RS(T→0) показує, що плівка за мікрохвильовими
властивостями близька до монокристалів і Rres, очевидно, визначається внутрішніми властивостями
надпровідника. Із аналізу опублікованих даних випливає, що Rres(ω) ~ ω³/² для монокристалів і плівок
YBa₂Cu₃O₇₋σ , при цьому природа залишкового мікрохвильового опору залишається нез’ясованою.
The temperature dependence of surface resistance
RS(T) of a high-quality epitaxial YBa₂Cu₃O₇₋σ film
of 600 nm sputtered onto a single crystal MgO substrate
has been measured. The measurements were
carried out in the temperature interval from Tc to 2 K
by means of a new technique, namely, using a sapphire
hemispherical resonator excited with whispering
gallery modes in the Ka-band. This technique
allows one to achieve high sensitivity of RS(T)
measurement, up to 10 &, at low temperatures. A
linear dependence was obtained in a temperature interval
of 2–15 K, in agreement with the idea of
d-wave symmetry of order parameter. The value of
Rres=RS(T→0) found in the work shows that the
film properties are similar to those of single crystals,
and if seems that Rres is determined by intrinsic properties
of a superconductor. Analysis of the data published
results in Rres(ω) ~ ω³/² for YBa₂Cu₃O₇₋σ single
crystals and films, and at the same time the nature
of residual microwave resistance remains unclear.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118201 |
| citation_txt |
O микроволновом отклике эпитаксиальной пленки YBa₂Cu₃O₇₋σ при низких температурах с применением новой техники измерений / А.А. Баранник, С.А. Буняев, Н.Т. Черпак // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 12. — С. 1239-1244. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT barannikaa omikrovolnovomotklikeépitaksialʹnoiplenkiyba2cu3o7σprinizkihtemperaturahsprimeneniemnovoitehnikiizmerenii AT bunâevsa omikrovolnovomotklikeépitaksialʹnoiplenkiyba2cu3o7σprinizkihtemperaturahsprimeneniemnovoitehnikiizmerenii AT čerpaknt omikrovolnovomotklikeépitaksialʹnoiplenkiyba2cu3o7σprinizkihtemperaturahsprimeneniemnovoitehnikiizmerenii AT barannikaa aboutlowtemperaturemicrowaveresponseofepitaxialyba2cu3o7σfilmmeasuredbyanovelmeasurementtechnique AT bunâevsa aboutlowtemperaturemicrowaveresponseofepitaxialyba2cu3o7σfilmmeasuredbyanovelmeasurementtechnique AT čerpaknt aboutlowtemperaturemicrowaveresponseofepitaxialyba2cu3o7σfilmmeasuredbyanovelmeasurementtechnique |
| first_indexed |
2025-11-27T05:42:36Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:42:36Z |
| _version_ |
1850799652559912960 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 12, ñ. 1239–1244
O ìèêðîâîëíîâîì îòêëèêå ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè
YBa2Cu3O7–� ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ñ
ïðèìåíåíèåì íîâîé òåõíèêè èçìåðåíèé
À.À. Áàðàííèê, Ñ.À. Áóíÿåâ, Í.Ò. ×åðïàê
Èíñòèòóò ðàäèîôèçèêè è ýëåêòðîíèêè èì. À.ß. Óñèêîâà ÍÀÍ Óêðàèíû
óë. Àêàä. Ïðîñêóðû, 12, ã. Õàðüêîâ, 61085, Óêðàèíà
E-mail: barannik@ire.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16 èþëÿ 2008 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 4 àâãóñòà 2008 ã.
Èññëåäîâàíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R TS ( ) âûñîêîêà÷åñòâåííîé
ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè YBa2Cu3O7–� òîëùèíîé 600 íì, íàíåñåííîé íà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêóþ ïîäëîæêó
MgO. Èçìåðåíèÿ ïðîâåäåíû â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò Tc äî 2 Ê ñ ïðèìåíåíèåì íîâîé òåõíèêè — ñ
èñïîëüçîâàíèåì ñàïôèðîâîãî ïîëóñôåðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà ñ âîëíàìè øåï÷óùåé ãàëåðåè â 8-ìèëëèìåò-
ðîâîì äèàïàçîíå âîëí (Ka-band). Ðàçâèòàÿ òåõíèêà èçìåðåíèé ïîçâîëÿåò ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ äîñ-
òè÷ü âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè èçìåðåíèé R TS ( ) (äî 10 ìêÎì). Ïîëó÷åíà ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü R TS ( ) â
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 2 15� Ê, êîòîðàÿ ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðåäñòàâëåíèÿìè î d-âîëíîâîé ñèììåòðèè ïàðàìåò-
ðà ïîðÿäêà. Íàéäåííîå â ðàáîòå çíà÷åíèå îñòàòî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R R TSres � �( )0 ïîêàçûâàåò, ÷òî
ïëåíêà ïî ìèêðîâîëíîâûì ñâîéñòâàì áëèçêà ê ìîíîêðèñòàëëàì è Rres, ïî-âèäèìîìó, îïðåäåëÿåòñÿ âíóò-
ðåííèìè ñâîéñòâàìè ñâåðõïðîâîäíèêà. Èç àíàëèçà îïóáëèêîâàííûõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî Rres ) ~( /� �3 2
äëÿ ìîíîêðèñòàëëîâ è ïëåíîê YBa2Cu3O7–�, ïðè ýòîì ïðèðîäà îñòàòî÷íîãî ìèêðîâîëíîâîãî ñîïðîòèâëå-
íèÿ îñòàåòñÿ íåâûÿñíåííîé.
Äîñë³äæåíî òåìïåðàòóðíó çàëåæí³ñòü ïîâåðõíåâîãî îïîðó R TS ( ) âèñîêîÿê³ñíî¿ åï³òàêñ³àëüíî¿
ïë³âêè YBa2Cu3O7–� òîâùèíîþ 600 íì, ÿêó íàíåñåíî íà ìîíîêðèñòàë³÷íó ï³äêëàäêó MgO. Âèì³ðþâàí-
íÿ ïðîâåäåíî â ³íòåðâàë³ òåìïåðàòóð â³ä Tc äî 2 Ê ³ç çàñòîñóâàííÿì íîâî¿ òåõí³êè — ç âèêîðèñòàííÿì
ñàïô³ðîâîãî íàï³âñôåðè÷íîãî ðåçîíàòîðà ç õâèëÿìè òèïó øåïî÷ó÷î¿ ãàëåðå¿ ó 8-ì³ë³ìåòðîâîìó ä³àïà-
çîí³ õâèëü (Ka-band). Òåõí³êà âèì³ðþâàííÿ, ÿêó ðîçâèíóòî, äîçâîëÿº ïðè íèçüêèõ òåìïåðàòóðàõ äîñÿã-
íóòè âûñîêî¿ ÷óòëèâîñò³ âèì³ðþâàííÿ R TS ( ) (äî 10 ìêÎì). Îòðèìàíî ë³í³éíó çàëåæí³ñòü R TS ( ) â ³íòåð-
âàë³ òåìïåðàòóð 2–15 Ê, ÿêà óçãîäæóºòüñÿ ç óÿâëåííÿìè ïðî d-õâèëüîâó ñèìåòð³þ ïàðàìåòðà ïîðÿäêó.
