Туннелирование в сверхпроводниках под давлением

Представлен обзор экспериментальных исследований эффектов электронного туннелирования и андреевского отражения электронов в низкотемпературных (НТСП) и высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) в условиях гидростатического сжатия до 15 кбар. Анализируются изменения энергетической щели и ее анизотр...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Свистунов, В.М., Леонова, В.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2006
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	100-летию Б.Г. Лазарева посвящается
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79902
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:	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением / В.М. Свистунов, В.Н. Леонова // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 4-14. — Бібліогр.:44 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79902
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-799022025-02-23T17:12:51Z Туннелирование в сверхпроводниках под давлением Тунелювання у надпровідниках під тиском Tunneling in superconductors under high pressure Свистунов, В.М. Леонова, В.Н. 100-летию Б.Г. Лазарева посвящается Представлен обзор экспериментальных исследований эффектов электронного туннелирования и андреевского отражения электронов в низкотемпературных (НТСП) и высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) в условиях гидростатического сжатия до 15 кбар. Анализируются изменения энергетической щели и ее анизотропии, фононных спектров НТСП и массивных ВТСП. Обнаружен эффект частотной зависимости микроскопического параметра Грюнайзена. В отличие от НТСП в ВТСП наблюдается заметное смягчение высокочастотной части фононного спектра, соответствующего «дышащим» модам кислорода. Эффект возрастания отношения 2∆/кТс(Р) достаточно хорошо объясняется наблюдаемым уменьшением частот верхней границы фононного спектра ВТСП, т.е. практически полностью обусловлен сильным электрон-фононным взаимодействием (ЭФВ). Надано огляд експериментальних досліджень ефектів електронного тунелювання і андріївського відбиття електронів у низькотемпературних (НТНП) та високотемпературних надпровідниках (ВТНП) в умовах гідростатичного тиску до 15 кбар. Аналізуються зміни енергетичної щілини та її анізотропії, фононних спектрів НТНП та масивних ВТНП. Виявлений ефект частотної залежності мікроскопічного параметра Грюнайзена. На відміну від НТНП у ВТНП помітне пом’якшення високочастотної частини фононного спектра, відповідаючого “дихаючим” модам кисню. Ефект зростання відношення 2Δ/kTc(P) достатньо добре пояснюється зменшенням частот верхньої границі фононного спектру ВТНП, тобто практично повністю обумовлений сильною електрон-фононою взаємодією (EФВ). The review of experimental studies of tunneling effects and andreev reflection of electrons in a low temperature (LT-TcS) and high temperature superconductors (HTc-S) under hydrostatically compression up to 15 kbar has been appeared. Changes of energy gap and it’s anisotropy, phonon spectra of LT-TcS and massive HTc-S has been analyzed. The effect of the frequency depends of microscopically Gruneisen parameter of was founded. Unlike of LT-TcS in HTc-S observed softing of highfrequency part of phonon spectra, correspond to “breathing oscillations of oxygen”. Effect of increasing of ratio 2Δ/kTc(P) is explained by decrease of in upper frequencies of phonon spectra HTSC, that is completely produced by strong electron-phonon interaction. 2006 Article Туннелирование в сверхпроводниках под давлением / В.М. Свистунов, В.Н. Леонова // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 4-14. — Бібліогр.:44 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79902 539.292 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	100-летию Б.Г. Лазарева посвящается 100-летию Б.Г. Лазарева посвящается
spellingShingle	100-летию Б.Г. Лазарева посвящается 100-летию Б.Г. Лазарева посвящается Свистунов, В.М. Леонова, В.Н. Туннелирование в сверхпроводниках под давлением Вопросы атомной науки и техники
description	Представлен обзор экспериментальных исследований эффектов электронного туннелирования и андреевского отражения электронов в низкотемпературных (НТСП) и высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) в условиях гидростатического сжатия до 15 кбар. Анализируются изменения энергетической щели и ее анизотропии, фононных спектров НТСП и массивных ВТСП. Обнаружен эффект частотной зависимости микроскопического параметра Грюнайзена. В отличие от НТСП в ВТСП наблюдается заметное смягчение высокочастотной части фононного спектра, соответствующего «дышащим» модам кислорода. Эффект возрастания отношения 2∆/кТс(Р) достаточно хорошо объясняется наблюдаемым уменьшением частот верхней границы фононного спектра ВТСП, т.е. практически полностью обусловлен сильным электрон-фононным взаимодействием (ЭФВ).
format	Article
author	Свистунов, В.М. Леонова, В.Н.
author_facet	Свистунов, В.М. Леонова, В.Н.
author_sort	Свистунов, В.М.
title	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением
title_short	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением
title_full	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением
title_fullStr	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением
title_full_unstemmed	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением
title_sort	туннелирование в сверхпроводниках под давлением
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2006
topic_facet	100-летию Б.Г. Лазарева посвящается
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79902
citation_txt	Туннелирование в сверхпроводниках под давлением / В.М. Свистунов, В.Н. Леонова // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 4-14. — Бібліогр.:44 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT svistunovvm tunnelirovanievsverhprovodnikahpoddavleniem AT leonovavn tunnelirovanievsverhprovodnikahpoddavleniem AT svistunovvm tunelûvannâunadprovídnikahpídtiskom AT leonovavn tunelûvannâunadprovídnikahpídtiskom AT svistunovvm tunnelinginsuperconductorsunderhighpressure AT leonovavn tunnelinginsuperconductorsunderhighpressure
first_indexed	2025-11-24T03:45:46Z
last_indexed	2025-11-24T03:45:46Z
_version_	1849641870256242688
