Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима
Исследованы температурные зависимости электросопротивления вдоль оси с монокристаллов Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ с различным содержанием празеодима 0.0 ≤ z ≤ 0.5. Обнаружено, что в случае соединения Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при увеличении концентрации празеодима происходит усиление процессов локализации носителей,...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69447 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима / Р.В. Вовк, З.Ф. Назиров, А.Г. Петренко // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 3. — С. 34-38. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859702990603026432 |
|---|---|
| author | Вовк, Р.В. Назиров, З.Ф. Петренко, А.Г. |
| author_facet | Вовк, Р.В. Назиров, З.Ф. Петренко, А.Г. |
| citation_txt | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима / Р.В. Вовк, З.Ф. Назиров, А.Г. Петренко // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 3. — С. 34-38. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Исследованы температурные зависимости электросопротивления вдоль оси с монокристаллов Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ с различным содержанием празеодима 0.0 ≤ z ≤ 0.5. Обнаружено, что в случае соединения Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при увеличении концентрации празеодима происходит усиление процессов локализации носителей, которое сопровождается переходом от псевдощелевого (ПЩ) режима к режиму прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка.
Досліджено температурні залежності електроопору вздовж осі с монокристалів Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ з різним вмістом празеодиму 0.0 ≤ z ≤ 0.5. Виявлено, що у разі сполуки Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при збільшенні концентрації празеодиму відбувається посилення процесів локалізації носіїв, яке супроводжується переходом від псевдощілинного (ПЩ) режиму до режиму стрибкової провідності зі змінною довжиною стрибка.
In the present work, the temperature dependence of the resistivity along the c-axis is investigated in the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ single crystals with different praseodymium content 0.0 ≤ z ≤ 0.5. It is determined, that in case of the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ compounds with the increase of the praseodymium contents, there is a reinforcement of the processes of the carrier localization. This is accompanied in turn by the transition from a pseudogap regime to the variable-range-hopping regime.
|
| first_indexed | 2025-12-01T01:46:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 3
© Р.В. Вовк, З.Ф. Назиров, А.Г. Петренко, 2011
PACS: 74.72.–h
Р.В. Вовк1, З.Ф. Назиров1, А.Г. Петренко2
ПОПЕРЕЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ И ПСЕВДОЩЕЛЬ
В МОНОКРИСТАЛЛАХ Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ
С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРАЗЕОДИМА
1Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина
пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61077, Украина
2Донецкий национальный университет
ул. Университетская, 24, г. Донецк, 83055, Украина
Статья поступила в редакцию 9 марта 2011 года
Исследованы температурные зависимости электросопротивления вдоль оси с
монокристаллов Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ с различным содержанием празеодима 0.0 ≤ z ≤ 0.5.
Обнаружено, что в случае соединения Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при увеличении концен-
трации празеодима происходит усиление процессов локализации носителей, кото-
рое сопровождается переходом от псевдощелевого (ПЩ) режима к режиму
прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка.
Ключевые слова: ВТСП, псевдощель, некогерентный электротранспорт, монокри-
сталлы Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ, прыжковая проводимость, локализация носителей
Изучение ПЩ-аномалии продолжает оставаться одним из наиболее акту-
альных направлений физики высокотемпературной сверхпроводимости
(ВТСП). Но, несмотря на большой накопленный литературный материал, до
сих пор неясными остаются как сама природа происхождения ПЩ, так и во-
прос о ее роли в формировании сверхпроводящего состояния в ВТСП. Наи-
более перспективными для изучения в этом аспекте являются соединения
Y1Ba2Cu3O7–δ, что обусловлено возможностью широкого варьирования их
состава путем замены иттрия его изоэлектронными аналогами либо измене-
ния степени кислородной нестехиометрии. До настоящего времени счита-
лось [1], что в области электротранспортных свойств ПЩ проявляется в от-
клонении температурной зависимости электросопротивления вниз от линей-
ной зависимости. Однако, как было установлено в недавней работе [2], ПЩ
может оказывать существенное влияние на реализацию различных режимов
некогерентного переноса заряда поперек базисной плоскости. Так, согласно
[2] температурная зависимость поперечного электросопротивления ρс в слу-
чае соединения Y1Ba2Cu3O7–δ должна подчиняться соотношению
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 3
35
*( ) expc
TT
T
∗⎛ ⎞α Δ
ρ = ⎜ ⎟⎜ ⎟Δ ⎝ ⎠
, (1)
где α – коэффициент, зависящий от содержания кислорода, Δ* – некоторая
величина, определяющая термоактивационный процесс через энергетиче-
скую щель – «псевдощель».
