Електродинаміка анізотропних макроскопічно неоднорідних надпровідників

7. Зовнішнє слабке|слабе| змінне магнітне поле за великий проміжок часу може суттєво|суттєвий| впливати на розподіл і динаміку абрикосовских| вихорів в надпровіднику. За рахунок нелінійних ефектів в процесі дифузії вихорів слабке|слабе| зовнішнє змінне магнітне поле може помітно збільшувати швидкість крипу| магнітного потоку в надпровіднику.

8. Суттєву роль у високочастотних властивостях структурно досконалих монокристалів і квазі-монокристалічних плівок ВТНП відіграє анізотропія надпровідного стану, пов'язана з d - симетрією куперовського спарювання електронів, а також, дефектна структура матеріалу (зокрема - розмірність дефектів, на яких розсіюються квазічастинки). Температурна залежність мікрохвильового поверхневого опору в монокристалах і квазі-монокристалічних плівках ВТНП носить взагалі немонотонний характер, що пов'язано з конкуренцією температурних залежностей часу релаксації квазічастинок, зростаючого ступеневим чином з пониженням температури, і концентрації квазічастинок, яка зменшується квазілінійно з пониженням температури в d - хвильових надпровідниках.

9. Коливання вихорів у високочастотному електромагнітному полі дають адитивний внесок|вклад| до поверхневого|поверхового| імпедансу надпровідника в НВЧ-діапазоні|. Розупорядковані| вихрові решітки можуть викликати| прояв|вияв| «пік-эфекту»| на магнітополевій| залежності поверхневого|поверхового| опору надпровідника на НВЧ, пов'язаний із посиленням жорсткості ефективної потенційної ями сил пінінгу|, в якій коливаються|вагаються| вихори. У тонких надпровідних плівках можливим стає прояв|вияв| розмірних ефектів у високочастотному відгуку вихорів при орієнтації постійного магнітного поля, паралельній поверхні плівки. Нелінійні властивості високочастотного відгуку квазі-монокристалічних| плівок пов'язані з входженням в плівку абрикосовських| вихорів, що індукуються високочастотним полем. Поріг виникнення нелінійності при зростанні|зрості| амплітуди високочастотного поля може бути збільшений при введенні|вступі| в плівку сильних протяжних або точкових|крапкових| центрів пінінгу| вихорів.

10. У «чистих» надпровідниках II-го| роду можливо існування слабкозатухаючих| (непередемпфованих|) «обертальних» коливань вихрової решітки, зумовлених холловской| динамікою вихорів. Подібні коливання, відповідаючі обертальному руху вихрових сегментів навколо|навкруги| рівноважних| положень вихорів|становищ|, визначених пінінгом|, можуть виникати у високоякісних бездвійникових| кристалах ВТНП (YBCO)|, а також, в «надчистих» монокристалах низькотемпературних надпровідників («надчистий» Nb|) .

11. Слабкозатухаючі коливання вихрової решітки можуть збуджуватися за допомогою змінного електромагнітного поля. При цьому, на характеристиках лінійного відгуку вихрової системи - частотних залежностях поверхневого імпедансу, або опору по змінному струму можуть спостерігатися резонансні ефекти, пов'язані із збудженням обертальних мод коливань вихрової решітки в умовах холловськой динаміки вихорів.

ЛІТЕРАТУРА

1. Blatter G.M. Vortices in high-temperature superconductords /G.M. Blatter, M.V.Feigel'man, V.B.Geshkenbein, A.I. Larkin, V.M. Vinokur // Rev. Mod. Phys. - 1994. - V. 66, № 4. - Р. 1125 -1388.

2. Brandt E.H., The flux-line lattice in superconductors /E.H.Brandt // Rep. Progr. Phys.- 1995. - V. 58, № 11. - P. 1465- 1594.

3. Civale L.Vortex pinning and creep in high-temperature superconductors with columnar defects / L. Civale // Supercond. Sci. Technol. -1997.- V.10, № 7A . -P. A11-A28.

4. Nelson D. R. Boson localization and correlated pinning of superconducting vortex arrays / D. R. Nelson, V. M. Vinokur // Phys. Rev. B. - 1993.- V. 48, № 17.- P. 13060- 13097.

