К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости

К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости

Рассматривается сдвиг зависимости действительной части динамической магнитной восприимчивости χ′(T) на шкале температур от изменения частоты в окрестности критической температуры Tc перехода сверхпроводника. Этот сдвиг может быть связан с флуктуацией сверхпроводящего параметра порядка при фазовом п...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Datum:2012
Hauptverfasser: Тарасов, В.Ф., Диреглазов, А.Ю., Каминский, Г.Г., Москалюк, В.О., Футымский, С.И.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2012
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75888
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости / В.Ф. Тарасов, А.Ю. Диреглазов, Г.Г. Каминский, В.О. Москалюк, С.И. Футымский // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 841-845. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75888
record_format dspace
spelling Тарасов, В.Ф.
Диреглазов, А.Ю.
Каминский, Г.Г.
Москалюк, В.О.
Футымский, С.И.
2015-02-05T16:35:22Z
2015-02-05T16:35:22Z
2012
К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости / В.Ф. Тарасов, А.Ю. Диреглазов, Г.Г. Каминский, В.О. Москалюк, С.И. Футымский // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 841-845. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
1816-5230
PACS numbers: 64.60.Ht, 74.25.N-, 74.40.-n, 74.72.-h, 74.78.Na, 75.40.Gb
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75888
Рассматривается сдвиг зависимости действительной части динамической магнитной восприимчивости χ′(T) на шкале температур от изменения частоты в окрестности критической температуры Tc перехода сверхпроводника. Этот сдвиг может быть связан с флуктуацией сверхпроводящего параметра порядка при фазовом переходе из нормального состояния в сверхпроводящее.
Розглядається зсув залежности χ′(T) на шкалі температур (χ′(T) – дійсна частина динамічної магнетної сприйнятливости) від зміни частоти поблизу критичної температури Tc переходу надпровідника. Цей зсув може бути пов’язаний з флюктуацією надпровідного параметра порядку при фазовому переході з нормального стану в надпровідний.
The shift of the real part χ′(T) of dynamic magnetic susceptibility dependence over the temperature scale with an ac frequency change is considered in the vicinity of the superconductor critical temperature Tc. This shift can be related to thermodynamic fluctuations of the superconducting order parameter at the normal state—superconductor phase transition.
Авторы выражают благодарность Украинскому научно-технологическому центру за поддержку этой работы по проекту № P424 и МОН Украины за поддержку по договору № М/425-2009.
ru
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
spellingShingle К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
Тарасов, В.Ф.
Диреглазов, А.Ю.
Каминский, Г.Г.
Москалюк, В.О.
Футымский, С.И.
title_short К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
title_full К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
title_fullStr К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
title_full_unstemmed К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
title_sort к вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости
author Тарасов, В.Ф.
Диреглазов, А.Ю.
Каминский, Г.Г.
Москалюк, В.О.
Футымский, С.И.
author_facet Тарасов, В.Ф.
Диреглазов, А.Ю.
Каминский, Г.Г.
Москалюк, В.О.
Футымский, С.И.
publishDate 2012
language Russian
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format Article
description Рассматривается сдвиг зависимости действительной части динамической магнитной восприимчивости χ′(T) на шкале температур от изменения частоты в окрестности критической температуры Tc перехода сверхпроводника. Этот сдвиг может быть связан с флуктуацией сверхпроводящего параметра порядка при фазовом переходе из нормального состояния в сверхпроводящее. Розглядається зсув залежности χ′(T) на шкалі температур (χ′(T) – дійсна частина динамічної магнетної сприйнятливости) від зміни частоти поблизу критичної температури Tc переходу надпровідника. Цей зсув може бути пов’язаний з флюктуацією надпровідного параметра порядку при фазовому переході з нормального стану в надпровідний. The shift of the real part χ′(T) of dynamic magnetic susceptibility dependence over the temperature scale with an ac frequency change is considered in the vicinity of the superconductor critical temperature Tc. This shift can be related to thermodynamic fluctuations of the superconducting order parameter at the normal state—superconductor phase transition.