Çíàéäåíå ó ðîáîò³ çíà÷åííÿ çàëèøêîâîãî îïîðó R R TSres � �( )0 ïîêàçóº, ùî ïë³âêà çà ì³êðîõâèëüîâèìè
âëàñòèâîñòÿìè áëèçüêà äî ìîíîêðèñòàë³â ³ Rres, î÷åâèäíî, âèçíà÷àºòüñÿ âíóòð³øí³ìè âëàñòèâîñòÿìè
íàäïðîâ³äíèêà. ²ç àíàë³çó îïóáë³êîâàíèõ äàíèõ âèïëèâàº, ùî Rres ) ~( /� �3 2 äëÿ ìîíîêðèñòàë³â ³ ïë³âîê
YBa2Cu3O7–�, ïðè öüîìó ïðèðîäà çàëèøêîâîãî ì³êðîõâèëüîâîãî îïîðó çàëèøàºòüñÿ íåç’ÿñîâàíîþ.
PACS: 74.20.Rp Ñèììåòðèè ñïàðèâàíèÿ;
74.25.Nf Îòêëèê íà âîçäåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé;
74.72.Bk Êóïðàòû íà îñíîâå Y;
74.78.Bz Ïëåíêè ñ âûñîêîé Tc;
07.57.–c Ïðèáîðû, îáîðóäîâàíèå è òåõíèêà â îáëàñòè èíôðàêðàñíûõ, ñóáìèëëèìåòðîâûõ,
ìèêðî- è ðàäèîâîëí.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìèêðîâîëíîâîå ïîâåðõíîñòíîå ñîïðîòèâëåíèå, ïëåíêà YBa2Cu3O7–�, íèçêîòåìïåðàòóðíûå
èçìåðåíèÿ, âîëíîâàÿ ñèììåòðèÿ ïàðàìåòðà ïîðÿäêà, ñàïôèðîâûé ðåçîíàòîð ñ ìîäàìè øåï÷óùåé ãàëëåðåè.
1. Ââåäåíèå
Èçìåðåíèÿ ìèêðîâîëíîâîãî ïîâåðõíîñòíîãî èìïå-
äàíñà Z TS ( , )� âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ñâåðõïðîâîäíè-
êîâ (ÂÒÑÏ) èìåþò áîëüøîå çíà÷åíèå, ïîñêîëüêó ýòîò
ïîäõîä — îäèí èç ñàìûõ òî÷íûõ è ìîùíûõ ìåòîäîâ
èññëåäîâàíèÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ ñâîéñòâ óêàçàííûõ
âåùåñòâ [1]. Ìèêðîâîëíîâûå èçìåðåíèÿ ïîêàçàëè ðÿä
© À.À. Áàðàííèê, Ñ.À. Áóíÿåâ, Í.Ò. ×åðïàê, 2008
ïðèíöèïèàëüíûõ îòëè÷èé â ñâîéñòâàõ ÂÒÑÏ è ñâåðõ-
ïðîâîäíèêîâ òèïà ÁÊØ [2].
Ïðè óñòàíîâëåíèè óêàçàííûõ îòëè÷èé â óñëîâèÿõ
îòñóòñòâèÿ ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèè ÂÒÑÏ âàæíûì
ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î ðàçãðàíè÷åíèè ñâîéñòâ íîìèíàëü-
íîãî âåùåñòâà (intrinsic properties) è ñâîéñòâ ðåàëüíî-
ãî ìàòåðèàëà, ïîäâåðæåííîãî âíåøíèì âëèÿíèÿì
(extrinsic effects) [3]. Ïîíèìàíèå ðîëè ïðèìåñåé â êóï-
ðàòíûõ ñâåðõïðîâîäíèêàõ ñòîèëî áîëüøèõ óñèëèé â
òå÷åíèå ìíîãèõ ëåò [2]. Ïðîäîëæàþùàÿñÿ ðàáîòà ïî
óñòàíîâëåíèþ ôèçèêè ÂÒÑÏ çàâèñèò îò äàëüíåéøåãî
óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà îáðàçöîâ è ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ
ýêñïåðèìåíòàëüíîé òåõíèêè èçìåðåíèé.
Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü íàèáîëåå ðàçâèòîé ñ÷èòàåòñÿ
òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ñâåðõïðîâîäíèêîâ ñîñòàâà
YBa2Cu3O7–�, ïðè÷åì íàèáîëåå ñîâåðøåííûìè èç íèõ
ÿâëÿþòñÿ îáðàçöû â âèäå ìîíîêðèñòàëëîâ. Ñèñòåìàòè-
÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ìîíîêðèñòàëëîâ YBa2Cu3O7–�
äàþò âîçìîæíîñòü óòâåðæäàòü îá óñòàíîâëåíèè îñíîâ-
íûõ õàðàêòåðèñòèê âåùåñòâà, ñâÿçàííûõ ñ Z TS ( , )� , è ïî
êðàéíåé ìåðå î âîçìîæíîñòè ïîñòðîåíèÿ ôåíîìåíîëî-
ãè÷åñêîé ìîäåëè, îïèñûâàþùåé òåìïåðàòóðíóþ è ÷àñ-
òîòíóþ çàâèñèìîñòè Z TS ( , )� è êîìïëåêñíîé ïðîâîäè-
ìîñòè � ��( ,T [2,4].
Îïðåäåëåííóþ òðóäíîñòü äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ïðåä-
ñòàâëÿåò ìàëîñòü ðàçìåðîâ ìîíîêðèñòàëëîâ (~1 ìì â
ïëîñêîñòè ab è äåñÿòêè ìêì â íàïðàâëåíèè îñè c). Ïî-
ýòîìó äëÿ èõ èññëåäîâàíèé ðàçâèòà òåõíèêà «ãîðÿ÷åãî
ïàëüöà» â öèëèíäðè÷åñêîì ðåçîíàòîðå, ñòåíêè êîòî-
ðîãî èçãîòîâëåíû èç íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ñâåðõïðî-
âîäíèêà [5]. Ýòà òåõíèêà äàåò âûñîêóþ ðàçðåøàþùóþ
ñïîñîáíîñòü ïðè îïðåäåëåíèè ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðî-
òèâëåíèÿ R T Z TS S( , ) Re ( , )� �� è èçìåíåíèÿ ãëóáèíû
ïðîíèêíîâåíèÿ � �(T , îäíàêî âñòðå÷àåò çàòðóäíåíèÿ
ïðè îïðåäåëåíèè àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ îñòàòî÷íîãî
ñîïðîòèâëåíèÿ R R TSres � �( )0 .