Как отмечалось выше, характерной особенностью соединения
Y1Ba2Cu3O7–δ является относительная простота замены иттрия другими ред-
коземельными элементами [3]. Особый интерес представляет частичная за-
мена Y на Pr, которая, с одной стороны, приводит к подавлению сверхпро-
водимости [4] (в отличие от случаев замены Y на остальные редкоземельные
элементы), а с другой – позволяет сохранять практически неизменными па-
раметры решетки и кислородный индекс соединения [5]. В частности, ис-
следование влияния примесей Pr на условия и режимы существования об-
ласти ПЩ-состояния таких соединений [5] играет важную роль не только
для прояснения природы ВТСП, но и для определения эмпирических путей
повышения их критических параметров. Следует отметить, что до настояще-
го времени данные о степени влияния допирования Pr на проводящие свой-
ства соединения YBaCuO остаются в значительной степени противоречивы-
ми. Очевидно, определенную роль здесь играет тот факт, что существенная
часть экспериментального материала была получена на керамических, пле-
ночных и текстурированных образцах различной технологической предыс-
тории, обладающих высоким содержанием межгранулярных связей. Ввиду
вышесказанного в настоящей работе была поставлена цель исследования
поперечной проводимости в монокристаллах Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ с различной
степенью допирования празеодимом.
Монокристаллы YBa2Cu3O7−δ выращивали по раствор-расплавной техно-
логии [4]. Для получения кристаллов Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ с частичной заменой
Y на Pr в начальную шихту добавляли Pr5O11 в соответствующем процентном
соотношении. Режимы выращивания и насыщения кислородом этих кристал-
лов были такими же, как и для нелегированных монокристаллов [4]. В качест-
ве начальных компонентов для выращивания кристаллов использовали со-
единения Y2O3, BaCO3, CuО и Pr5O11. Характерные размеры кристаллов со-
ставляли 2.5 × 1.5 × 0.4 mm (наименьший размер соответствовал направлению
вдоль оси с). Электросопротивление измеряли по восьмиконтактной методи-
ке, описанной в [3]. Температуру измеряли платиновым терморезистором.
На рис. 1,а показаны температурные зависимости ρс восьми образцов с
различным содержанием празеодима. Видно, что по мере увеличения кон-
центрации празеодима электросопротивление образцов возрастает, а крити-
ческая темература понижается, что согласуется с литературными данными
[4,5]. При этом сами зависимости ρc(T) испытывают переход от квазиметал-
лического к полупроводниковому поведению с характерной большой отри-
цательной кривизной экспериментальных кривых.