fulltext	УДК 539.292 ТУННЕЛИРОВАНИЕ В СВЕРХПРОВОДНИКАХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ В.М. Свистунов, В.Н. Леонова НТУ «Харьковский политехнический институт», г. Харьков, Украина Представлен обзор экспериментальных исследований эффектов электронного туннелирования и андреевского отра- жения электронов в низкотемпературных (НТСП) и высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) в условиях гидро- статического сжатия до 15 кбар. Анализируются изменения энергетической щели и ее анизотропии, фононных спектров НТСП и массивных ВТСП. Обнаружен эффект частотной зависимости микроскопического параметра Грюнайзена. В от- личие от НТСП в ВТСП наблюдается заметное смягчение высокочастотной части фононного спектра, соответствующего «дышащим» модам кислорода. Эффект возрастания отношения 2∆/кТс(Р) достаточно хорошо объясняется наблюдаемым уменьшением частот верхней границы фононного спектра ВТСП, т.е. практически полностью обусловлен сильным элек- трон-фононным взаимодействием (ЭФВ). ВВЕДЕНИЕ Велика роль высоких давлений в современной жизни – это, в конечном итоге, и материалы с необыкновенными свойствами, и соответствующие технологии и т. д. Вместе с тем, получение физиче- ской информации в области высоких давлений свя- зано с большими экспериментальными трудностя- ми. В первую очередь это относится к исследовани- ям энергетических спектров квазичастиц – электро- нов, фононов, магнонов и т. п. Анализ литературных данных 60-х годов области изучения сверхпроводников под давлением свиде- тельствовал о существовании «белых пятен». О по- ложении дел в этом направлении исследований того времени можно судить по замечаниям К. Свенсона: «…экспериментальных данных, обладающих точно- стью, достаточной для … сравнения, в настоящее время не существует» [1], а также Н.Б. Брандта и Н.И. Гинзбурга: «…можно констатировать, что в на- стоящее время данные о механизме влияния давле- ния на ТК противоречивы» [2]. Поэтому применение в такого рода исследованиях туннельного эффекта казалось необходимым, и можно было ожидать по- лучения качественно новых результатов. К концу 60-х годов был накоплен громадный материал об из- менениях макроскопических характеристик ТК и НК. Существенный вклад в формирование представ- лений о поведении сверхпроводников под давлени- ем внесли исследования советских физиков: Б.Г. Лазарева (Физико-технический институт АН УССР), Н.Е.Алексеевского (Институт физических проблем АН СССР), Н.Б.Брандта (Московский госу- дарственный университет), Е.С. Ицкевича (Инсти- тут физики высоких давлений АН СССР). Впервые об экспериментах по наблюдению тун- нельных эффектов в сверхпроводниках под давлени- ем А.А. Галкин и В.М. Свистунов сообщили на XIV Всесоюзном совещании по физике низких темпера- тур в июне 1967 г. Давления создавались в «ледовой бомбе» конструкции Б.Г. Лазарева и Л.С. Кан и были небольшими – 2 кбар, тем не менее, изменения энергетической щели свинца оказались достаточно заметными. Затем диапазон давлений был расширен до 15 кбар, что позволило надежно наблюдать эф- фект более быстрого изменения щели, чем критиче- ской температуры в свинце [3]. С подключением техники высоких давлений про- ведение туннельных экспериментов заметно услож- нилось, так как в условиях сильного сжатия трудно сохранить тончайший (~10-7см) зазор между двумя электродами. Основное содержание обзора составляют ре- зультаты систематического изучения в Донецком физико-техническом институте АН УССР (с 1967 по 2002 гг.) одночастичных туннельных эффектов в условиях гидростатического сжатия низкотемпера- турных (НТСП) и высокотемпературных (ВТСП) сверхпроводников под давлением до 15 кбар при низких температурах до 1,1 К. Удалось решить проблему (вообще-то существу- ющую и без применения давления) технологии изго- товления высококачественных туннельных барьеров с достаточной механической прочностью, чтобы обеспечить туннельную природу тока во всем диапазоне давлений. Это позволило вести исследо- вания в таких направлениях, как сверхпроводи- мость, эффект близости, решеточные и электронные свойства, квантовые размерные эффекты, фазовые превращения и собственно туннельные явления. ЭКСПЕРИМЕНТ Конечный этап туннельного эксперимента при изучении сверхпроводников – реконструкция спек- тральной функции ЭФВ g(ω)=α2F(ω). Она определя- ет основные параметры сверхпроводника, в том чис- ле параметр энергетической щели Δ(ω), критиче- скую температуру ТК и функцию перенормировки нормального металла ZN(ω) [4]. В частности, вблизи поверхности Ферми меняется масса электрона: m=m ReZN(0), где ReZN(0)= 1+λ. ( ) .2 0 ω ω ωλ dg ∫ ∞ = (1) ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 4 Константа электрон-фононной связи λ играет большую роль в теории сверхпроводимости и вхо- дит в приближенное соотношение для ТК [4]: ( ) ( ) . 62.01 104.1exp 2.1 T K       +− +−= λµλ λω (2) Здесь μ* – кулоновский псевдопотенциал, равный примерно 0,1 для непереходных металлов, ,2 2 λ ω A= ( ) . 0 2 ωω dgA ∫ ∞ = (3) Другой важной характеристикой является пер- вый момент функции ЭФВ: ( ) ( ) , 2 0 2 0 M JN dgE == ∫ ∞ ωωω (4) где N(0) – плотность электронных состояний на по- верхности Ферми; ‹J2› – квадрат матричного элемен- та электрон-фононного взаимодействия; М – масса иона. 1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ЭФВ В ходе экспериментальных исследований был разработан метод обработки туннельных характери- стик и конструкции спектральной функции ЭФВ [5]. Исходной для ее нахождения является туннельная плотность состояний: ( ) ( ) ( ).ReRe 22 ω ωω ωω SNT =         ∆− = (5) Количественная связь между Δ(ω) и функцией ЭФВ описывается известной системой нелинейных интегральных уравнений Элиашберга [4]. Далее с помощью дисперсионного соотношения ( ) ( ) ( ) ω ωω ωω π ωω ′ ′− ′−′ = ∫ ∞ ∆ dNN2SIm 0 22 БКШT (6) (где ( ) { }2 0 2/Re ∆−= ωωωБКШN – плотность состояний в теории Бардина-Купера-Шрифера (БКШ)) вычисляется комплексный параметр энерге- тической щели ( ) ( ) .1 2 ωωω −−±=∆ S (7) После этого восстановление функции g(ω) сво- дится к решению теперь уже линейного интеграль- ного уравнения: ( ) ,/Im πω∆+= gKgD (8) которое не содержит кулоновского псевдопотенциа- ла (подробно процедура анализа и реконструкции функции ЭФВ описана в работе [5]). 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ С КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ 2.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЩЕЛЬ Наши первые туннельные эксперименты под дав- лением осуществлялись с «ледовой бомбой» Б.Г. Лазарева и Л.