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ðàçðàáîòàí ðÿä òåõíîëîãèé, äà-
þùèõ âûñîêîêà÷åñòâåííûå ïëåíêè YBa2Cu3O7–� ñî
ñõîäíûìè ñâîéñòâàìè âíå çàâèñèìîñòè îò òåõíîëîãèè
ïðîèçâîäñòâà [6], êîòîðûå â ñâîþ î÷åðåäü ïîäîáíû
ñâîéñòâàì âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ìîíîêðèñòàëëîâ [3].
Ñòîèò çàìåòèòü, ÷òî èçìåðåíèå ìèêðîâîëíîâûõ
ñâîéñòâ ïëåíîê ÂÒÑÏ âàæíî êàê äëÿ ôèçè÷åñêèõ èñ-
ñëåäîâàíèé ñâîéñòâ ñâåðõïðîâîäíèêà è âëèÿíèÿ íà
ýòè ñâîéñòâà âíåøíèõ ôàêòîðîâ (äåôåêòîâ), òàê è äëÿ
ïðèëîæåíèé, òàê êàê ïëåíêè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ñîç-
äàíèÿ ìèêðîâîëíîâûõ óñòðîéñòâ [1]. Â ïëåíêàõ ñëîæ-
íåå ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîíîêðèñòàëëàìè èçáàâèòüñÿ îò
äåôåêòîâ, îáóñëîâëåííûõ íàëè÷èåì äèýëåêòðè÷åñêîé
ïîäëîæêè, èëè äåôåêòîâ òèïà äâîéíèêîâ [3,7]. Îäíàêî
ïëåíêè èìåþò áîëüøèå ðàçìåðû â ïëîñêîñòè ab è
òðåáóþò äðóãîé òåõíèêè èçìåðåíèé Z TS ( , )� . Ðàçðàáî-
òàííàÿ ðàíåå òåõíèêà îáåñïå÷èâàåò íåîáõîäèìûå òî÷-
íîñòü è ÷óâñòâèòåëüíîñòü âî âñåì èíòåðâàëå òåìïåðà-
òóð, îò êðèòè÷åñêîé Tc è íèæå, êðîìå î÷åíü íèçêèõ
òåìïåðàòóð (T � �10 15 Ê) [1].
Èñêëþ÷åíèåì ÿâëÿåòñÿ òåõíèêà ñ èñïîëüçîâàíèåì
äèýëåêòðè÷åñêèõ ðåçîíàòîðîâ ñ íèçêèìè ìîäàìè, îä-
íàêî îíà ïðèìåíèìà òîëüêî äëÿ ÷àñòîò f � 25 ÃÃö
[8,9]. Îñíîâíàÿ ÷àñòü ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ
ïî èçìåðåíèþ R TS ( ) ïîëó÷åíà ïðè T 4 2, –20 Ê
[3,6,7,10,11,23], ÷òî, ïî-âèäèìîìó, îáóñëîâëåíî íåäî-
ñòàòî÷íîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ èçìåðèòåëüíîé òåõíè-
êè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ.
Î á ø è ð í û å ì è ê ð î â î ë í î â û å è ñ ñ ë å ä î â à í è ÿ
YBa2Cu3O7–� ïîçâîëèëè îáîáùèòü âûâîäû, êîòîðûå
ïðèâåäåíû â îáçîðíûõ ðàáîòàõ [2–4]: 1) øèðîêèé ìàê-
ñèìóì (èëè ïëàòî) â çàâèñèìîñòè R TS ( ) ïðè T T /ñ~ 2
îáóñëîâëåí ñèëüíûìè êîíêóðèðóþùèìè òåìïåðàòóð-
íûìè çàâèñèìîñòÿìè ïëîòíîñòè êâàçè÷àñòèö nn è âðå-
ìåíè èõ ðàññåÿíèÿ
; 2) òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü
Z TS ( , )� ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (T � 10 Ê) âìåñòå ñ
ôàçî÷óâñòâèòåëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè óêàçûâàåò, ïî
âñåé âèäèìîñòè, íà d-âîëíîâóþ ñèììåòðèþ ïàðàìåòðà
ïîðÿäêà; 3) ïðèðîäà îñòàòî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ Rres �
� �R TS ( )0 îñòàåòñÿ íåâûÿñíåííîé è äëÿ óñòàíîâëå-
íèÿ åå òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èçìåðåíèÿ RS ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ.
Íàèáîëåå ñïîðíûìè ñ÷èòàþòñÿ âîïðîñû î âîëíîâîé
ñèììåòðèè ïàðàìåòðà ïîðÿäêà è ïðèðîäå îñòàòî÷íîãî
ñîïðîòèâëåíèÿ. Íåñìîòðÿ íà ðÿä ñèñòåìàòè÷åñêèõ èñ-
ñëåäîâàíèé, êîòîðûå ïîäòâåðæäàþò d-âîëíîâóþ ñèì-
ìåòðèþ [2–4], èìåþòñÿ ðàáîòû ñ âûâîäàìè î ñìåøàí-
íîé ñèììåòðèè [6,7].
Íåäàâíî ïîÿâèëèñü ñîîáùåíèÿ î íàáëþäåíèè ñ ïî-
ìîùüþ ðàññåÿíèÿ íåéòðîíîâ îñîáåííîñòè â ïîâåäå-
íèè � L T( ), êîòîðàÿ òàêæå óêàçûâàåò íà âîçìîæíîñòü
ñâåðõïðîâîäèìîñòè îäíîâðåìåííî ñ s- è d-âîëíîâûìè
ïàðàìåòðàìè ïîðÿäêà, ïðè÷åì ñäåëàíî êàòåãîðè÷åñ-
êîå óòâåðæäåíèå î òîì, ÷òî ýòà îñîáåííîñòü ÿâëÿåòñÿ
âíóòðåííå ïðèñóùåé è îáùåé äëÿ âñåõ ÂÒÑÏ [12,13].