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 3
36
0 50 100 150 200 250 300
0
5
10
15
8
7
6
5 4
3 2 1
ρ/
ρ 28
9
T, K
0.01 0.02 0.03 0.04
e–4
e–3
e–2
1/T, K–1
[ρ
/ρ
28
9]/T
, K
–1
8
7
6
54
3
21
e–1
e–5
а б
0.10 0.15 0.20
T1/3, K1/3
[ρ
/ρ
28
9]–1 8 7
6
5
4
3
21
[ρ
/ρ
28
9]/T
, K
–1
1/T1/2, K–1/2
e–4
e–3
e–2
e–5
4 5 6
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
6
7
8
в
На рис. 1,б показаны эти же зависимости в координатах ln(ρ/T)–1/T, что
соответствует их описанию посредством соотношения (1). Видно, что в об-
ласти малых концентраций празеодима (z ≤ 0.23) и относительно высоких
температур эти кривые достаточно хорошо спрямляются. В то же время по
мере дальнейшего роста концентрации празеодима происходит значитель-
ное отклонение экспериментальных кривых от этой зависимости. Как видно
из рис. 1,в, на котором показаны эти же кривые в координатах ln(ρ/T)–1/T 0.5,
зависимости ρc(T), измеренные при относительно большой (z ≥ 0.34) кон-
центрации празеодима, заметно лучше описываются посредством соотноше-
ния для прыжковой проводимости:
1/ 2
0( ) expc
TT T
T
⎛ ⎞ρ = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
, (2)
носящего название «закон 1/2» [3,6]. Здесь T0 – энергия активации.
Как следует из рисунка, для кривых с концентрацией z ≥ 0.43 при темпе-
ратурах вблизи 94–127 K наблюдается изменение угла наклона более чем в
два раза, что, в свою очередь, свидетельствует об уменьшении энергии акти-
вации и отражает наличие фазовых переходов, наблюдавшихся ранее в ра-
боте [7] для монокристаллов YBaCuO. Согласно [7] переходы такого типа
Рис. 1. Температурные зависимости приве-
денного поперечного электросопротивле-
ния ρс монокристаллов К1–К8 в координа-
тах ρс–Т (а), ln[ρс/Т]–1/T (б), ln[ρс/T]–1/Т–1/2
и 1/ρс–T1/3 (в) для различных концентраций
празеодима z: 1 – 0.0, 2 – 0.05, 3 – 0.19, 4 –
0.23, 5 – 0.34, 6 – 0.43, 7 – 0.48, 8 – 0.5; б:
штриховые линии – аппроксимация кривых
уравнением (1); в: штриховые линии на ри-
сунке – аппроксимация кривых уравнением
(2), а на вставке – уравнением (3)
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 3
37
оказывают влияние на кинетику переноса заряда и согласно классическим
критериям Мотта [8] могут служить достоверным признаком реализации в
системе перехода металл–диэлектрик «андерсоновского» типа.
Действительно, как показал проведенный анализ наших эксперименталь-
ных данных (вставка на рис. 1,в), в области температур, в которой наблюда-
ется систематическое отклонение экспериментальных точек от линейной за-
висимости в координатах ln[ρab/Т]–1/T, наши кривые достаточно хорошо
описываются при помощи асимптотической зависимости – так называемого
закона «1/3» [9]:
1/ 31/ Tρ∝ . (3)
Такое поведение зависимостей ρ(Т) уже наблюдалось ранее эксперимен-
тально для аморфных сплавов Gd–Sn [10]. Согласно [9] зависимость вида (3)
следует из скейлингового описания окрестности перехода металл–диэлек-
трик в случае реализации в системе так называемого «критического» режи-
ма, при котором проводимость носит в основном квантовый характер. В
данной работе мы не проводим подробное рассмотрение этого вопроса, ос-
тавляя более детальный анализ для отдельного сообщения.
Таким образом, анализ полученных экспериментальных данных показы-
вает, что в случае соединения Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ по мере увеличения кон-
центрации празеодима происходит усиление процессов локализации носите-
лей, которое сопровождается переходом от ПЩ-режима к режиму прыжко-
вой проводимости. Подобная зависимость свидетельствует о том, что меха-
низм транспорта носителей поперек слоев осуществляется с помощью тер-
моактивационных прыжков с переменной длиной. Показатель 1/2 свиде-
тельствует о том, что прыжковая проводимость одномерна и/или что куло-
новское взаимодействие играет в поперечном транспорте существенную
роль. Недавно подобную зависимость обнаружили также в некоторых слои-
стых органических сверхпроводниках в перпендикулярном магнитном поле
[11], что может дать ключ к разгадке некогерентного транспорта поперек
слоев. Это явление еще раз подчеркивает отличие ВТСП-купратов от ферми-
жидкостных металлов, поскольку температурная зависимость сопротивления
вдоль и поперек слоев не одинакова и отличается от характерной для обычных
металлов.