5. Brandt E. H. Large range of validity of linear elasticity of the vortex lattice in high-Tc superconductors / E. H. Brandt // Phys. Rev. Lett. -1992. - V. 69, № 7, P. 1105-1108 .

6. Gurevich A. Anisotropic flux pinning in a network of planar defects / A. Gurevich, L.D.Cooley // Phys.Rev.B. - 1994.-V.50, №18, P.13563-13576.

7. Пашицкий Э.А. Пиннинг вихрей Абрикосова на дислокациях и критический ток в высокотемпературныъ сверхпроводниках / Э.А.Пашицкий, В.И.Вакарюк // ФНТ. - 2002. - Т.28, №1. - С.16-23.

8. Larbalestier D. High-Tc superconducting materials for electric power applications / D.Larbalestier, A.Gurevich, D. M. Feldmann, A.Polyanskii // Nature. - 2001. - V. 414 . - P. 368 - 377.

9. Hilgenkamp H. Grain boundaries in high-Tc superconductors / H. Hilgenkamp, J. Mannhart // Rev. Mod. Phys. -2002. - V.74, №2. - P. 485 - 549.

10. Gurevich A. Nonlinear dynamics of vortices in easy flow channels along grain boundaries in superconductors / A.Gurevich // Phys.Rev. B. -2002. - V. 65, №21. - P. 214531 (1-16).

11. Golosovsky M. High-frequency vortex dynamics in YBa2Cu3O7 / M. Golosovsky, M. Tsindlekht, D. Davidov // Supercond. Sci. Technol. - 1996. - V. 9, №.1. - P. 1-15.

12. Silva E. Mixed-State Microwave Response in Superconducting Cuprates / E. Silva, N.Pompeo, R.Marcon, R.Fastampa, M.Giura, S.Sarti, C. Camerlingo // J. Supercond. and Novel Magn. - 2006. - V. 19, № 7-8. - P. 571-577.

13. Brandt E.H. Penetration of Magnetic ac Fields into Type-I1 Superconductors / E.H. Brandt // Phys. Rev. Lett. - 1991. - V.67, № 16. - P. 2219- 2222.

14. Coffey M.W. Unified Theory of Effects of Vortex Pinning and Flux Creep upon the rf Surface Impedance of Type-I1 Superconductors / M.W. Coffey, J. R. Clem // Phys. Rev. Lett. - 1991. - V.67, № 3. - P. 386-389.

15. Ertas D. Irreversibility, mechanical entanglement and thermal melting in superconducting vortex crystals with point impurities / D.Ertas, D. R. Nelson // Physica C. - 1996.- V. 272, № 1-2. - P. 79-86.

16. Kopnin N. B. Vortex dynamics and mutual friction in superconductors and Fermi superfluids / N. B. Kopnin //Rep. Progr. Phys. - 2002. - V. 65, № 11. - P.1633-1678.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Флис В.С. Пленки ВТСП купратов, допированные наночастицами и их электродинамика, обусловленная вихрями Абрикосова / В.С. Флис, А.А.Каленюк, А.Л. Касаткин, В.О. Москалюк, А.И. Ребиков, В.Л. Свечников, К.Г. Третьяченко, В.М. Пан // ФНТ. - 2010. - Т.36, №1. - С.74-88.

2. Skoryk M.A. The effect of a pulse magnetic field on the microwave properties of a YBCO thin film strip-line resonator/ M.A.Skoryk, A.A.Kalenyuk, A.L.Kasatkin, V.M.Pan // Supercond. Sci. Technol. - 2008. - V.21, № 3. - Р. 035007 (5pp).

3. Пан В.М. Самоорганізація наночастинок BaZrO3 на дислокаціях росту епітаксійних плівок високотемпературних надпровідних купритів / В.М.Пан, В.Л.Свечников, В.С.Фліс, Ю.В.Черпак, О.Л.Касаткін, А.О.Фліс, К.Г.Третяченко, В.О.Москалюк // Металлофиз. новейшие технол. - 2008. - Т.30, № 6. - С.757-769.