Öåëü äàííîé ðàáîòû — ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëå-
äîâàíèå çàâèñèìîñòè ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ
RS YBa2Cu3O7–� â òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå T Tc� ,
âêëþ÷àÿ èíòåðâàë T � 2–10 Ê, ñ èñïîëüçîâàíèåì
òåõíèêè êâàçèîïòè÷åñêîãî ïîëóñôåðè÷åñêîãî ñàïôè-
ðîâîãî ðåçîíàòîðà â 8-ìèëëèìåòðîâîì äèàïàçîíå
âîëí, ðàçðàáîòàííîé àâòîðàìè è ïîçâîëÿþùåé ïîâû-
ñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðè èçìåðåíèè RS ïëåíîê ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ïðè ýòîì òàêæå ïîñòàâëåíà çà-
äà÷à ñðàâíåíèÿ ïîëó÷åííûõ â íàñòîÿùåé ðàáîòå äàí-
íûõ ñ ðåçóëüòàòàìè èññëåäîâàíèé ìîíîêðèñòàëëîâ è
ïëåíîê äðóãèõ àâòîðîâ (â îñíîâíîì ïîëó÷åííûõ â òå-
÷åíèå ïîñëåäíåãî äåñÿòèëåòèÿ).
2. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ òåõíèêà
Ýêñïåðèìåíò ïðîâåäåí ñ ïîìîùüþ êâàçèîïòè-
÷åñêîãî ñàïôèðîâîãî ïîëóñôåðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà
1240 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 12
À.À. Áàðàííèê, Ñ.À. Áóíÿåâ, Í.Ò. ×åðïàê
(ðèñ. 1) [14], îñíîâíîå ïðåèìóùåñòâî êîòîðîãî, ïî
ñðàâíåíèþ ñ ðàíåå èñïîëüçóåìûì öèëèíäðè÷åñêèì
äèñêîâûì ðåçîíàòîðîì [15], — âîçìîæíîñòü ðàáîòû ñ
îäíîé ïëåíêîé. Ïðè ýòîì ñîáñòâåííàÿ äîáðîòíîñòü
Q0, îïðåäåëÿþùàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è òî÷íîñòü èçìå-
ðåíèÿ RS , îñòàåòñÿ âûñîêîé áëàãîäàðÿ ìàëûì ðàäèà-
öèîííûì ïîòåðÿì. Óêàçàííûå äîñòîèíñòâà èñïîëüçóå-
ìûõ â [15] è â äàííîé ðàáîòå ñàïôèðîâûõ ðåçîíàòîðîâ
ñâÿçàíû ñî ñïåöèôèêîé âîëí øåï÷óùåé ãàëåðåè (ØÃ),
âîçáóæäàåìûõ â ýòèõ ðåçîíàòîðàõ.
Äèàìåòð ïîëóñôåðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà âûáðàí
ðàâíûì D �14 8, ìì, ò.å. áëèçêèì ê äèàìåòðó äèñêà â
[15]. Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü â äèàïàçîíå ÷àñòîò
35–40 ÃÃö. Èñïîëüçîâàëèñü âîëíû ØÃ H-òèïà, ò.å. ñ
íóëåâîé ðàäèàëüíîé êîìïîíåíòîé ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ (ER � 0). Äëÿ èçìåðåíèé ìîæíî èñïîëüçîâàòü
âîëíû òîëüêî ñ îäíîé èëè äâóìÿ âàðèàöèÿìè ïîëÿ ïî
ðàäèóñó. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü âîç-
áóæäåíèÿ âîëí ñ òðåìÿ âàðèàöèÿìè ïî ðàäèóñó ñòàíî-
âèòñÿ óæå ïðàêòè÷åñêè íåïðèåìëåìîé.
 èçìåðåíèÿõ èñïîëüçîâàëàñü ìîäà H12 21. Ñîá-
ñòâåííàÿ äîáðîòíîñòü Q0 ðåçîíàòîðà áåç òîðöåâîé ïðî-
âîäÿùåé ñòåíêè (ñì. ðèñ. 1) ñîñòàâëÿëà 4 5 10 4, � ïðè
300 Ê, 5 6 10 5, � ïðè 77 Ê è 6 4 10 6, � ïðè 4 2, Ê. Áîëåå ïîä-
ðîáíî ñâîéñòâà è õàðàêòåðèñòèêè èñïîëüçóåìîãî ðåçî-
íàòîðà áóäóò èçëîæåíû â äðóãîé ðàáîòå.
Àíàëèç, àíàëîãè÷íûé ïðîâåäåííîìó â [16] äëÿ äèñ-
êîâîãî öèëèíäðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà, óêàçûâàåò íà áî-
ëåå âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü èçìåðåíèÿ RS ïëåíîê
ÂÒÑÏ ñ ïîìîùüþ èñïîëüçóåìîãî â äàííîé ðàáîòå
ðåçîíàòîðà ïî ñðàâíåíèþ ñ ðåçîíàòîðàìè, ïðèìåíÿå-
ìûìè äðóãèìè àâòîðàìè â ìèëëèìåòðîâîì (ìì) äèà-
ïàçîíå äëèí âîëí. Ïðè ýòîì óæå ñàì ïåðåõîä â ìì
äèàïàçîí ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü èçìå-
ðåíèé â ñèëó çàâèñèìîñòè R TS ( , ~� ��) , ãäå � 1 5, –2
äëÿ ÂÒÑÏ, â òî âðåìÿ êàê âñå îñòàëüíûå ïîòåðè â ðåçî-
íàòîðå èçìåíÿþòñÿ êàê �
, ãäå
� 1. Ïðè T � 4 2, Ê
÷óâñòâèòåëüíîñòü èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà íà îñíîâå
ïîëóñôåðè÷åñêîãî ñàïôèðîâîãî ðåçîíàòîðà îöåíè-
âàåòñÿ âåëè÷èíîé RS
min � 10 ìêÎì ïðè tg
� �10 7 äëÿ
ñàïôèðà.
Èññëåäóåìàÿ ïëåíêà YBa2Cu3O7–� èçãîòîâëåíà ôèð-
ìîé THEVA. Äëÿ óìåíüøåíèÿ âëèÿíèÿ ïîäëîæêè
MgO(001) è äåôåêòîâ â ñòðóêòóðå ÂÒÑÏ, êîòîðûå
ìîãóò áûòü ñâÿçàíû ñ ïîäëîæêîé, òîëùèíà ïëåíêè âûá-
ðàíà ðàâíîé 600 íì (âìåñòî îáû÷íî èñïîëüçóåìîé òîë-
ùèíû 300–350 íì). Ïëåíêà íàïûëÿëàñü ìàãíåòðîííûì
ñïîñîáîì. Ïî äàííûì ôèðìû-èçãîòîâèòåëÿ, ïëåíêà
îïðåäåëåííî èìååò äâîéíèêè. Îíà òàêæå èìååò íåêîòî-
ðûé èçáûòîê (íåñêîëüêî %) íàòðèÿ è ìåäè, ÷òî ïðèâî-
äèò ê îáðàçîâàíèþ î÷åíü ìàëûõ ÷àñòèö îêèñëîâ íàòðèÿ
â ìàòðèöå YBa2Cu3O7–� (èñòî÷íèê îáðàçîâàíèÿ ïîð) è
íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà ÷àñòèö îêèñëîâ ìåäè íà ïîâåðõ-
íîñòè Tñ � 88 Ê, J Tñ ( )� �77 Ê 2,6 ìÀ/ñì
2
.
