Наноструктура та електродинаміка надпровідних квазі-монокристалічних плівок YBa2Cu3O7-x

8. Pan V.M., Pashitskii E.A., Ryabchenko S.M., Komashko V.A., Pan A.V., Dou S.X., Kasatkin A.L., Semenov A.V., Tretiatchenko C.G., Fedotov Yu.V. Mechanisms of Limitation and Nature of Field Dependencies of Critical Current in HTS Epitaxial YBaCuO Films // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 2003. - Vol.13. - P. 3714-3717.

9. Pan V.M., Tretiatchenko C.G., Flis V.S., Komashko V.A., Kalenyuk O.A., Pashitskii E.A., Ivanyuta A.N., Melkov G.A., Zandbergen H.W., Svetchnikov V.L. Linear-Defect-Induced Thermal Instability in YBCO Thin Films in Microwave Fields // J. Supercond.: Novel Incorp. Magn. - 2003. - Vol.16. - P. 889-894.

10. Pan V.M., Tretiatchenko C.G., Flis V.S., Komashko V.A., Pashitskii E.A., Ivanyuta A.N., Melkov G.A., Zandbergen H., Svetchnikov V.L. Defects-Induced Thermal Instability in YBCO Films in Microwave Fields // Physica С. - 2003. - Vol.388-389. - P. 471-472.

11. Kasatkin A.L., Tretiatchenko C.G., Tsvetkovskii V.P., Pan V.M. Vortex Dynamics and Resistivity in HTS Films with Low-Angle Tilt Grain Boundaries // Physica C. - 2004. - Vol.401. - P. 301-304.

12. Fedotov Yu.V., Pashitskii E.A., Ryabchenko S.M., Semenov A.V., Pan A.V., Dou S.X., Tretiatchenko C.G., Komashko V.A., Cherpak Yu.V., Pan V.M. Field Behavior of the Critical Current in Quasi-Single-Crystalline YBCO Films // Physica C. - 2004. - Vol.401. - P. 316-319.

13. Cherpak V.V., Komashko V.A., Pozigun S.A., Semenov A.V., Tretiatchenko C.G., Pashitskii E.A., Pan V.M. Critical Current Density of HTS Single Crystal YBCO Thin Films in Applied dc Field // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 2005. - Vol.15. - P. 2783-2786.

Цитована література:

1. Pan V.M., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. // Cryogenics. - 1993. - Vol.33. - P. 21-27.

2. Pan V.M. // J. Alloys and Compounds. - 1993. - Vol.195. - P. 387-394.

3. Pan V.M., Svetchnikov V.L., Kasatkin A.L., Flis V.S. // Advances in Cryogenic Engineering, Materials, Ed. R.P. Reed et al., Plenum Press, New York. - 1994. - Vol.40. - P. 401-408.

4. Svetchnikov V., Pan V., Traeholt Ch., Zandbergen H. // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 1997. - Vol.7. - P. 1396-1398.

5. Pashitskii E.A., Vakaryuk V.I., Ryabchenko S.M., Fedotov Yu.V. // Low Temp. Phys. -2001. - Vol.27. - P..96-102.

6. Fedotov Yu.V., Ryabchenko S.M., Pashitskii E.A., Semenov A.V., Vakaryuk V.I., Pan V.M., Flis V.S. // Low Temp. Phys. - 2002. - Vol.28. - P.172-175.

АНОТАЦІЯ

Третьяченко К.Г. Наноструктура та електродинаміка надпровідних квазі-монокристалічних плівок YBa₂Cu₃O_7-x. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.22 - надпровідність. Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, м. Київ, 2005.

Досліджено критичні, резистивні та НВЧ властивості тонких епітаксійних високотемпературних надпровідних плівок YBa₂Cu₃O_{7_x} (YBCO). Спостережені особливості пов'язуються з існуванням наноструктурної мережі низькокутових дислокаційних меж доменів.

Запропоновано орієнтаційну модель епітаксійного росту та проведено комп'ютерне моделювання початкових стадій росту анізотропних плівок.

Показано, що межові дислокації, впорядковані в низькокутові границі доменів, в НВЧ полі можуть призводити до виникнення теплової нестійкості.

Розвинуто модель обмеження критичного струму за рахунок депінінгу Абрикосовських вихорів з дислокацій, що дозволяє обчислити параметри наноструктури плівок з магнітних або транспортних вимірювань.

Виявлено аномальні польові залежності опору в'язкої течії магнітного потоку та параметрів нелінійної частини ВАХ, пов'язані з некогерентною течією потоку в каналах легкого плину. Запропоновано механізм руху вихорів вздовж низькокутових границь за рахунок переповзання вихорів між дислокаціями.

Ключові слова: тонкі високотемпературні надпровідні плівки, межові дислокації, низькокутові границі доменів, Абрикосовські вихорі, НВЧ поверхневий опір, пінінг та течія магнітного потоку, вольт-амперна характеристика, критичний струм.