issn 1816-5230
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75888
citation_txt К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости / В.Ф. Тарасов, А.Ю. Диреглазов, Г.Г. Каминский, В.О. Москалюк, С.И. Футымский // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 841-845. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT tarasovvf kvoprosuokorrektnostiizmereniâkritičeskoitemperaturysverhprovodnikovmetodomdinamičeskoimagnitnoivospriimčivosti
AT direglazovaû kvoprosuokorrektnostiizmereniâkritičeskoitemperaturysverhprovodnikovmetodomdinamičeskoimagnitnoivospriimčivosti
AT kaminskiigg kvoprosuokorrektnostiizmereniâkritičeskoitemperaturysverhprovodnikovmetodomdinamičeskoimagnitnoivospriimčivosti
AT moskalûkvo kvoprosuokorrektnostiizmereniâkritičeskoitemperaturysverhprovodnikovmetodomdinamičeskoimagnitnoivospriimčivosti
AT futymskiisi kvoprosuokorrektnostiizmereniâkritičeskoitemperaturysverhprovodnikovmetodomdinamičeskoimagnitnoivospriimčivosti
first_indexed 2025-11-25T23:07:20Z
last_indexed 2025-11-25T23:07:20Z
_version_ 1850577902982135808
fulltext 841 PACS numbers: 64.60.Ht, 74.25.N-, 74.40.-n, 74.72.-h, 74.78.Na, 75.40.Gb К вопросу о корректности измерения критической температуры сверхпроводников методом динамической магнитной восприимчивости В. Ф. Тарасов, А. Ю. Диреглазов, Г. Г. Каминский, В. О. Москалюк, С. И. Футымский Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина Рассматривается сдвиг зависимости действительной части динамической магнитной восприимчивости χ′(T) на шкале температур от изменения ча- стоты в окрестности критической температуры Tc перехода сверхпровод- ника. Этот сдвиг может быть связан с флуктуацией сверхпроводящего па- раметра порядка при фазовом переходе из нормального состояния в сверхпроводящее. Розглядається зсув залежности χ′(T) на шкалі температур (χ′(T) – дійсна частина динамічної магнетної сприйнятливости) від зміни частоти побли- зу критичної температури Tc переходу надпровідника. Цей зсув може бу- ти пов’язаний з флюктуацією надпровідного параметра порядку при фа- зовому переході з нормального стану в надпровідний. The shift of the real part χ′(T) of dynamic magnetic susceptibility dependence over the temperature scale with an ac frequency change is considered in the vicinity of the superconductor critical temperature Tc. This shift can be re- lated to thermodynamic fluctuations of the superconducting order parameter at the normal state—superconductor phase transition. Ключевые слова: сверхпроводящая плёнка, восприимчивость, сверхпро- водящий переход, критическая температура. (Получено 5 апреля 2012 г.) Измерение критической температуры Tc перехода сверхпроводника из нормального состояния в сверхпроводящее представляет теоре- тический и практический интерес, поскольку позволяет объяснить наблюдаемые экспериментальные данные, полученные на сверх- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2012, т. 10, № 4, сс. 841—845 © 2012 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 842 В. Ф. ТАРАСОВ, А. Ю. ДИРЕГЛАЗОВ, Г. Г. КАМИНСКИЙ и др. проводящих образцах. Наиболее часто Tc и ширину температурного сверхпроводящего перехода (СП) определяют измерением сопротивления перехода на постоянном токе по четырехзондовой методике или методом дина- мической магнитной восприимчивости (ДМВ). При измерениях на постоянном токе сверхпроводник имеет рез- кий переход по температуре, т.