Ïóòåì èçìåðåíèÿ äîáðîòíîñòè Q ðåçîíàòîðà ñ
ïëåíêîé YBa2Cu3O7–� îïðåäåëÿëè R TS ( ) íà îñíîâå
âûðàæåíèÿ
Q k A R QS S0
1 1� �� � �tg rad� , (1)
ãäå k — êîýôôèöèåíò âêëþ÷åíèÿ äèýëåêòðèêà (k �1);
tg� — òàíãåíñ óãëà äèýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåðü; AS — êî-
ýôôèöèåíò âêëþ÷åíèÿ ÂÒÑÏ ïëåíêè; RS — ïîâåðõ-
íîñòíîå ñîïðîòèâëåíèå ÂÒÑÏ ïëåíêè; Q rad — ðàäèà-
öèîííàÿ äîáðîòíîñòü ðåçîíàòîðà.
Èçìåðåíèÿ Q ïðîâîäèëèñü ïðè ìèíèìàëüíîé ñâÿçè
ðåçîíàòîðà ñ äèýëåêòðè÷åñêèìè âîëíîâîäàìè, îãðàíè-
÷èâàåìîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ èçìåðèòåëüíîãî ïðè-
áîðà (HP8510C vector network analyzer), òàê ÷òî ïî-
ëó÷åííîå çíà÷åíèå Q ìîæíî ñ áîëüøîé òî÷íîñòüþ
ñ÷èòàòü çíà÷åíèåì ñîáñòâåííîé äîáðîòíîñòè Q Q� 0.
Âåëè÷èíà Q rad
�1 , çàâèñÿùàÿ îò ðàäèàöèîííûõ ïîòåðü,
ìîæåò áûòü âû÷èñëåíà ñîãëàñíî [17]. Äëÿ äàííîãî ðå-
çîíàòîðà Q rad � �4 6 10 6, (â ïðèáëèæåíèè èçîòðîïíîãî
äèýëåêòðèêà).
3. Ôåíîìåíîëîãèÿ òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè
Z TS ( , )� è îñòàòî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå
Êâàçèäâóìåðíàÿ ýëåêòðîííàÿ ñèñòåìà êóïðàòíûõ
ñâåðõïðîâîäíèêîâ ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ëîêàëüíûé
ïðåäåë ýëåêòðîäèíàìèêè äàæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà
äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ïðåâîñõîäèò ãëóáèíó ïðî-
íèêíîâåíèÿ ïîëÿ (ñì., íàïðèìåð, [2]).  ýòîì ñëó÷àå
ëåãêî ïîëó÷èòü èçâåñòíîå ñîîòíîøåíèå
Z T R T iX T i / TS S S( , ) ( , ) ( , ) ( , )� � � �� � �� � � 0 , (2)
ãäå X S — ïîâåðõíîñòíûé ðåàêòàíñ,� �( , )T �� �1( , )T �
� i T� �2( , ) — êîìïëåêñíàÿ ïðîâîäèìîñòü, êîòîðàÿ ìî-
æåò áûòü âûðàæåíà â âèäå ñóììû äâóõ ïðîâîäèìîñòåé:
îäíà èç íèõ, � Sf , îáóñëîâëåíà ñâåðõïðîâîäÿùèì êîí-
äåíñàòîì, è �qp , îáóñëîâëåíà êâàçè÷àñòèöàìè, âîçáóæ-
äåííûìè òåïëîâûì îáðàçîì:
� � � � � �( , ) ( , ) ( , )T T TSf� � qp .
Ïðè ýòîì
O ìèêðîâîëíîâîì îòêëèêå ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè YBa2Cu3O7–� ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 12 1241
�
�
RR
Ðèñ. 1. Ïîëóñôåðè÷åñêèé êâàçèîïòè÷åñêèé äèýëåêòðè÷åñ-
êèé ðåçîíàòîð ñ òîðöåâîé ïðîâîäÿùåé ïëîñêîñòüþ.
� �
� � ��
Sf
s
L
T i
n T e
m
i
T
( , )
( )
( )
� � � �
2
0
2
1
, (3)
� �
�
qp ( , )
( )
( )
T
n T e
m i T
n�
�
2
1
, (4)
ãäå n n nS n� � 0 — ïëîòíîñòü íîñèòåëåé çàðÿäà âáëè-
çè óðîâíÿ Ôåðìè, e è m — çàðÿä è ìàññà (ýôôåêòèâ-
íàÿ) íîñèòåëåé çàðÿäà.
Ñîãëàñíî êëàññè÷åñêîé äâóõæèäêîñòíîé ìîäåëè,
ïëîòíîñòü êâàçè÷àñòèö nn óâåëè÷èâàåòñÿ ñ òåìïåðà-
òóðîé ñîãëàñíî çàêîíó n T/Tn c� ( )
, ãäå äëÿ ÂÒÑÏ
� 2 [10]. Èçìåðÿÿ R TS ( , )� è X TS ( , )� , ìîæíî îïðå-
äåëèòü � �Sf T( , ) è � �qp T( , ) (èëè � �1( , )T è � �2( , )T ).
Ïóòåì ñîâìåùåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ñ ðå-
çóëüòàòàìè âû÷èñëåíèé â ðàìêàõ ìîäåëè îïðåäåëÿåò-
ñÿ ïðèìåíèìîñòü ôîðìóëû Äðóäå èëè åå ìîäèôèêà-
öèè è, ñîîòâåòñòâåííî, âðåìÿ ðàññåÿíèÿ
( )T (â
ôîðìóëå Äðóäå) èëè ïàðàìåòðà � ( )T êàê îáðàòíóþ
ñïåêòðàëüíóþ øèðèíó è àíîìàëüíûé ïîêàçàòåëü ñòå-
ïåíè y T( ), åñëè ïîêàçàòåëü ñòåïåíè â ôîðìóëå Äðóäå
îòëè÷àåòñÿ îò 2 [17].
Ïðàâèëî ñóìì, ñôîðìóëèðîâàííîå â [18] (Fer-
rel–Tinkham–Glover sum rule), óòâåðæäàåò, ÷òî ñóììà
ñïåêòðàëüíûõ âåñîâ êâàçè÷àñòèö è ñâåðõòåêó÷åé æèä-
êîñòè äîëæíà ðàâíÿòüñÿ òåìïåðàòóðíî-íåçàâèñÿùåé
êîíñòàíòå
n T e
m
n T e
m
ne
m
n
i
S
ii
( ) ( )2 2 2�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
!