С. Кан со сверхпроводящим свин- цом. Хотя давления были невелики (1,73 кбар), тем не менее характеристики контактов алюминий-оки- сел алюминия-свинец заметно менялись, явно ука- зывая на уменьшение энергетической щели сверх- проводников – свинца и алюминия (рис. 1,а). Причем тенденция была такова, что щель свинца уменьшалась быстрее ТК. Рис. 1. Результаты первых туннельных эксперимен- тов под давлением. Контакты Al – I – Pb, T=1,3 K: a – 1 – P=0, 2 – P=1,73 кбар [6]; б – 1, 1' – P=0, 2, 2' – P=13,9 кбар [3]; в – изменение энергетической щели свинца под давлением (сплошная линия – 2Δ0/TK=const, ‡ – экспериментальные точки) [3] Эксперименты были продолжены с бомбой конструкции Е.С. Ицкевича, в результате чего полу- чены надежные данные (см. рис. 1,б) для свинца [3]. Они явно указывали на эффект более быстрого уменьшения энергетической щели по сравнению с критической температурой (см. рис. 1,в). Вскоре аналогичные результаты опубликовали Дж.П. Франк и В.Дж. Келлер [7], Н.В. Заварицкий, Е.С. Ицкевич и А.Н. Вороновский [8]. Интерес представляли сверхпроводники – олово, индий и др. с малым соотношением 2Δ0/ТК, близким к пределу БКШ – 3,53. В отличие от свинца эффект уменьшения этого отношения был более слабым, но хорошо заметным экспериментально (рис. 2). ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 5 Рис. 2. Влияние давления на «щелевые» характери- стики контактов Al – I – In: 1 – P=0; 2 – P=14 кбар [9] Впоследствии эти результаты получили подтвер- ждение в экспериментах Н.В. Заварницкого и др. [8] 1971 г. Нами также были изучены таллий, ниобий, тантал и сплавы Pb-In, Pb-Bi, Bi-Tl, In-Sn, Pb-Sn, In- Mg [4, 10]. Основной результат этих прямых измерений – эффект более быстрого уменьшения щели по срав- нению с критической температурой: \|d lnΔ0/dP\|>\|d lnTK/dP\|. Исключение составляет лантан, у которого обнаружено увеличение щели и отношения 2Δ0/TK под давлением [11]. 2.2. РЕШЕТОЧНЫЕ СВОЙСТВА До постановки туннельных экспериментов основным источником информации об изменении колебательного спектра решетки под давлением были лишь результаты косвенных измерений тепло- вого расширения. Для оценки же сдвига спектра фо- нонов можно было использовать известный макро- скопический параметр Грюнайзена. Туннельный эф- фект открыл возможность непосредственно опреде- лить сдвиг поперечных ω и продольных ωl колеба- ний спектра решетки исследуемого материала и впервые получить значения микроскопического па- раметра Грюнайзена: ( ) ( ) ( ).1 ln ln * q d qd q i i i γ χ ω γ = Ω −= (9) Здесь Ω – объем; χ=-(d lnΩ/dP)T – сжимаемость; γi =d lnωi/dP – параметр, измеряемый в туннельном эксперименте. В нашей лаборатории такие данные получены для свинца, индия, таллия, ниобия, тантала, сплавов свинца с индием, свинца с висмутом, сплава индия с оловом и висмута с таллием. На рис. 3 приведены данные для индия. Помимо этого другими авторами исследовались свинец, индий, олово, лантан, вис- мут, сплав свинца с индием [4]. Рис. 3. Влияние давления на фононную структуру индия: штриховая – P=0; сплошная – P=10 кбар [12] Общим свойством практически всех изученных элементов и сплавов является линейное смещение спектра в область высоких энергий (т.е. 0 ln > dP d iω ). Исключение составляют: а) лантан [11], у которого γt <0, γt1 * ≈0; γl2 * >0 во всей области давлений вплоть до 17,5 кбар; б) интерметаллид BiTl, у которого под давлени- ем Р=3,5 кбар исчезают особенности в d2U/dI2-U, со- ответствующие низкочастотной части фононного спектра. Найденные из туннельного эксперимента значе- ния γi существенно превосходят макроскопический параметр Грюнайзена γ (например, для свинца γ=2,85, а γt,l=3,5), обнаруживая тенденцию к γt>γl. Последнее особенно заметно для сплавов. Макси- мальный эффект запаздывания сдвига высокоча- стотных колебаний решетки обнаружен нами для сплава Pb60In40 [11] и составляет γt = 2γl . Результаты явно указывают на проявление ча- стотной зависимости параметра Грюнайзена. Они могут также свидетельствовать об упрощенном ха- рактере моделей, использующих приближение по- стоянного параметра Грюнайзена для описания ряда свойств вещества при конечных давлениях. Интересно в этом смысле поведение локальных колебаний решетки сплава свинец-индий. Уравне- ние Лифшица, приведенное в [10], определяет их местоположение в предположении, что силовые по- стоянные не меняются, а возмущение кристалла сво- дится только к изменению массы в одном из узлов решетки. Под давлением следовало бы ожидать, что локальные колебания будут смещаться с той же ско- ростью, что и верхняя граница фононного спектра свинца. Это неплохо выполняется в экспериментах с малыми (1...7%) концентрациями индия [10] и про- тиворечит наблюдениям на образцах с большим со- ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 6 держанием легкой примеси индия, что разумно свя- зать с изменением силовых констант в сплаве. В целом настоящие результаты указывают на сложный характер изменений под давлением фонон- ных спектров металлов и сплавов. К сожалению, на сегодняшний день отсутствует их детальное теоре- тическое описание. Так, вычисления с помощью ме- тода псевдопотенциала зависимостей ( )qi γ для ряда чистых металлов дают различные соотноше- ния между ( )ql γ и ( )qt γ при разных q  , например, для свинца на границе зоны Бриллюэна в направле- нии γl > γt. В то же время, как уже отмечалось выше, туннельный эксперимент дает γt >γl практически для всех изученных объектов. 2.3. ТУННЕЛИРОВАНИЕ В НИОБИЙ, ТАНТАЛ, ЛАНТАН Ниобий, тантал Были выполнены систематические туннельные исследования ЭФВ монокристаллов ниобия и танта- ла в условиях гидростатического сжатия. Для кор- ректного определения плотности состояний сверх- проводников из туннельных данных была учтена за- висимость прозрачности потенциального барьера от прилагаемого напряжения. Вид спектральных функций ЭФВ ниобия и тан- тала и их изменение под давлением показаны на рис. 4. Полученные значения λ и μ* показывают, что сверхпроводимость этих переходных металлов глав- ным образом обусловлена электрон-фононным ме- ханизмом куперовского спаривания электронов. Расчетные величины ТК находятся в хорошем согла- сии с измеренными. Рис. 4. Изменение функций ЭФВ: а – ниобия, P=6 кбар; б – тантала, P=9 кбар; сплошные – P=0, штриховые – P≠0 [13] Заметных изменений λ, μ* и Δ0 в исследованном интервале давлений (до 10 кбар) не обнаружено. Различие в поведении фононных спектров ниобия и тантала под давлением, установленное по смеще- нию характеристических частот ωt (поперечных) и ωl (продольных), сводится к следующему. В ниобии происходит более сильный сдвиг частот продольных колебаний, у тантала сдвиги одинаковы для обеих поляризаций. В исследованном диапазоне давлений найдены значения параметров Грюнайзена: γNb=1.7 и γTa=1,94. Из данных dТК/dP получены