4. Pan V. M. Microwave Response of Perfect YBa2Cu3O7?x Thin Films deposited on CeO2-Buffered Saphire: A Probe for Pairing Symmetry / V. M. Pan, O.A.Kalenyuk, A. L. Kasatkin, O. M.Ivanyuta, G. A. Melkov // J. Supercond. and Novel Magn. - 2007. -V. 20, №1. - Р. 59-69.

5. Шлапак Ю.В. Магнитополевая зависимость плотности критического тока в тонких пленках ВТСП с сегментированными малоугловыми границами / Ю.В.Шлапак, А.Л.Касаткин // Металлофиз. новейшие технол. - 2007.- Т.29, № 1. - С.1-6.

6. Pan V. M. Two-Peak Temperature Dependence of Microwave Surface Impedance of Single-Crystalline YBCO Thin Films: Role of Pairing Symmetry and Defect Structure / V. M.Pan, A. L.Kasatkin, V. A.Komashko, C. G.Tretiatchenko, O. M. Ivanyuta, G. A. Melkov // J. Supercond. and Novel Magn. - 2006. - V.19, № 7-8. - Р. 561-569 .

7. Pan V.M. Microwave response of single crystal YBa2Cu3O7- films as a probe for pairing symmetry / V.M. Pan, O.A. Kalenyuk, O.L. Kasatkin, V.A. Komashko, O.M. Ivanyuta, G.A. Melkov // ФНТ. - 2006. - T.32, №4/5. - С. 651-660.

8. Пан В.М. Микроволновый импеданс пленок высокотемпературного сверхпроводника YВa2Cu3O7- в магнитном поле /В.М. Пан, Д.А.Лужбин, А.А.Каленюк, А.Л.Касаткин, В.А.Комашко, А.В.Величко, М.Ланкастер // ФНТ.-2005. - T.31, № 3/4. - С. 339- 349.

9. Каленюк А.А. Микроволновый импеданс пленок высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7-x в магнитном поле (метод копланарного резонатора)/ Каленюк А.А., Комашко В.А., Касаткин А.Л., Пан В.М., Величко А.В., Ланкастер М. // Металлофиз. новейшие технол. - 2005. - T.27, №7. - С. 851-864.

10. Kasatkin A.L. Critical current and resistivity of the [001] tilt grain boundaries in HTS bicrystals / A.L.Kasatkin, B.S.Hong, Y.P. Lee // J. Korean Phys. Soc. - 2004.- V.45, №1. - P.189-193.

11. Kasatkin A.L. Vortex dynamics and resistivity in HTS films with low-angle tilt grain boundaries/ A.L. Kasatkin, C.G.Tretiatchenko, V.P.Tsvetkovskii, V.M. Pan // Physica C. -2004. - V.401, №1-4. - P. 301-304.

12. Kasatkin A.L. Microwave response of disordered vortex lattice in superconducting thin films / A.L.Kasatkin, D.A.Luzhbin, V.M. Pan // Металлофиз. новейшие технол. - 2001. - T.23, №12. - C.1697-1705.

13. Лужбин Д.А. Поверхностный импеданс сверхпроводящей тонкой пленки в параллельном магнитном поле / Д.А.Лужбин, А.Л.Касаткин, В.М. Пан // ФНТ. - 2001. - T.27, №5. - C.455-462.

14. Kasatkin A. Excitation of "rotation" collective modes in a vortex lattice of clean type-II superconductors /A. Kasatkin, B. Rosenstein // Physica C.-2000.-V.332, №1-4. - P.199-202.

15. Pan V. M. Vortex pinning anisotropy in perfect YBCO films studied by transport current measurements / V. M.Pan, V. A.Komashko, V. S.Flis, A. L. Kasatkin, V. L. Svetchnikov, O. P.Karasevskaja, A. G.Popov, A. V.Pronin, C. L.Snead, M. Suenaga, H. W. Zandbergen // Physica B. - 2000. - V.284-288. - P.831-832.

16. Шлапак Ю.В. Джозефсоновские свойства прозрачных туннельных контактов / Ю.В. Шлапак, А.Л. Касаткин, Э.М. Руденко // ФНТ. - 2000. - T.26, №11. - С.1073-1076.

17. Kasatkin A. Excitation of "rotation" collective modes in a vortex lattice of clean type-II superconductors / A. Kasatkin, B. Rosenstein // Phys.Rev.B. - 1999. - V. 60, No.21. - P.14907-14912.