"
"
�#
�
�
�
�
�
�
�
�#
i
, (5)
ãäå i — ÷èñëî ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí.
Ïîñêîëüêó ïðàâèëî ñóìì (5) íå òðåáóåò ïåðåõîäà
âñåõ êâàçè÷àñòèö â êîíäåíñàò ïðè Ò � 0, èñïîëüçóþò
äâà ïîäõîäà ê àíàëèçó íèçêîòåìïåðàòóðíûõ äàííûõ ïî
R TS ( , )� . Â îäíîì èç íèõ ïîëàãàþò, ÷òî ïðè Ò � 0
îñòàåòñÿ ÷àñòü êâàçè÷àñòèö âíå êîíäåíñàòà [2], âî âòî-
ðîì — Rres ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî äðóãèìè âíóò-
ðåííèìè èëè äàæå âíåøíèìè ôàêòîðàìè. Â ïîñëåä-
íåì ñëó÷àå ïðè ñîïîñòàâëåíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ è
ôåíîìåíîëîãè÷åñêèõ âû÷èñëåíèé âåëè÷èíó Rres ïðî-
ñòî âû÷èòàþò èç R TS ( , )� [4]. Åñëè Rres îáóñëîâëåíî
êâàçè÷àñòèöàìè ñ ìàëîé ýíåðãèåé, òî îöåíêè ïîêàçû-
âàþò, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ òàêèõ êâàçè÷àñòèö â Y-123
ïðè Ò � 0 ñîñòàâëÿåò îêîëî 3% îò îáùåé êîíöåíòðà-
öèè íîñèòåëåé çàðÿäà [2].
Èç ñîîòíîøåíèÿ (2) ñëåäóþò âûðàæåíèÿ [4]
RS �
���
�
$
$
0
2
1 2
2
1/
; X S �
���
�
$
$
0
2
1 2
2
1/
, (6)
ãäå $ � �� �1 1 2
2( )/ .
Äëÿ T Tc� , êîãäà � �1 2�� , óðàâíåíèÿ (6) èìåþò
âèä
R /S L� ( )�� � �0
2 3
1 2 ; X /S L� �( ) /�� � �� �0 2
1 2
0 .
(7)
Óðàâíåíèÿ (7) îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ èíòåðïðå-
òàöèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ. Ïðè íèçêèõ
òåìïåðàòóðàõ çàâèñèìîñòè R TS ( ) è �1( )T îïðåäåëÿ-
þòñÿ òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòüþ ïëîòíîñòè êâàçè-
÷àñòèö. Ïðè ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè n Tn ( ) ñîïðîòèâëå-
íèå R T TS ( ) � [19].
Âûðàæåíèå äëÿ RS â (7) ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ âû-
÷èñëåíèé � %res res�1/ :
� �� �res res� 2 00
2 3R / L( ) ( ) (8)
è/èëè ÷èñëà êâàçè÷àñòèö âíå êîíäåíñàòà ïðè Ò � 0.
4. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ è èõ îáñóæäåíèå
Íà ðèñ. 2,à ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü R TS ( ) ïëåíêè
YBa2Cu3O7–� â èíòåðâàëå îò Tc äî 2 Ê. Îíà èìååò âèä,
â îñíîâíîì òèïè÷íûé äëÿ ïëåíîê ýòîãî ñîñòàâà. Ïðè
ýòîì îòñóòñòâóåò øèðîêèé ìàêñèìóì, îòìå÷àåìûé â
ìîíîêðèñòàëëàõ è íåêîòîðûõ ïëåíêàõ. Âìåñòî ýòîãî
íàáëþäàåòñÿ øèðîêîå ïëàòî â îêðåñòíîñòè ~ 50 Ê.
Ñðàâíåíèå ñ äàííûìè èçìåðåíèé äðóãèõ àâòîðîâ,
ïðåäñòàâëåííîå â ôîðìå R T /S ( ) �2 íà ðèñ. 3, ïîêàçû-
1242 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 12
À.À. Áàðàííèê, Ñ.À. Áóíÿåâ, Í.Ò. ×åðïàê
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
T, K
F = 38,4 ÃÃö
R
,
S
Î
ì
10–1
10–2
10–3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
T, K
F = 38,4 ÃÃö
à
á
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
R
,
1
0
S
–
3
Î
ì
Ðèñ. 2. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðî-
òèâëåíèÿ R TS ( ) äëÿ ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè YBa2Cu3O7–�
òîëùèíîé 600 íì íà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîé ïîäëîæêå MgO.
âàåò, ÷òî ïî àíàëîãèè ñ ìîíîêðèñòàëëàìè â îáëàñòè
òåìïåðàòóð T /c 2 è íèæå äëÿ ïëåíîê òàêæå íàáëþäàåò-
ñÿ òåíäåíöèÿ ê ñíèæåíèþ R T /S ( ) �2 ñ ðîñòîì �. Ïðè
ýòîì ïîäòâåðæäàåòñÿ âûâîä [3,6] î òîì, ÷òî âûñîêîêà-
÷åñòâåííûå ïëåíêè íåçàâèñèìî îò ïîäëîæêè è òîëùè-
íû (â ïðåäåëàõ 300–600 íì) èìåþò áëèçêèå õàðàêòå-
ðèñòèêè. Íàèáîëåå âàæíûì âûâîäîì, ñëåäóþùèì èç
ýòîé çàâèñèìîñòè â äàííîé ðàáîòå, ÿâëÿåòñÿ ëèíåé-
íûé çàêîí èçìåíåíèÿ R TS ( ) â îáëàñòè T � 15 Ê (ñì.
ðèñ. 2,á).
Ïî èìåþùèìñÿ äàííûì îñòàòî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå
Rres çàâèñèò îò ÷àñòîòû è òèïà ïîäëîæêè [6]. Ïðè ýòîì
ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå Rres íàáëþäàëîñü â ïëåíêàõ íà
ïîäëîæêàõ MgO è LaAl O2 3. Êàê âèäíî íà ðèñ. 4, Rres ( )�
äëÿ ìîíîêðèñòàëëîâ èìååò ÷àñòîòíóþ çàâèñèìîñòü â
âèäå ~ /�3 2 (ïî äàííûì [4,21,22]). Ôóíêöèÿ Rres ( )� ïëå-
íîê ïî äàííûì [3,6,7,23] è íàñòîÿùåé ðàáîòû áëèçêà ê
Rres ( )� ìîíîêðèñòàëëîâ êàê ïî ÷àñòîòíîé çàâèñèìîñòè,
òàê è ïî ÷èñëåííûì çíà÷åíèÿì. Ïîëó÷åííîå â äàííîé
ðàáîòå çíà÷åíèå Rres ( )� �1 ìÎì íà ÷àñòîòå 38 ÃÃö
ïîçâîëÿåò âû÷èñëèòü � res � ( , , )8 02 5 38 10 6� � Ñì (ñì.