следующие изменения электронного параметра от объема ( )( ) Ω= ln/0ln 2 dJNdSe : Se=-2,25 для ниобия и Se=-2,65 для тантала. Значительные изменения это- го параметра для переходных металлов обусловлены уширением s-p-зоны под давлением и ее смещение вверх по энергии плотности электронных состояний на уровне Ферми. Данные результаты позволяют утверждать, что в области малых гидростатических давлений умень- шение критических температур сверхпроводящего перехода ниобия и тантала обусловлено преимуще- ственно изменениями колебательного спектра ре- шетки. Лантан В отличие от ниобия и тантала в лантане [11] на- блюдалось размягчение (γt <0) поперечных фонон- ных мод (рис. 5). Это, в свою очередь, приводит к возрастанию щели и критической температуры ТК, так что отношение 2Δ0/TK увеличивается от 3,75 (Р=0) до 4,06 (Р=17,7 кбар). При этом сохраняется неравенство \|d lnΔ0/dP\|>\|d lnTK/dP\|, обнаруженное для простых металлов. Рис. 5. Функции ЭФВ лантана [11] ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 7 Из-за большого разброса экспериментальных то- чек авторам работы [11] не удалось получить коли- чественных данных о смещении функции ЭФВ для лантана под давлением. Результаты эксперимента не подтверждают ранних предположений о наличии в лантане других механизмов спаривания, кроме ЭФВ. 2.4. КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА И ОТНОШЕНИЕ 2Δ0/TK Уравнения Элиашберга при Т=0 и Т=ТК являют- ся предельными случаями равенств, полученных в температурной технике для произвольных темпера- тур. Поэтому оказывается возможным вычислять критическую температуру сверхпроводника из точ- ных соотношений с привлечением найденных из туннельного эксперимента функций ЭФВ. Фактически подобные расчеты представляют со- бой критерий достоверности восстановленных функций ЭФВ и позволяют критически оценить на- дежность ряда полуэмпирических формул для ТК (например, соотношения (2)). В отличие от точных решений такие формулы представляют заметно меньший сдвиг ТК под давлением: на 20...40% со- гласно уравнению (2) и на 10...15% в соответствии с улучшенным в [14] вариантом этого соотношения. Этот вывод не зависит от ошибок в измерении дав- лений и получен с использованием интегральных характеристик тех же функций ЭФВ, которые вхо- дили в точные расчеты ТК. Понятно, что рассмотрен- ные выше формулы для ТК должны с разумной осто- рожностью применяться при анализе эксперимен- тов, исключающих получение функции ЭФВ. Наконец, мы восстановили туннельную плот- ность состояний при энергиях, превышающих 11 мэВ для свинца и 14 мэВ для некоторых сплавов свинца с индием при конечном давлении, используя экспериментальные значения только до этих значе- ний. Результат сравнения показан на рис. 6. Вместе с совпадением «точно» вычисленных значений ТК он убедительно свидетельствует о применимости микроскопической теории для описания сверхпро- водящих свойств непереходных элементов под дав- лением. Рис. 6. Сравнение расчетных (сплошные линии) и экспериментальных (точки) туннельных плотно- стей состояний: а – Pb, P=12,2 кбар; б – Pb0.88In0.12, P=9,3 кбар; в - Pb0.7In0.3, P=11 кбар [15] 2.4.1. Энергетическая щель Полезной характеристикой сверхпроводника яв- ляется отношение двух рассмотренных выше пара- метров Δ0 и TK. Отклонение отношения 2Δ0/TK от значения теории БКШ, равного 3,53, описывает силу ЭФВ в исследуемом материале и имеет максималь- ную величину для таких сильносвязанных сверхпро- водников, как свинец, ртуть, сплавы свинца с висму- том и др. Туннельные эксперименты впервые показали, что при сжатии непереходного металла его основ- ные сверхпроводящие параметры стремятся к значе- ниям, определяемым теорией БКШ. Это легко по- нять, если привлечь приближенное выражение, свя- зывающее 2Δ0/TK с реальным фононным спектром сверхпроводника. Тогда наблюдается следующая простая связь: ( ) ,1lnln 0 γ−−=∆ k dP Tdk dP d K (10) где k>1, dPd /ln* ωγ = , ϖ – некоторая средняя фононная частота. Как видно, при положительном γ* щель убывает с давлением быстрее, чем критическая температура. Перейдем теперь к экспериментам по исследова- нию анизотропии щели. В [16] показано, что анизо- тропия фононного спектра является основным ис- точником анизотропии энергетической щели, в то время как кулоновское взаимодействие можно счи- тать изотропным и постоянным под давлением. Что- бы избежать больших вычислительных трудностей, здесь предложено в уравнениях Элиашберга для мо- нокристалла в качестве первого приближения заме- нить изотропную функцию ЭФВ на ),( ωqg  , а функцию Δ(ω) и интегралы оставить одномерными. Тогда последний результат качественно согласуется с экспериментальными данными по туннелирова- нию в толстые текстурированные пленки свинца и указывает на то, что основным фактором, определя- ющим угловую зависимость параметров монокри- сталлического свинца, действительно является ани- зотропия фононного спектра. 3. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ Основным источником информации о спектрах кавзичастичных возбуждений являются контактные методы, в первую очередь, эффект туннелирования в S-I-S-структурах [17, 18]. В контактах с непосред- ственной проводимостью S-c-S-, S-c-N-типов спек- троскопические характеристики сверхпроводника ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 8 наблюдаются в режиме андреевского отражения [19, 20] (S – сверхпроводник; c – сужение; N – нормаль- ный металл; I – изолятор). Для исследования влия- ния давления на щелевые и фононные спектры вис- мутового металлоксида использованы оба режима работы контактов, каждый из которых взаимно до- полняет полученную информацию. Для изотропных сверхпроводников теория элек- трон-фононного взаимодействия дает однозначную связь отношения 2Δ0/TK с фононным спектром: при увеличении фононных частот величина 2Δ0/TK долж- на уменьшаться, а при их смягчении – расти [21]. Этот вывод убедительно подтвердился туннельными экспериментами (см. разд. 1). Для высокотемпературных сверхпроводников ситуация существенно иная. Они характеризуются большой анизотропией энергетической щели [22], которая обусловливает аномальную величину отно- шения 2Δ0/TK ≥ 7 и, по всей вероятности, обеспечи- вает высокие значение TK [23]. Поэтому полная ин- формация о механизме высокотемпературной сверх- проводимости может быть получена только при ис- следовании сверхпроводника с учетом его анизотро- пии. Так, для нахождения Δ(φ) купратов из туннель- ных исследований необходимо создание контактов в каждом кристаллографическом направлении, что представляет собой