1. А.А. Завгородний, А.В. Самойлов, Р.В. Вовк, М.А. Оболенский, З.Ф. Назиров,
А.Г. Петренко, V.M. Pinto Simoes, ФТВД 20, № 4, 80 (2010).
2. H.G. Luo, Н.Р. Su, and T. Xiang, Phys. Rev. B77, 014529 (2008).
3. R.V. Vovk, M.A. Obolenskii, A.V. Bondarenko, I.L. Goulatis, A.V. Samoilov, A.I. Chro-
neos, V.M. Pinto Simoes, J. Alloys Comp. 464, 58 (2008).
4. R.V. Vovk, M.A. Obolenskiy, A.A. Zavgorodniy, D.A. Lotnyk, K.A. Kotvitskaya,
Physica B404, 3516 (2009).
5. H.B. Radousky, J. Mater. Res. 7, 1917 (1992).
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 3
38
6. М.З. Мейлихов, ЖЭТФ 115, 1484 (1999).
7. М.А. Оболенский, А.В. Бондаренко, М.О. Зубарева, ФНТ 15, 1152 (1989).
8. N.F. Mott, Metal-insulator transition, Word Scientific, London (1974).
9. В.Ф. Гантмахер, В.Н. Зверев, В.М. Теплинский, О.И. Баркалов, ЖЭТФ 103,
1460 (1993).
10. Y. Imry, J. Appl. Phys. 52, 1817 (1981).
11. V.M. Gvozdikov, Phys. Rev. B76, 235125 (2007).
Р.В. Вовк, З.Ф. Назиров, А.Г. Петренко
ПОПЕРЕЧНА ПРОВІДНІСТЬ І ПСЕВДОЩІЛИНА У МОНОКРИСТАЛАХ
Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ З РІЗНИМ ВМІСТОМ ПРАЗЕОДИМУ
Досліджено температурні залежності електроопору вздовж осі с монокристалів
Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ з різним вмістом празеодиму 0.0 ≤ z ≤ 0.5. Виявлено, що у разі
сполуки Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при збільшенні концентрації празеодиму відбувається
посилення процесів локалізації носіїв, яке супроводжується переходом від псев-
дощілинного (ПЩ) режиму до режиму стрибкової провідності зі змінною довжи-
ною стрибка.
Ключові слова: ВТНП, псевдощілина, некогерентний електротранспорт, монокри-
стали Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ, стрибкова провідність, локалізація носіїв
R.V. Vovk, Z.F. Nazirov, A.G. Petrenko
TRANSVERSAL CONDUCTIVITY AND PSEUDOGAP
IN THE Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ SINGLE CRYSTALS
WITH DIFFERENT PRASEODYMIUM CONTENT
In the present work, the temperature dependence of the resistivity along the c-axis is
investigated in the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ single crystals with different praseodymium
content 0.0 ≤ z ≤ 0.5. It is determined, that in case of the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ compounds
with the increase of the praseodymium contents, there is a reinforcement of the processes
of the carrier localization. This is accompanied in turn by the transition from a pseudogap
regime to the variable-range-hopping regime.