к. в этом случае ток по сверхпровод- нику проходит через объем материала, имеющего одинаковую Tc. В этом случае трудно оценить степень однородности сверхпроводяще- го материала по СП. При измерениях методом ДМВ ширина СП больше за счет объемов материала, имеющих температурный раз- брос по Tc, и эта ширина указывает на степень однородности мате- риала по сверхпроводящим свойствам. Чем круче СП при измере- нии методом ДМВ, тем более однородный материал по Tc. На рисунке 1 представлены результаты наших измерений темпе- ратурных зависимостей действительной составляющей магнитной восприимчивости χ′ при различных частотах возбуждающего поля (70 КГц, 30 КГц, 10 КГц, 1 КГц) амплитудой H = 0,15 мТл. Объек- том исследований были высокотемпературные сверхпроводящие плёнки YBaCuO толщиной 300 нм, осажденные на подложки LaAlO3 методом импульсного лазерного осаждения. Как видно из рис. 1, при понижении частоты возбуждающего поля, при переходе сверхпроводника из нормального состояния в сверхпроводящее, χ′ сдвигается в сторону меньших температур. Возникает вопрос: где Рис. 1. Температурные зависимости действительной составляющей маг- нитной восприимчивости χ′ при различных частотах (кривая 1 – 70 КГц, кривая 2 – 30 КГц, кривая 3 – 10 КГц, кривая 4 – 1 КГц) возбуждающе- го поля амплитудой H = 0,15мТл. ИЗМЕРЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СВЕРХПРОВОДНИКОВ 843 на температурной оси наблюдается начало реального фазового пе- рехода и какая его ширина? Выполним расчеты в рамках феноменологической двухжидкост- ной модели Гортера—Казимира, описанной в [1], согласно которой имеются нормальные электроны c концентрацией nn и сверхпрово- дящие с концентрацией ns; суммарная концентрация электронов проводимости – n = nn + ns. В этой модели концентрации нормаль- ных и сверхпроводящих электронов зависят от температуры сверх- проводника: 4 n c T n n T   =     , 4 1 s c T n n T   = −    (1) Представим, что наш образец имеет форму диска и приложен к од- ной из измерительных катушек стандартной схемы ДМВ. Рассмот- рим состояние образца при температуре несколько выше Tc. Прак- тически он находится в нормальном состоянии. Поэтому мы можем с достаточной степенью точности считать, что внешнее переменное магнитное поле возбуждает в образце индуцированную электро- движущую силу (ЭДС): ( )HS t t ∂Φ ∂ε = − = − ∂ ∂ , (2) где Н – возбуждающее переменное поле, S – площадь поперечного сечения образца. Обозначим через l среднюю длину окружности диска. Выразив магнитное поле в комплексном виде 0 i tH H e ω= , получим величину напряженности E электрического поля в образце на окружности длиною l: 0 0 i t i ti SH e E i E e l l ω ωωε= = − = − ω , (3) где 0 0 /E SH l= . Это электрическое поле создает ток нормальных носителей. При заданной температуре, вследствие присутствия термодинамических флуктуаций параметра порядка, может суще- ствовать незначительное количество сверхпроводящих носителей тока, которые под действием этого электрического поля создадут слабый сверхпроводящий ток. Именно этот ток и будет создавать, на прилегающей к образцу катушке, напряжение, пропорциональ- ное χ′ восприимчивости. Плотность тока, создаваемая этими электронами, равна [2]: 2 0 0 2 i t i t s s ss iq E e E j Ei in n q e m m ω ω= − σ = − = , (4) 844 В. Ф. ТАРАСОВ, А. Ю. ДИРЕГЛАЗОВ, Г. Г. КАМИНСКИЙ и др. где ns – концентрация сверхпроводящих электронов; q – заряд электрона; m – масса электрона. Так как магнитный момент пропорционален току в образце (и, следовательно, также его плотности), получим: 0 0 2 i t i ts s s n E e SH M j n q e m ml ω ω∝ ∝ ∝ . (5) Напряжение, развиваемое на катушке от этого магнитного мо- мента, равно производной по времени от его величины; поэтому ве- личина напряжения сигнала Uc, пропорциональная χ′, составит: 0 2s i t c n SHdM U i q e dt lm ω′χ ∝ ∝ − ∝ − ω . (6) Как видно из выражения (6), величина χ′ пропорциональна