(8)). Çíà÷åíèå � L( )0 140� –160 íì âçÿòî èç ðàáîòû [3].
Íàáëþäàåìîå â íàñòîÿùåé ðàáîòå îòñóòñòâèå ýêñ-
ïîíåíöèàëüíîé çàâèñèìîñòè R TS ( ) ïðè íèçêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðåäñòàâëåíèÿìè î d-âîëíîâîé
ñèììåòðèè ïàðàìåòðà ïîðÿäêà, êîãäà èìåþò ìåñòî
íóëè ôóíêöèè ùåëè â äèàãîíàëüíûõ íàïðàâëåíèÿõ ïî
îòíîøåíèþ ê k x è k y [21,22].
Áëèçîñòü çíà÷åíèé Rres äëÿ ïëåíîê è ìîíîêðèñòàë-
ëîâ â äîñòàòî÷íî áîëüøîé ïîëîñå ÷àñòîò (~10–100 ÃÃö)
ïîêàçûâàåò, ÷òî èõ îñíîâíûå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà áëèç-
êè, íåñìîòðÿ íà ÿâíîå íàëè÷èå äâîéíèêîâ â ïëåíêàõ.
Çàâèñèìîñòü Rres ( )� ïðåäñòàâëÿåò îñîáûé èíòåðåñ
ñ òî÷êè çðåíèÿ âûÿñíåíèÿ ïðèðîäû ýòîãî ÿâëåíèÿ.
Èçâåñòíî, ÷òî Rres â ÂÒÑÏ íà ïîðÿäêè âåëè÷èí áîëü-
øå, ÷åì â ñâåðõïðîâîäíèêàõ ÁÊØ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû,
âåëè÷èíû Rres , âû÷èñëåííûå â ñîîòâåòñòâèè ñ ðàçëè÷-
íûìè ìîäåëÿìè, îñíîâàííûìè íà íàëè÷èè äåôåêòîâ,
îêàçûâàþòñÿ ìåíüøå èçìåðÿåìûõ [1]. Òàêèì îáðàçîì,
èçìåðÿåìûå çíà÷åíèÿ Rres ìîæíî ñ÷èòàòü âíóòðåííè-
ìè õàðàêòåðèñòèêàìè ñàìîãî âåùåñòâà èëè áëèçêèìè
ê íèì. Çàâèñèìîñòü Rres ( )� â âèäå�3 2/ ïîêàçûâàåò, ÷òî
îñòàòî÷íûå ïîòåðè íå ñâÿçàíû ñ íîðìàëüíîé ïðîâîäè-
ìîñòüþ, òàê êàê âêëàä ïîñëåäíåé áûë áû ïðîïîðöèî-
íàëåí �1 2/ . Íàèáîëåå åñòåñòâåííûì, ïî êðàéíåé ìåðå
äëÿ ïëåíîê, ìîãëî áû áûòü ïðåäïîëîæåíèå î äèýëåêò-
ðè÷åñêîì «ñëåäå» â Rres , îäíàêî ïîòåðè â äèýëåêò-
ðèêàõ ïðîïîðöèîíàëüíû ~ �, à íå �3 2/ . Ïîýòîìó èìåþ-
ùèåñÿ íà ñåãîäíÿ äàííûå óêàçûâàþò íà âíóòðåííèé
ýôôåêò, ïðèâîäÿùèé ê íàáëþäàåìûì âåëè÷èíàì
Rres ( )� . Ýòîò ýôôåêò, ïî-âèäèìîìó, îáóñëîâëåí ñâîé-
ñòâàìè êâàçè÷àñòèö ñ ìàëîé ýíåðãèåé ïðè d-âîëíîâîé
ñèììåòðèè ïàðàìåòðà ïîðÿäêà â YBa2Cu3O7–�.
Çàêëþ÷åíèå
Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñè-
ìîñòü ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ RS îòíîñèòåëü-
íî òîëñòîé ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè YBa2Cu3O7–�, íà-
íåñåííîé íà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêóþ ïëåíêó MgO, â
øèðîêîì òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå, îò 2 Ê äî ~90 Ê.
Èçìåðåíèÿ âïåðâûå ïðîâåäåíû ñ èñïîëüçîâàíèåì íî-
âîé òåõíèêè — ñ ïðèìåíåíèåì ñàïôèðîâîãî ïîëóñôå-
ðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà ñ âîëíàìè øåï÷óùåé ãàëåðåè,
ïîçâîëÿþùåé ïîâûñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü èçìåðåíèé
RS â ìèëëèìåòðîâîì äèàïàçîíå âîëí, â òîì ÷èñëå èç-
ìåðåíèé ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ïîëó÷åíà ëèíåéíàÿ
çàâèñèìîñòü R TS ( ) ïðè Ò � 15 Ê, êîòîðàÿ ñîãëàñóåòñÿ ñ
ðåçóëüòàòàìè äðóãèõ àâòîðîâ, ÷òî, ïî-âèäèìîìó, óêà-
çûâàåò íà d-âîëíîâóþ ñèììåòðèþ ïàðàìåòðà ïîðÿäêà â
YBa2Cu3O7–�.
Áëèçîñòü äàííûõ ïî RS , â òîì ÷èñëå è ïî îñòàòî÷-
íîìó ñîïðîòèâëåíèþ R R TSres � �( )0 äëÿ ìîíîêðèñ-
òàëëîâ è ïëåíîê, ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî çàâèñè-
O ìèêðîâîëíîâîì îòêëèêå ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè YBa2Cu3O7–� ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 12 1243
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
[3]
[3]
[10]
[6]
[6]
[6]
THEVA
T, K
Ðèñ. 3. Ñðàâíåíèå òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé RS , ïîëó-
÷åííûõ ðàçëè÷íûìè àâòîðàìè äëÿ ïëåíîê YBa2Cu3O7–�.
1 10 100
10
–6
10
–5
10
–4
10
–3
10
–2
10
–1 [4]
[21]
[22]
THEVA
[3]
[3]
[6]
[7]
[23]
[23]
R
,
Sm
in
Î
ì
F, ÃÃö
Ðèñ. 4. ×àñòîòíàÿ çàâèñèìîñòü îñòàòî÷íîãî ïîâåðõíîñò-
íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ Rres äëÿ ïëåíîê è ìîíîêðèñòàëëîâ
YBa2Cu3O7–�.