Keywords: HTSC, pseudogap, incoherent electrotransport, Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ single
crystals, hopping conductivity, localization of carriers
Fig. 1. Temperature dependences of reduced transversal resistivity of К1–К8 single crys-
tals in co-ordinates of ρс–Т (а), ln[ρс/Т]–1/T (б), ln[ρс/T]–1/Т–1/2 and 1/ρс–T1/3 (в) at
varied praseodium concentrations z: 1 – 0.0, 2 – 0.05, 3 – 0.19, 4 – 0.23, 5 – 0.34, 6 –
0.43, 7 – 0.48, 8 – 0.5; б: dotted lines present the approximation of the curves with equa-
tion (1); в: dotted lines in the figure are approximations of the curves with equation (2)
and with equation (3) in the insertion
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69447 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T01:46:00Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вовк, Р.В. Назиров, З.Ф. Петренко, А.Г. 2014-10-14T06:15:04Z 2014-10-14T06:15:04Z 2011 Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима / Р.В. Вовк, З.Ф. Назиров, А.Г. Петренко // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 3. — С. 34-38. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 74.72.–h https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69447 Исследованы температурные зависимости электросопротивления вдоль оси с монокристаллов Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ с различным содержанием празеодима 0.0 ≤ z ≤ 0.5. Обнаружено, что в случае соединения Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при увеличении концентрации празеодима происходит усиление процессов локализации носителей, которое сопровождается переходом от псевдощелевого (ПЩ) режима к режиму прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка. Досліджено температурні залежності електроопору вздовж осі с монокристалів Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ з різним вмістом празеодиму 0.0 ≤ z ≤ 0.5. Виявлено, що у разі сполуки Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ при збільшенні концентрації празеодиму відбувається посилення процесів локалізації носіїв, яке супроводжується переходом від псевдощілинного (ПЩ) режиму до режиму стрибкової провідності зі змінною довжиною стрибка. In the present work, the temperature dependence of the resistivity along the c-axis is investigated in the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ single crystals with different praseodymium content 0.0 ≤ z ≤ 0.5. It is determined, that in case of the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ compounds with the increase of the praseodymium contents, there is a reinforcement of the processes of the carrier localization. This is accompanied in turn by the transition from a pseudogap regime to the variable-range-hopping regime. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима Поперечна провідність і псевдощілина у монокристалах Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ з різним вмістом празеодиму Transversal conductivity and pseudogap in the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ single crystals with different praseodymium Article published earlier |
| spellingShingle | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима Вовк, Р.В. Назиров, З.Ф. Петренко, А.Г. |
| title | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима |
| title_alt | Поперечна провідність і псевдощілина у монокристалах Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ з різним вмістом празеодиму Transversal conductivity and pseudogap in the Y1–zPrzBa2Cu3O7–δ single crystals with different praseodymium |
| title_full | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима |
| title_fullStr | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима |
| title_full_unstemmed | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима |
| title_short | Поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах Y1-zPrzBa2Cu3O7-δ с различным содержанием празеодима |
| title_sort | поперечная проводимость и псевдощель в монокристаллах y1-zprzba2cu3o7-δ с различным содержанием празеодима |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69447 |
| work_keys_str_mv | AT vovkrv poperečnaâprovodimostʹipsevdoŝelʹvmonokristallahy1zprzba2cu3o7δsrazličnymsoderžaniemprazeodima AT nazirovzf poperečnaâprovodimostʹipsevdoŝelʹvmonokristallahy1zprzba2cu3o7δsrazličnymsoderžaniemprazeodima AT petrenkoag poperečnaâprovodimostʹipsevdoŝelʹvmonokristallahy1zprzba2cu3o7δsrazličnymsoderžaniemprazeodima AT vovkrv poperečnaprovídnístʹípsevdoŝílinaumonokristalahy1zprzba2cu3o7δzríznimvmístomprazeodimu AT nazirovzf poperečnaprovídnístʹípsevdoŝílinaumonokristalahy1zprzba2cu3o7δzríznimvmístomprazeodimu AT petrenkoag poperečnaprovídnístʹípsevdoŝílinaumonokristalahy1zprzba2cu3o7δzríznimvmístomprazeodimu AT vovkrv transversalconductivityandpseudogapinthey1zprzba2cu3o7δsinglecrystalswithdifferentpraseodymium AT nazirovzf transversalconductivityandpseudogapinthey1zprzba2cu3o7δsinglecrystalswithdifferentpraseodymium AT petrenkoag transversalconductivityandpseudogapinthey1zprzba2cu3o7δsinglecrystalswithdifferentpraseodymium |