частоте измерения и концентрации сверхпроводящих носителей в образце. Для ясности дальнейшего изложения рассмотрим точки a, b, c, d только на начальной стадии СП-перехода на кривой зависимости ДМВ от температуры (рис. 2 показывает участок перехода от χ′ = 0 до χ′ = 0,1). Точка а находится на кривой перехода χ′ при частоте 70 КГц. В этой точке, при данной частоте и температуре перехода, за счёт флуктуаций термодинамического параметра порядка в окрест- ностях СП имеется некоторое количество сверхпроводящих элек- тронов ns, которые, согласно выражению (6), дают напряжение, Рис. 2. Участок температурных зависимостей действительной составляю- щей магнитной восприимчивости в диапазоне от χ′ = 0 до χ′ = 0,1, на не- скольких частотах (кривая 1 – 70 КГц, кривая 2 – 30 КГц, кривая 3 – 10 КГц, кривая 4 – 1 КГц) в полеH = 0,15мТл. ИЗМЕРЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СВЕРХПРОВОДНИКОВ 845 пропорциональное χ′. В следующем эксперименте установили ча- стоту равную 30 КГц. Тогда, согласно выражению (6), чтобы иметь такое же по величине напряжение, как то, что имелось в экспери- менте при частоте 70 КГц, необходимо иметь большее, чем в преды- дущем случае, количество сверхпроводящих носителей. Поэтому точка a переходит в положение точки b на частоте 30 КГц, которое лежит ниже по температуре и обеспечивает большее число сверх- проводящих носителей. И так для остальных точек: с, d. Отсюда ясно, что положение кривой перехода в сверхпроводящее состояние на температурной оси зависит от частоты измерения и определяется температурной областью сверхпроводящих термодинамических флуктуаций параметра порядка при переходе из нормального со- стояния в сверхпроводящее. В наших измерениях, сдвиг кривой перехода (из точки a в точку d) составлял порядка 1,5 градуса. Су- ществует несколько моделей возникновения флуктуаций сверхпро- водящего параметра порядка, например, модель джозефсонофских флуктуаторов [3, 4] или фазового перехода Березинского—Костер- лица—Таулесса [5], детальное рассмотрение которых выходит за рамки данной статьи. По-видимому, флуктуационные процессы в сверхпроводниках (и особенно в ВТСП-соединениях) могут иссле- доваться изучением начала перехода при разных частотах, так как чем выше частота измерений, тем при более высоких температурах будет заметно начало появления флуктуаций. Для того чтобы корректно измерять ширину перехода на одной заданной частоте, необходимо откалибровать измерительную уста- новку по восприимчивости. В таком случае изменение динамиче- ской магнитной восприимчивости от 0,1 до 0,9 её величины и будет мерой ширины перехода по температуре. Именно так поступают в работе [6]. Исследуя сдвиг перехода от магнитного поля, авторы, для оценки реальной температуры перехода, кривую восприимчи- вости в функции от температуры градуируют по известным сигна- лам парамагнитных и образцов (Pd, EuO, GdCl3⋅7H2O). Авторы выражают благодарность Украинскому научно-техноло- гическому центру за поддержку этой работы по проекту № P424 и МОН Украины за поддержку по договору № М/425-2009. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. M. J. Lancaster, Passive Microwave Device Applications of High-Temperature Superconductors (Birmingham: Cambridge University Press: 1997). 2. В. В. Шмидт, Введение в физику сверхпроводников (Москва: Наука: 1982). 3. А. В. Демин, В. А. Хлус, Физика низких температур, 17: 1914 (1991). 4. В. И. Шнырков, В. П. Тимофеев, Г. М. Цой, В. А. Хлус, А. В. Демин, Физи- ка низких температур, 21: 604 (1995). 5. А. Н. Артемов, Физика твердого тела, 47: 1018 (2005). 6. E. H. Brandt, Phys. Rev. B, 50, Nо. 5: 3384 (1994).

Ähnliche Einträge