ìîñòü R TS ( ) â îñíîâíîì îïðåäåëÿåòñÿ âíóòðåííèìè
ñâîéñòâàìè ÂÒÑÏ. Îäíàêî ïðèðîäà Rres îñòàåòñÿ ïî-
ïðåæíåìó íåÿñíîé. Äëÿ åå óñòàíîâëåíèÿ íåîáõîäèìî
ïðîâåäåíèå ñèñòåìàòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ïîâåðõ-
íîñòè èìïåäàíñà Z TS ( , )� â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðà-
òóð, â ÷àñòíîñòè ïðè Ò � 2 Ê.
1. M. Hein, High-Temperature-Superconductor Thin Films at
Microwave Frequencies, Springer, Berlin, Germany (1999).
2. R. Harris, P.J. Turner, Saeid Kamal, A.R. Hosseimi, P.
Dosaujh, G.K. Mullins, J.S. Bobowski, C.P. Bidinosti,
D.M. Broun, Ruixing Liang, W.V. Hardy, and D.A. Bonn,
cond-mat/0605434 v1, 17 may 2006.
3. S. Hensen, G. Muller, C.T. Rick, and Sharuberg, Phys.
Rev. B56, 6237 (1997-II).
4. M.R. Trunin, Y.A. Nefyodov, and H.J. Fink, ÆÝÒÔ 118,
923 (2000).
5. S. Sridhar and W. Kennedy, Rev. Sci. Instr. 59, 531 (1988).
6. M. Hein, T. Kaiser, and G. Muller, Phys. Rev. B61, 640
(2000).
7. V.M. Pan, O.A. Kalenyuk, O.L. Kasatkin, V.A. Komashko,
O.M. Ivanyuta, and G.A. Melkov, Fiz. Nizk. Temp. 32, 651
(2006).
8. Y. Kobayashi, T. Imai, and H. Kayano, IEEE Trans. Micro-
wave Theory Tech. 40, 2424 (1992).
9. J. Mazierska and C. Wilker, IEEE Trans. Appl. Super-
cond. 11, 4140 (2001).
10. J. Einfeld, P. Lahl, R. Kutzner, R. Wordenweber, and G.
Kustner, Physica C351, 103 (2001).
11. M.I. Tsindlekht, E.B. Sonin, M.A. Golosovsky, D. Davidov,
X. Castel, M. Guilloux-Viry, and A. Perrin, Phys. Rev. B61,
1596 (2000).
12. R. Khasanov, A. Shengelaya, A. Bussmann-Holder, J.
Karpinski, H. Keller, and K.A. Muller, arXiv:cond-
mat/0705.0577v1 (2004).
13. R. Khasanov, S. Strassle, D. Di Castro, T. Masui, S.
Miyasaka, S. Tajima, A. Bussmann-Holder, and H. Keller,
arXiv:cond-mat/0708.2374v1 (2007).
14. A.A. Barannik, S.A. Bunyaev, and N.T. Cherpak, MSMW-
2004 Symposium Proc. (Kharkov) 1, 430 (2004).
15. N.T. Cherpak, A.A. Barannik, Yu.V. Prokopenko, Yu.F.
Filipov, and S.A. Vitusevich, Fiz. Nizk. Temp 32, 795
(2006).
16. N. Cherpak, A. Barannik, Yu. Prokopenko, and S. Vitu-
sevich, Supercond. Sci. Technol. 17, 899 (2004).
17. P.J. Turner, R. Harris, Saeid Kamal, M.E. Hayden, D.M.
Broun, D.C. Morgan, A. Hosseini, P. Dosanjh, G. Mullins,
J.S. Preston, Ruixing Liang, D.A. Bonn, and W.N. Hardy,
Phys. Rev. Lett. 90, 237005 (2003).
18. M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, Mc-Graw
Hill Inc. Toronto, Canada (1996).
19. H.J. Fink, Phys. Rev. B58, 9415 (1998-II).
20. D.A. Bonn, S. Kamal, A. Bonakdarpour, Ruixing Liang;
W.N. Hardy, C.C. Homes, D.N. Basov, and T. Timusk,
Czech. J. Phys. 46, Suppl. S6, 3195 (1996).
21. A. Hosseini, R. Harris, S. Kamal, P. Dosanjh, J. Preston,
R. Liang, W.N. Hardy, and D.A. Bonn, Phys. Rev. B60,
1349 (1999).
22. R. Harris, A. Hosseini, S. Kamal, P. Dosanjh, R. Liang,
W.N. Hardy, and D.A. Bonn, Phys. Rev. B64, 64509 (2001).
23. N. Klein, Electrodynamic Properties of Oxide Super-
conductors, Berichte des Forschungzentrums Julich; 3773,
Julich (1997).
24. Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J.
Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008).
25. Z.-A. Ren, W. Lu, J. Yang, W. Yi, X.-L. Shen, Z.-C. Li,
G.-C. Che, X.-L. Dong, L.-L. Sun, F. Zhou, and Z.-X.
Zhao, Chin. Phys. Lett. 25, 2215 (2008).
26. O. Millo, I. Asulin, O. Yuli, I. Felner, Z.-A. Ren, X.-L.
Shen, G.-C. Che, and Z.-X. Zhao, arXiv:cond-
mat/0807.0359v1 (2008).
About low-temperature microwave response of
epitaxial YBa2Cu3O7–� film measured by a
novel measurement technique
À.À. Barannik, S.O. Bunyayev, and N.T. Cherpak
The temperature dependence of surface resistance
R TS ( ) of a high-quality epitaxial YBa2Cu3O7–� film
of 600 nm sputtered onto a single crystal MgO sub-
strate has been measured. The measurements were
carried out in the temperature interval from Tc to 2 K
by means of a new technique, namely, using a sap-
phire hemispherical resonator excited with whisper-
ing gallery modes in the Ka-band. This technique
allows one to achieve high sensitivity of R TS ( )
measurement, up to 10 �&, at low temperatures. A
linear dependence was obtained in a temperature in-
terval of 2–15 K, in agreement with the idea of
d-wave symmetry of order parameter. The value of
R R TSres � �( )0 found in the work shows that the
film properties are similar to those of single crystals,
and if seems that Rres is determined by intrinsic prop-
erties of a superconductor. Analysis of the data pub-
lished results in Rres ) ~( /� �3 2 for YBa2Cu3O7–� sin-
gle crystals and films, and at the same time the nature
of residual microwave resistance remains unclear.
PACS: 74.20.Rp Pairing symmetries;
74.25.Nf Response to electromagnetic fields;
74.72,Bk Y-based cuprates;
74.78.Bz High-Tc films;
07.57.–c Infrared, submillimeter wave, mi-
crowave and radiowave instruments and
equipment.
Keywords: microwave surface resistance,
YBa2Cu3O7–� film, low-temperature measurement,
wave symmetry of order parameter, whispering
gallery mode sapphire resonator.
1244 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 12
À.À. Áàðàííèê, Ñ.À. Áóíÿåâ, Í.Ò. ×åðïàê
|