сложную технологическую зада- чу. В то же время измерение анизотропной энерге- тической щели сверхпроводника возможно по ан- дреевскому отражению [24]. Этот эксперимент реа- лизуется на одном S-c-N-контакте и поэтому пред- ставляется более перспективным. При андреевском отражении от NS-границы происходит инверсия электронов в дырки, причем дырка отражается в том же направлении, в котором ранее двигался электрон, что приводит к удвоению проводимости G(V) контакта при V = 0, G(0)/G(eVΔ) ≈ 2 [25]. Такой характер отражения сохраняется даже при больших углах падения электронов. В ре- зультате, если NS-микроконтакт приготовлен на мо- нокристалле, отраженные по-андреевски электроны несут информацию о значениях Δ(k) для всех направлений волнового вектора k [26]. Таким об- разом, измерение проводимости одного точечного NS-контакта позволяет полностью восстановить анизотропию Δ(k) энергетической щели сверхпро- водника. В настоящей работе использовались три типа контактов, каждый из которых обладает определен- ными преимуществами при исследовании электрон- фононного взаимодействия в высокотемпературных сверхпроводниках: 1) андреевские контакты S-c-N- типа позволили определить анизотропию энергети- ческой щели купратов в плоскости аb, а также реак- цию анизотропии на давление; 2) в микроконтактах S-c-S-эффекты анизотропии не наблюдались, но эти контакты оказались пригодными для упругой ан- дреевской спектроскопии фононов при высоких дав- лениях; 3) наконец, туннельные измерения давали полную информацию о фононах, но не позволяли определить с достаточной точностью величину энергетической щели и ее анизотропию. 4. АНИЗОТРОПИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЩЕЛИ Объектами исследования являлись висмутовые (Bi1.6Pb0.4Sr1.8Ca2.2Cu3Ox) (95% фазы Bi2223, TK=110 К) купраты, приготовленные методом твердофазно- го синтеза с использованием химически чистых ок- сидов. Под давлением порошок компактировался в плотные плоскопараллельные пластинки толщиной d ≤ 0,1 мм. Керамические образцы с токовыми и по- тенциальными контактами из серебряной пасты об- жигались при Т=845 ºС. Методика создания S-c-N-микроконтактов была основана на впрессовывании мелкодисперсного по- рошка серебра в керамический материал. Вероятно, контакт Шарвина образуется при изломе микрокри- сталлика по плоскости (001) либо (010). Отметим, что в таком случае измеряются характеристики до- статочно совершенных микрокристаллов керамики. Об этом свидетельствует высокая повторяемость ан- дреевских спектров для разных контактов. Кроме структур сверхпроводник-нормальный металл создавались и исследовались контакты S-I-S типа «break junction». Их сопротивление при ком- натной температуре «break junction» имело металли- ческий либо туннельный характер. Стабильность ха- рактеристик образцов позволяла исследовать их при низких температурах и высоких давлениях. Для спектроскопических измерений использовалась ка- мера высокого давления типа поршень – цилиндр [27], где кроме образца размещались датчики давле- ния и температуры. Для измерений характеристик использовалась стандартная четырехзондовая схема. Кривые дифференциальной проводимости записы- вались при помощи схемы с высоким уровнем по- стоянства модулирующего напряжения. Характерный спектр (т.е. зависимость G(V) = dI/dV) для микроконтактов Ag/Bi(2223) показан на рис. 7. Отметим, что расположение локальных миниму- мов в динамической проводимости (пики сопротив- ления) при eV = Δ1 = 42 ± 0.5 мэВ (Р = 0) соответ- ствует величине сверхпроводящей энергетической щели Δab = 40...50 мэВ купратов Bi(2223), найденной ранее в туннельных измерениях в плоскости аb [29, 30]. Близкие значения Δab (Bi) получены из туннель- ных S-I-S-спектров. Пики туннельной проводимости при eV ≈ Δ выражены достаточно ярко, однако их значительное размытие не позволило количественно определить скорость изменения параметра Δ от дав- ления. Для андреевских NS-микроконтактов этот недостаток отсутствует (см. рис. 7). ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 9 Рис. 7. Характеристика контакта Bi(2223)-Ag (S – c – N), демонстрирующая особенности анизо- тропной энергетической щели при eV = 2Δ1 и eV = 2Δ2 под давлением Р=0 и 10 кбар [28] В серии экспериментов с микроконтактами, со- противление которых значительно отличалось, по- ложение отмеченных на рис. 7 особенностей при eV = Δ1, Δ2 совпадало, что свидетельствует об их спек- троскопической природе. На связь этих особенно- стей со сверхпроводимостью купратов указывает также температурная зависимость величин Δ(Т). Например, приведенная на рис. 8 зависимость Δ1(Т) для контактов Bi(2223)/Ag подобна известной кри- вой Δ(Т)БКШ для энергетической щели сверхпровод- ника. Рис. 8. Температурные зависимости Δ2 (1) и Δ1 (2): сплошными линиями показаны Δ(Т)БКШ и R(T) – сверхпроводящий переход исследуемой керамики Особенность же при малой щели Δ2 быстро раз- мывалась с температурой и имела совсем не БКШ- характер. Подобные температурные зависимости Δ1 и Δ2 для висмутового купрата наблюдались в [31] методами ИК-спектроскопии с высоким угловым расширением. Характерными для полученных спектров (см. рис. 7) являются острые провалы в динамической проводимости, положение которых привязано к энергетической щели Δ1. По нашему мнению, эти провалы являются эффектом, сопутствующим ан- дреевскому отражению и обусловленным высокой локальностью токовой запитки микроконтакта Шар- вина. [32]. Пик сопротивления в динамических характери- стиках металлических NS-контактов возникает в ре- зультате неравновесных процессов при энергиях квазичастиц 2eV = 2eVd ~ 2Δ [33, 34] или при больших плотностях измерительного тока [35]. Су- щественно, что независимо от конкретного механиз- ма образования особенности в спектре при V = Vd ее привязка к величине энергетической щели сверхпро- водника Δ дает удобную возможность количествен- но проследить изменения значения Δ(φ) под дей- ствием гидростатического сжатия. Анализируя экспериментальные кривые, отме- тим, что излом при eV = Δ2 (см. рис. 7), по всей ви- димости, отражает анизотропию энергетической щели купратов в аb-плоскости. Особенность при eV = Δ2 не может быть связана с энергетической щелью в с-направлении, поскольку в этом направлении фермиевская скорость металлооксидов порядка VFs ~ 106 см/с, что намного меньше скорости Ферми в се- ребре VFn ~ 108 см/с. Поэтому эффективность ан- дреевского отражения в направлении оси с должна резко (примерно в VFn/VFs раз) уменьшаться [25]. Влияние неоднородности параметра порядка, вы- званное дефектом структуры или примесями, также исключается, поскольку величина Δ2 воспроизводи- лась в измерениях большого количества образцов. С возрастанием давления величина Δ1 = Δmax(ab) увеличивается, а Δ2 = Δmin(ab) уменьшается, т. е. анизо- тропия энергетической щели а = Δmax/Δmin возрастает и для Вi2223 соответствующее значение составило da/dP = 0.003±0.001 кбар-1. Возрастание критиче- ской температуры TK под давлением составило dTK/dP = 0.16 К/кбар, что дает изменение отношения R = 2Δmax(ab)/ TK, dR/dP = 0.017 ± 0.005 кбар-1. Согласно современным представлениям высокие значения ТК и отношения R=2Δ/TK в купратах яв- ляются результатом значительной анизотропии энергетической щели при высоких давлениях и ка- чественно согласуются с подобными взглядами. 