18. Pan V.M. Vortex pinning/dynamics in YBCO films with Jc(77K) > 106 A/cm2 studied by direct transport measurements / V.M. Pan, A.L. Kasatkin, V.S. Flis, V.A.Komashko, V.L.Svetchnikov, A.V.Pronin, C.L.Snead, M.Suenaga, H.W.Zandbergen // J. Low Temp. Phys. - 1999. - V.117, No.5-6. - P.1537-1541.

19. Kasatkin A.L. Nonlinear Flux Diffusion in superimposed Weak AC Magnetic Field / A.L.Kasatkin, V.V.Vysotskii, V.M.Pan, H.C.Freyhardt // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 1999. - V.9, №2. - P.2207-2210.

20. Kasatkin A.L. Flux relaxation phenomena in the presence of weak AC magnetic fields / A.L.Kasatkin, V.V.Vysotskii, V.M.Pan, H.C. Freyhardt // Physica C. - 1998. - V. 310. - P.296-301.

21. Kasatkin A.L. Vortex Transfer Mechanisms in c-oriented YBCO Films with Small-Angle Boundaries / A.L.Kasatkin, V.M.Pan, H.C. Freyhardt // IEEE Trans. Appl. Supercond. - 1997. - V.7, № 2. - P. 1588-1591.

22. Тарасов В.Ф. Поверхностное сопротивление монокристалла YBCO / В.Ф.Тарасов, В.Ф.Таборов, А.Л.Касаткин, В.М. Пан // ФТТ. -1996. - T.38, №2. - С.471-474.

23. Тарасов В.Ф. Микроволновое поверхностное сопротивление монокристалла YBa2Cu3O7-x и его температурная зависимость / В.Ф.Тарасов, В.Ф.Таборов, А.Л.Касаткин, В.М. Пан // ФНТ. - 1996. - T. 22, № 6. - С.690-692.

24. Мелков Г.А. Поверхностный импеданс эпитаксиальных пленок ВТСП в смешанном состоянии / Г.А.Мелков, А.Л.Касаткин, В.Ю. Малышев // ФНТ. -1994. - T.20, № 9. - С. 868-873.

25. Pan V.M. Dislocation model of superconducting transport properties of YBCO thin films and single crystals / V.M.Pan, A.L.Kasatkin, V.L.Svetchnikov, H.W.Zandbergen // Cryogenics.- 1993. - V.33, №1. - P.21-27.

26. Prokhorov V.G. Flux pinning and vortex dynamics in high-Tc superconducting films / V.G.Prokhorov, G.G.Kaminsky, Ya.A.Petrukhno, A.L.Kasatkin, M.A.Kuznetsov, V.M. Pan // Cryogenics. -1993. - V.33, №5. - P.514-518.

27. Pan V.M. Structure and flux flow in thin YBa2Cu3O7 films / V.M.Pan, G.G.Kaminsky, A.L.Kasatkin, M.A.Kuznetsov, V.G.Prokhorov, V.L.Svetchnikov, C.G.Tretiatchenko, V.S.Flis, S.K.Yushchenko, V.I.Matsui, V.S. Melnikov // Supercond. Sci. Technol. - 1992. - V.5, №1S. - P. S48-54.

28. Pan V.M. Influence of Planar Defects on Mixed State Dynamics of High-Tc Epitaxial Films / Pan V.M., Prokhorov V.G., Kasatkin A.L., Tretiatchenko C.G. // Physica C. - 1991. - V.180. - P.199-202.

29. Pan V.M. Flux Creep and Flow in YBCO Epitaxial Films: Role of Planar Defects / V.M.Pan, G.G.Kaminsky, A.L. Kasatkin, M.A.Kuznetsov, V. G.Prokhorov, C. G. Tretiatchenko // IEEE Trans. on Magnetics. -1991. - V.27, № 2. - P.1021-1024.

30. Pan V. M. Dynamic mixed state of High-Tc Epitaxial Thin Films / V. M.Pan, V. G.Prokhorov, G. G.Kaminsky, A. L.Kasatkin, M. A.Kuznetsov, C. G. Tretiatchenko // Supercond. Sci. Technol. -1991. - V.4, №1S. - P. S94-96.