ABSTRACT

Tretiatchenko C.G. Nanostructure and Electrodynamics of Superconducting Quasi-Single-Crystal YBa₂Cu₃O_7-x Films. - Manuscript.

The Candidate thesis in physics and mathematics by the specialty 01.04.22 - Superconductivity. G.V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, NAS of Ukraine, Kyiv, 2005.

Critical, resistive and microwave properties of thin epitaxial high-temperature superconducting YBa₂Cu₃O_{7_x} (YBCO) films were studied. Observed peculiarities are attributed to a nano-scale network of low-angle dislocation boundaries between domains.

An orientation model of epitaxial film growth has been suggested. A computer simulation of initial stages of the anisotropic film growth has been carried out.

It has been shown that the edge dislocations ordered in low-angle domain boundaries are able to induce a heat instability in applied microwave field.

The model of critical current limitation by Abrikosov vortex depinning from dislocations is developed. The model allows to calculate the film nanostructure parameters from magnetic or transport measurements.

The anomalous field dependencies of flux flow resistance and parameters of nonlinear regions of I_V curves have been detected and attributed to the incoherent flux flow in easy slip channels. A mechanism of vortex transport along low-angle boundaries by a kink creep between dislocations has been suggested.

Keywords: thin high-temperature superconducting films, edge dislocations, low-angle domain boundaries, Abrikosov vortices, microwave surface resistance, flux pinning and flow, I-V curve, critical current.

АННОТАЦИЯ

Третьяченко К.Г. Наноструктура и электродинамика сверхпроводящих квази-монокристаллических пленок YBa₂Cu₃O_7-x. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.22 - сверхпроводимость. Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, г. Киев, 2005.

Работа посвящена исследованию критических, резистивных и высокочастотных свойств тонких эпитаксиальных высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) пленок YBa₂Cu₃O_7-x (YBCO). Обнаруженные особенности связываются с существованием в них наноструктурной сетки малоугловых дислокационных границ доменов.

Предложена статистическая ориентационная модель эпитаксиального роста пленок с высокой анизотропией структуры. Модель предполагает жесткое позиционирование ростовых блоков, которые прибывают к поверхности, учитывает анизотропию их взаимодействия друг с другом и подложкой, процессы поверхностной диффузии и реиспарения. Проведено компьютерное моделирование начальных стадий роста с использованием метода Монте-Карло. Результаты моделирования хорошо согласуются с наблюдаемыми закономерностями роста пленок перовскитных высокотемпературных сверхпроводников, морфологическими превращениями, которые происходят на поверхности пленки при изменениях температуры подложки и скорости осаждения. Моделирование способствует пониманию процесса образования структуры слабо-разориентированных доменов и сетки краевых дислокаций между ними. Все качественные выводы из ориентационного моделирования подтверждаются экспериментально.

Измерены температурные зависимости СВЧ поверхностного сопротивления квази-монокристаллических пленок YBCO, полученных с помощью непрямого магнетронного распыления и имевших различную плотность краевых дислокаций. Обнаружено, что пронизывающие краевые дислокации, образующие малоугловые границы монокристаллических доменов, существенно влияют на сверхвысокочастотные свойства пленок YBCO и могут приводить к развитию тепловой неустойчивости при температурах близких к критической. Показано, что именно упорядочивание дислокаций играет ключевую роль для возникновения неустойчивости.

Проведены измерения магнито-полевых зависимостей плотности критического тока в пленках YBCO в магнитном поле, приложенном перпендикулярно поверхности пленки. Развита количественная модель ограничения критического тока в квази-монокристаллических пленках за счет депиннинга Абрикосовских вихрей с дислокаций, упорядоченных в малоугловые границы доменов. Модель позволяет описать полевые зависимости критического тока и вычислить параметры наноструктуры пленок YBCO из магнитных или транспортных измерений. Полученные значения согласуются с величинами, полученными из рентгеновского анализа.

Вольтамперные характеристики (ВАХ) сверхпроводящих пленок YBCO измерены при температурах близких к критической. Выявлены аномальные полевые зависимости сопротивления вязкого течения потока и параметров нелинейных участков ВАХ. Показано, что пространственная неоднородность сверхпроводящего параметра порядка играет важную роль в динамическом смешанном состоянии ВТСП пленок и определяет характер их вольтамперных характеристик. Показано, что при высоких температурах течение потока происходит некогерентно с образованием каналов легкого скольжения вдоль границ доменов, где параметр сверхпроводящего порядка подавлен. Предложен механизм движения вихрей вдоль малоугловых границ монокристаллических доменов за счет переползания вихрей между соседними дислокациями.

Ключевые слова: тонкие высокотемпературные сверхпроводящие пленки, краевые дислокации, малоугловые границы доменов, Абрикосовские вихри, СВЧ поверхностное сопротивление, пиннинг и течение магнитного потока, вольт-амперная характеристика, критический ток.

Размещено на Allbest.ru