5. ФОНОННЫЙ СПЕКТР Фононный спектр купратов простирается до 100 мэВ и, как показали предыдущие исследования [19, 20, 29, 36], имеется сильная связь электронов с фо- нонами высоких энергий. В настоящей работе этот факт подтверждается экспериментами по упругой спектроскопии электрон-фононного взаимодействия в S-c- S-микроконтактах андреевского типа и тун- нельных S-I-S-образцах. Для обычных сверхпроводников туннельные ис- следования при высоких давлениях убедительно по- казали, что отклонение отношения R=2Δ/TK от уни- версального значения БКШ R=3.53 связано с силь- ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 10 ным электрон-фононным взаимодействием [37]. В анизотропных высокотемпературных сверхпровод- никах универсальной связи между максимальной энергетической щелью 2Δmax и критической темпера- турой TK нет. Однако можно ожидать заметный вклад от электрон-фононного взаимодействия в со- отношение R = 2Δmax/ TK даже для нефононного ме- ханизма спаривания. Как и в случае обычных сверх- проводников, этот вклад должен проявиться при вы- соких давлениях Р, так как наибольшие изменения в отношение R(Р) будут вносить фононные частоты, которые являются нижней частью бозонного спек- тра купратов. Наибольший вклад в сверхпроводи- мость вносят фононы с большими векторами q ~ π/а, где а – постоянная решетки. Именно такие фононы регистрируются контактными методами и методами нейтронной спектроскопии [17-20]. Поэтому полу- чаемая этими методами информация о зависимости ω(Р) более адекватно отражает суть электрон-фо- нонного взаимодействия в сверхпроводниках по сравнению с рамановской спектроскопией, которая определяет фононные частоты ω q только при q = 0, т. е. в центре зоны Бриллюэна. Упругая андреевская спектроскопия висмутого металлоксида проводилась на контактах S-c-S-типа, которые позволили одновременно определить как отношение R=2Δ/TK, так и сдвиг фононных частот ω(Р) при различных давлениях. Возможность такой спектроскопии в андреевских контактах основана на том, что при сильном электрон-фононном взаимо- действии в динамической проводимости G-контакта проявляется частотная зависимость комплексной функции энергетической щели Δ(ω) [38]: ( ) ( ) ( )[ ] ,/eV 2 2/122N 1 R 1 dV dIG   =         ∆−+ ∆+== ω ωωω ω (11) где RN – сопротивление контакта в нормальном со- стоянии. Из этого выражения следует, что производ- ная dG/dV контактов S-c-N и S-c-S отражает зависи- мость Δ(ω), а значит, и фононный спектр сверхпро- водника. Измерялись S-c-S-контакты типа «break junc- tion», металлический характер которых контролиро- вался как по температурной зависимости их прово- димости, так и по слабой реакции G(0) контактов на давление. При низких, Т < ТК, температурах вольт- амперные характеристики S-c-S-образцов имели из- быточный ток, что также является надежным при- знаком контактов с непосредственной проводимо- стью [19, 20]. На рис. 9 показана проводимость G(V) S-c-S-кон- такта, демонстрирующая проявление энергетиче- ской щели при eV = 2Δ = 114 мэВ (Т = 77 К). Наблю- даемое расхождение в значениях энергетической щели Вi2223, полученное из измерений S-c-N-кон- такта (Δ = 42 мВ) и S-c-S-контакта (Δ = 57 мВ), мо- жет быть связано с частичным подавлением пара- метра порядка на S-N-границе вследствие эффекта близости. Как и в S-c-N-случае температурная зави- симость Δ(Т) в S-c-S-контакте соответствовала кри- вой БКШ. Отметим отсутствие особенности, соответствую- щей малой энергетической щели Δ2, что, по-видимо- му, определяется спецификой многократного ан- дреевского отражения электрона между двумя ани- зотропными сверхпроводниками [33, 34]. Рис. 9. Отражение щелевых особенностей в прово- димости микроконтакта Вi2223-Вi2223 (S-c-S). На вставке показано влияние гидростатического дав- ления на положение особенности при eV = 2Δ в ис- следуемом спектре: 1 – P=0; 2 – P=10 кбар При напряжениях eV, больших 2Δ, в проводимо- сти S-c-S-образцов наблюдались особенности, кото- рые можно интерпретировать как отражение фонон- ной структуры исследуемого металлоксида (рис. 10). Рис. 10. Спектр dG/dV в контактах S-c-S андреев- ского типа при нулевом и конечном давлениях. Стрелками указаны особенности кривой, оказавши- еся чувствительными к давлению ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 11 Доказательством спектроскопического характера этих кривых служит то, что для разных контактов как с туннельной, так и с непосредственной прово- димостью, положение особенностей в проводимо- сти, отсчитанное от суммы энергетических щелей 2Δ, совпадало. Для выяснения характера проявления фононной структуры в спектрах андреевских кон- тактов был выполнен расчет проводимости контакта по формуле (11), где комплексный параметр энерге- тической щели купрата Δ(ω) определялся из реше- ния уравнений Элиашберга для фононной плотно- сти состояний F(ω) Вi2223 [39]. Значение константы электрон-фононной связи α2(ω) в функции g(ω) = α2(ω) F(ω) находилось по методу, изложенному в работе [40], а константа электрон-фононного взаи- модействия λ выбиралась из условия согласования вычисленной критической температуры с экспери- ментальным значением ТК. При λ ≈ 3.3 и константе кулоновской связи μ* = 0.1 расчетная величина со- ставляла ТК = 110 К (соответствующая изотропная энергетическая щель Δ0 = 22 мэВ). Совпадение поло- жения и подобие фононных особенностей в андреев- ских (см. рис. 10) и туннельных (рис. 11) спектрах позволяют пренебречь возможными искажениями проводимости S-c-S-контактов, связанными с неу- пругими процессами [19, 20]. Рис. 11. Производные проводимости dG/dV для тун- нельного контакта Вi2223-Вi2223 типа «break junc- tion» при Р=0 (2) и Р=10 кбар (1) [39] Влияние давления 10 кбар на структуру второй производной тока одного из исследуемых андреев- ских S-c-S-контактов проказано