31. Прохоров В.Г. Особенности резистивного состояния пленок YBCO в магнитном поле / В.Г.Прохоров, Г.Г.Каминский, А.Л.Касаткин, М.А.Кузнецов, В.М. Пан, К.Г. Третьяченко // ФНТ. -1991. - 17, № 4. - С.467-475.

32. Касаткин А.Л. Нелинейная диффузия магнитного потока в сверхпроводниках 2-го рода / А.Л.Касаткин, В.А. Федирко, С.В.Поляков // Сб. «Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование технико-технологических систем». - Москва, 2008. - Вып. 11. - С.69-73.

33. Kasatkin A.L. Microwave conductivity of d-wave superconductors / A.L. Kasatkin // The Sixth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW'07), Харків, 25-30 червня 2007: Symposium Proceedings, Vol.1. - Kharkov, 2007. - Р. 383-385.

34. Касаткин А.Л. Пиннинг и динамика вихрей в 3D-анизотропных сверхпроводниках с линейными дефектами / А.Л.Касаткин, В.П. Цветковский // Физика конденсированного состояния вещества при низких температурах: международ. конф., 25-29 июня 2006г.: тез. докл./ ННЦ ХФТИ. - Харьков, 2006. - С.68-71.

35. Tsvetkovskii V. Mechanics of vortex escape from extended linear defect in 3D-anisotropic superconductor / V. Tsvetkovskii, A. Kasatkin, V.Shabatura // IOP Journal of Physics: Conference Series. -2006. - V.43. - Р. 639-642.

36. Pan V.M. Non-Monotonous Two-Peak Microwave Surface Resistance Temperature Dependence in Perfect Single-Crystalline YBCO Thin Films / V.M.Pan, A.L. Kasatkin, V.A.Komashko, O.A.Kalenyuk, V.L.Svetchnikov, C.G.Tretiatchenko, O.M.Ivanyuta, G.A. Melkov // IOP Conf. Ser. - 2004. - №181. - P. 2187-2194.

37. Kasatkin A.L. Microwave response of Abrikosov vortices in superconductors with a different defect structure / A.L.Kasatkin, D.A.Luzhbin, V.P. Tsvetkovskii // The Fifth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW'04), Харків, 21-26 червня 2004: Symposium Proceedings, Vol.1. - Kharkov, 2004. - P. 427-429.

38. Kasatkin A.L. Nonlinear Flux Diffusion in Superimposed Weak AC Magnetic Field / A.L.Kasatkin, V.M.Pan, V.V.Vysotskii, H.C.Freyhardt // The Third European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'97) , the Netherlands, 30 June - 3 July 1997: Conference proceedings (Vol 1). - IOP Publishing Ltd., 1997.- Inst. Phys. Conf. Ser. - 1997. - № 158. - P.1571-1574.

39. Pan V.M. Abrikosov Vortices Behavior in Different Pinning Potential for Moderately Anisotropic High-Tc Superconductors / V.M. Pan, V.F. Solov'jov, A.L.Kasatkin, V.L. Svetchnikov, H.C.Freyhardt, H.W. Zandbergen // Physics and Material Science of High Temp. Supercond.,IV /Eds. R.Kossowsky et.al. - Kluwer Acad.Publ. (Netherlands), 1997. - P. 3-25.

40. Pan V.M. Superconducting transport properties, mechanisms of growth and microstructure of deposited HTSC materials / V.M.Pan, V.L.Svetchnikov, A.L.Kasatkin, V.S. Flis // Advances in Cryogenic Engineering Materials / Eds. R.P.Reed et al. - Plenum Press, New York. - 1994. - Vol.40, P.401-407.

41. Kasatkin A.L., Pan V.M., Petrukhno Ya.A., Prokhorov V.G., Tretiatchenko C.G. Vortex Diffusion in Macroscopically Inhomogeneous Superconductors // Critical Currents in Superconductors / Ed. H.W.Weber. - World Scientific, 1994. - P. 335-338.