на рис. 10. Началь- ная область фононного спектра Вi2223 мало меняет- ся под воздействием давления, dln(ω)/dP = 1...1.5·10-3 кбар-1 (это соответствует данным рама- новской спектроскопии [36, 41, 42]). Наиболее зна- чительные изменения произошли в высокочастот- ной области спектра при ω = 70...95 мэВ, где дав- ление привело к существенному уменьшению энер- гии фононов со скоростью dln(ω)/dP = -6·10-3 кбар-1. Сравнительный анализ влияния высоких давле- ний на фононный спектр металлоксида, проведен- ный с привлечением данных, полученных методами андреевской и туннельной спектроскопии, значи- тельно повышает достоверность результатов. Для туннельного тока в изотропных сверхпро- водниках справедливо соотношение [17, 18]: ; dV dI)V(G eV ω== ( ) ( )( ) ,Re)( 2/122         ∆− = ωω ωω  N (12) где комплексная энергетическая щель сверхпровод- ника Δ(ω) имеет особенности при частотах ω = Δ0 + Ω , соответствующих виртуальным фононам с энергией Ω . Здесь Δ0 – энергетическая щель БКШ, N(ω) – туннельная плотность состояний. В произ- водной туннельной проводимости dG/dV фононная структура проявляется в виде особенностей, поло- жение которых определяет положение фононных ча- стот [17, 18]. Для контактов (S – I – S) такие особен- ности возникают при смещениях eVi = 2Δ0 + iΩ . Как показано в [43], и для сильно анизотропных сверхпроводников (каким является Вi2223) также сохраняется условие eVi = 2‹Δ› + iΩ (‹Δ› - некото- рая средняя щель). Это позволяет по измерениям туннельных спектров dG/dV установить энергии ха- рактерных фононных частот iΩ анизотропного сверхпроводника. На вставке (рис. 12) показана зависимость G = dI/dV для S-I-S-контакта, демонстрирующая энерге- тическую щель при eV = 2Δ = 75 мэВ. Рис. 12. Температурная зависимость проводимости G туннельного контакта Вi2223-Вi2223 при нуле- вом напряжении смещения и переход исследуемой керамики R(T). На вставке показано отражение ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 12 энергетической щели Δ в проводимости туннельно- го контакта при Р=0 и Р=10 кбар Наблюдаемое размытие щелевых характеристик присуще туннельным образцам ВТСП [29, 30] и мо- жет возникнуть даже в качественных контактах от значительной анизотропии Δ(k). Однако анизотро- пия Δ(k) не препятствует регистрации фононной структуры в туннельных спектрах, так как характер- ные значения фононных частот привязаны к некото- рой средней величине ‹Δ› [43]. Сопоставление этих зависимостей с кривыми R(T) перехода керамики в сверхпроводящее состоя- ние (см. рис. 12) показало, что точка обращения в нуль сопротивления R(T) практически совпадает с изломом в G(T)-зависимости контакта, который со- ответствует началу раскрытия энергетической щели сверхпроводника. В таком случае спектроскопиче- ские характеристики контакта определяются макро- скопическими свойствами образца. При напряжениях eV, больших 2Δ, в производ- ной проводимости контактов dG/dV= d2I/dV2 наблю- дались особенности, связанные с фононной структу- рой исследуемого металлоксида (см. рис. 11). Срав- нение спектров dG/dV приготовленного нами тун- нельного S-I-S-контакта типа «break junction» и ан- дреевских S-I-S-микроконтактов показывает (см. рис. 10, 11), что в координатах V — 2Δ по числу и местоположению особенности обеих кривых совпа- дают, что указывает на единую природу их происхо- ждения. Согласно [39] фононный спектр Вi2223 за- канчивается в районе 80...90 мэВ, тогда как туннель- ные характеристики и спектры андреевского отра- жения показывают существование особенности при еV — 2Δ = 90...95 мэВ. На рис. 11 приведены результаты туннелирова- ния в Вi2223. Как и в случае андреевских контактов, наиболее чувствительной к давлению оказалась вы- сокочастотная часть спектра в окрестности еV ~ 90 мэВ, которая, по-видимому, связана с колебательны- ми модами кислорода и его окружения, в частности с «дышащими» модами. С увеличением давления скорость смещения моды ω, показанной на рисунке стрелкой, оказалась отрицательной и составила dln(ω)/dP= -6.5 ± 0.5 * 10-3 кбар-1. В то же время нижняя часть фононного спектра (при ω < 40 мэВ) смещалась со скоростью dln(ω)/dP ≈ 1 * 10-3 кбар-1 в сторону больших частот. Эти данные нахо- дятся в полном согласии с приведенными выше ре- зультатами по андреевским спектрам. Полученные результаты по изменению характер- ных фононных частот в зависимости от давления позволили выполнить расчет по влиянию давления на отношение 2Δ/TK в купратах в приближении силь- ного электрон-фононного взаимодействия. Рассчитанное изменение отношения R=2Δ/TK под действием давления составило δ=[R(P)- R(0)]/R(0)=0.018, что очень близко соотносится с экспериментальным значением δ = 0.017 и величи- ной δ = 0.02, полученной из формулы Гейликмана — Кресина [21]:                     +=∆ K K K T TC kT 0 2 0 max ln3.512 ω ω (13) для характерной фононной частоты ω0 = 75 мэВ «дышащей» моды. Здесь С(Δ) — некая константа, величина которой определяется анизотропией энер- гетической щели Δ(k) (см., например, [44]). В изо- тропной теории БКШ константа С = 3.53. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Приведенные здесь результаты доказывают пол- ную совместимость метода туннельной спектроско- пии с техникой высоких давлений. Существенным достижением туннельных исследований является получение данных об изменении под давлением энергетической щели сверхпроводника, фононного спектра и спектральной функции ЭФВ. Это каче- ственно новая экспериментальная информация пото- му, что количественные расчеты пока еще не способны дать детальной картины изменений спек- тров колебаний кристаллических решеток металлов в результате их всестороннего сжатия. Обнаруженное для ВТСП купратов ослабление высокочастотной части фононного спектра удовле- творительно объясняет возрастание отношения 2Δ- max / TK(Р) независимо от микроскопической природы эффекта и подчеркивает роль электрон-фононного взаимодействия в механизмах спаривания ВТСП. Статья подготовлена к 100-летию со дня рожде- ния академика Б.Г. Лазарева, внесшего весомый вклад в развитие физики низких температур и высо- ких давлений в СССР. Под мощным воздействием его блестящего ученика – первого директора ДонФ- ТИ НАНУ академика А.А. Галкина были поставле- ны первые туннельные эксперименты под давлени- ем, определившие качественно новые подходы к решению актуальных задач и проблем физики кон- денсированного состояния. Один из авторов (В.М.С.) с теплотой вспоминает дух Харьковской школы БГ и творческого накала в Галкинском институте и благодарит всех участников этих иссле- дований. ЛИТЕРАТУРА 1.К. Свенсон. Физика высоких давлений. М.: ИЛ, 1963, 367 с. 2.Н.Б. Брандт-Гинзбург. Сверхпроводимость при высоких давлениях //УФН. 1969, т. 98. в. I, с. 95–124. 3.A.A. Galkin, V.M Svistunov. Tunneling effect and high pressure //Phys. Stat. Sol. 1968, v. 26, N. I, p. k55–k57. 4.E.I. Wolf. Electron tunneling spectroscopy //Repts. Progr. Phys. 1978, v. 41, N. 9, p. 1439–1508. ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 13 5.А.А Галкин, А.И Дьяченко, В.М. Свистунов. Определение параметра энергетической щели и функции электрон-фононного взаимодействия в сверхпроводниках из туннельных данных //ЖЭТФ. 1974, т. 66, в. 6, с. 2262–2268. 6.В.М Свистунов. Туннельная cпектроскопия силь- но сжатых металлов и сплавов: Автореф. дис. … д- ра физ.-мат. наук. Донецк, 1979, 232 с. 7.G.P. Frenk, V.G. Keeler //Phys. Rev. Letters. 1968, v. 20, p. 379. 8.Н.В. Заварицкий, Е.С. Ицеквич, А.Н. Воро- новский. Изменение спектра колебаний решетки и электрон-фононного взаимодействия в сверхпровод- никах под давлением //ЖЭТФ. 1971, т. 60, в. 4, с. 1408–1417. 9.A.A. Galkin, V.M. Svistunov, A.P. Dikii //Phys. Stat. Sol. 1969, v. 35, N I, p. 421–426. 10.A.A. Galkin, V.M. Svistunov, O.I Chernyak., M.A. Belogolovskii. On frequence dependence of the Gruneisen constant //Solid State Commun. 1973, v. 13, N8, p. 1095–1097. 11.H. Wühl, A. Eichhler, J. Witting. Phonon softening in lanthanum under pressure //Phys. Rev. Lett. 1973, v. 31, N23, p. 1393. 12.Ю.Ф. Ревенко, В.М. Мостовой, В.М. Свистунов //ФНТ. 1981, т. 7, №2, с. 141–153. 13.Ю.Ф. Ревенко, А.И. Дьяченко, В.М. Свистунов, Б. Шонайх //ФНТ. 1980, т. 6, №10, с. 1304–1313. 14.W.F. Brinkman, R.C. Dynes, J.M. Rowell. Tunnel- ing conductance of assymetrical barriers //J. Appl. Phys. 1970, v. 41, N5, p. 1915–1921. 15.V.M. Svistunov, O.I. Chernyak, M.A. Belogolvskii, A.I. D’yachenko //Phil. Mag. B. 1981, v. 43, N 1, p. 75–92. 16.A.J. Bennett. Theory of the anisotropy gap in super- conducting bulk Pb //Phys. Rev. 1965, v. 140, N6A, p. 1902–1920. 17.Е.Л. Вольф. Принципы электронной туннельной спектроскопии. Киев: «Наукова думка», 1990, 456 с. 18. E.L. Wolf. Principles of Electron Tunneling Spec- troscopy, Oxford University Press, New York, 1985. 19.I.K. Yanson //Phys. Scr. 1988, v. 23, p. 88. 20. И.K. Янсон //ФHT. 1991, т. 17, с. 275. 21.B.T. Geilikman and V.Z. Kresin //Sov. Phys. Solid State. 1966, v. 7, p. 2659. 22.D.J. Van Harlingen //Rev. Mod. Phys. 1995, v. 67, p. 515. 23.M.T. Beal-Monod and K. Maki //Phys. Rev. B. 1996, v. 53, p. 5775. 24.A.Ф. Aндpeeв //ЖЭТФ. 1964, т. 46, с. 1823. 25.G.E. Blonder, M. Tinkham and T.M. Klapwijk //Phys. Rev. B. 1982, v. 25, p. 4515. 26.Y. Tanaka and S. Kashiwaya //Phys. Rev. Lett. 1995, v. 74, p. 3451. 27.E.C. Ицкевич //ПTЭ. 1963, №4, c. 148. 28.B.M. Свистунов, В.Ю. Таренков, А.И. Дьяченко, Р. Аоки, Х. Мураками, М. Шираи //ЖЭТФ. 1998, т. 113, в. 4, с. 1397–1410. 29.B.M. Свистунов, M.A. Белоголовский, A.M. Ха- чатуров //УФH. 1993, т. 163, с. 61. 30. J.R. Kirtley //Int. J. of Modern Phys. 1990, v.4, p.201. 31.J. Ma, G. Quitmann, R.J. Kelley et al. //Physica. 1994, C 235-240. p. 1875. 32.Xiong Peng, Xiao Gang, and R. B. Laibowitz //Phys. Rev. Lett. 1993, v. 71, p. 1907. 33.M. Octavio, M. Tinkham, G.E. Blonder and T.M. Klapwijk //Phys. Rev. 1983, B 27, p. 6739. 34. B.A. Aminov, B. Aschermann, M.A. Hein, F. Hill, M. Lorenz, G. Muller and H. Peil //Phys. Rev. B. 1995, v. 52, p. 13631. 35.Y. de Wilde, J. Heil, A.G. M. Jansen, P. Wyder, R. Deltour, W. Assmus, A. Menovsky, W. Sun and L. Taillefer //Phys. Rev. Lett. 1994, v. 72, p. 2278. 36.A.P. Litvinchuk, C. Thompson and M. Cardona. Physical Properties of High Temperature j Supercon- ductors / ed. by D. M. Ginsberg. World Scientific, Sin- gapore. 1994, p. 375. 37.B.M. Cвистунов, M,A. Белоголовский, O.И. Чер- няк //УФН. 1987, т. 151, с. 31. 38.А.И. Oмельянчyк, C.И. Белобopoдько, И.O. Ку- лик //ФHT. 1988, т. 14, с. 1142. 39.S. Mase and T. Yasuda //Solid State Commun. 1988, v. 68, p. 655. 40.R. Aoki, H. Murakami and T. Kita //Physica. 1994, C 235-240, p. 1891. 41.J.S. Schilling and S. Klotz //Physical Properties of High Temperature Superconductors, v. III ed. by D. M. Ginsberg, World Scientific, Singapore (1992). 42.H. Takahashi and N. Mori //Studies of High Tem- perature Superconductors /ed. by A.V. Narlikar, Nova Science Publishers Inc. New York, 1995, v. 16, p. 1. 43.A.И. Дьяченко, B.M. Cвистунов //ФHT. 1996, т. 22, с. 547. 44.K. Langfeld and E. Frey //Phys. Rev. 1993, B 48, p. 4176. ТУНЕЛЮВАННЯ У НАДПРОВІДНИКАХ ПІД ТИСКОМ ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 14 В.М. Свистунов, В.Н. Леонова Надано огляд експериментальних досліджень ефектів електронного тунелювання і андріївського відбиття електронів у низькотемпературних (НТНП) та високотемпературних надпровідниках (ВТНП) в умовах гідростатичного тиску до 15 кбар. Аналізуються зміни енергетичної щілини та її анізотропії, фононних спектрів НТНП та масивних ВТНП. Виявлений ефект частотної залежності мікроскопічного параметра Грюнайзена. На відміну від НТНП у ВТНП помітне пом’якшення високочастотної частини фононного спектра, відповідаючого “дихаючим” модам кисню. Ефект зростання відношення 2Δ/kTc(P) достатньо добре пояснюється зменшенням частот верхньої границі фононного спектру ВТНП, тобто практично повністю обумовлений сильною електрон-фононою взаємодією (EФВ). TUNNELING IN SUPERCONDUCTORS UNDER HIGH PRESSURE V.M. Svistunov, V.N. Leonova The review of experimental studies of tunneling effects and andreev reflection of electrons in a low temperature (LT-TcS) and high temperature superconductors (HTc-S) under hydrostatically compression up to 15 kbar has been appeared. Changes of energy gap and it’s anisotropy, phonon spectra of LT-TcS and massive HTc-S has been analyzed. The effect of the frequency depends of microscopically Gruneisen parameter of was founded. Unlike of LT-TcS in HTc-S observed softing of high- frequency part of phonon spectra, correspond to “breathing oscillations of oxygen”. Effect of increasing of ratio 2Δ/kTc(P) is explained by decrease of in upper frequencies of phonon spectra HTSC, that is completely produced by strong electron-phonon interaction. ______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 4-14. 15 ВВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТ 1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ЭФВ 2.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЩЕЛЬ 2.2. РЕШЕТОЧНЫЕ СВОЙСТВА

Туннелирование в сверхпроводниках под давлением

Репозитарії

Схожі ресурси