42. Petrukhno Ya.A. AC Magnetic Field Diffusion in Macroscopically Inhomogeneous Superconductors / Ya.A.Petrukhno, A.L. Kasatkin, V.G.Prokhorov, V.M.Pan //Applied Superconductivity : European Conference on Applied superconductivity, Goettingen, 4-8 Oct.,1993 : Proc. EUCAS'93, Vol.1. / Ed. H.C.Freyhard. - DGM, Verlag, 1993. - P.737-740.

43. Kasatkin A.L. Dynamics of the mixed state in YBCO epitaxial films / A.L. Kasatkin, V.M.Pan, V.G.Prokhorov, C.G. Tretiatchenko // High-Tc Superconductivity: Experiment and Theory / Eds. A.S.Davydov and V.M.Loktev. - Springer-Verlag, 1992. - P.150-160.

АНОТАЦІЯ

Касаткін О.Л. Електродинаміка анізотропних макроскопічно неоднорідних надпровідників ІІ-роду у змішаному стані. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена теоретичному дослідженню пінінгу| і динаміки вихорів Абрикосова в змішаному стані анізотропних (шаруватих) макроскопічно неоднорідних надпровідників зі|із| структурними дефектами різної вимірності і зумовлених вихровою динамікою електродинамічних характеристик таких надпровідників на постійному і змінному струмі.|току|

Розроблено теорію процесів депінінгу пружних вихрових ниток з протяжних 1D та 2D структурних дефектів в анізотропних надпровідниках під впливом неоднорідно розподіленої сили Лоренца. Обраховано критичний струм депінінгу вихорів з протяжних дефектів та відповідні енергія активації і опір надпровідника у резистивному стані.

Запропонована нова модель для розрахунків критичного струму та властивостей неоднорідного резистивного стану, пов'язаного із переважним рухом вихорів уздовж границь, в бікристалічних та полікристалічних плівках з міжзеренними границями нахилу [001].

Проведено узагальнення теорії нелінійної дифузії вихорів на випадок неоднорідного змішаного стану надпровідника. Передбачено нові ефекти нелінійної дифузії вихорів у неоднорідному змішаному стані надпровідників в присутності зовнішнього змінного магнітного поля.

Удосконалено теорію високочастотного відгуку вихорів Абрикосова для надпровідників з різними типами пінінгуючих дефектів - точкових, протяжних, а також, «надчистих» надпровідників із холловською динамікою вихрів. Вперше передбачена можливість прояву на поверхневому НВЧ імпедансі розмірних ефектів вихроворї динаміки в тонких надпровідних плівках та певних резонансних ефектів у «надчистих» надпровідниках.

Ключові слова: надпровідність, змішаний стан, вихор Абрикосова, пінінг, критичний струм, енергія активації, резистивний стан, дифузія вихрів, НВЧ імпеданс, ефект Холла.

Касаткин А.Л. Электродинамика анизотропных макроскопически неоднородных сверхпроводников II-го рода в смешанном состоянии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико - математических наук по специальности 01.04.27 - физика твердого тела. - Институт металлофизики им. Г.В.Курдюмова НАН Украины, Киев, 2010.

Диссертация посвящена теоретическому исследованию пиннинга и динамики вихрей Абрикосова в смешанном состоянии анизотропных (слоистых) макроскопически неоднородных сверхпроводников со структурными дефектами разной размерности и обусловленных вихревой динамикой электродинамических характеристик таких сверхпроводников на постоянном и переменном токе. Основные результаты диссертации состоят в следующем:

Разработана теория процессов депиннинга упругих вихревых нитей с протяженных 1D (линейных) и 2D (плоских) структурных дефектов в слоистых анизотропны х сверхпроводниках под действием неоднородно распределенной силы Лоренца. Показано, что срыв вихря с протяженного линейного дефекта в присутствии транспортного тока с плотностью j становится возможным при флуктуационном образовании частично депиннингованных вихревых петель в объеме сверхпроводника или полупетель («языков») вблизи поверхности сверхпроводника с размером l, превышающим критический размер lc(j) ~ j-1. Петли (или полупетли) меньшего размера стремятся «схлопнуться» за счет линейного натяжения вихря, т.е., соответствуют устойчивому состоянию пиннинга вихря на линейном дефекте, в то время как при l > lc(j) вихревая петля под действием силы Лоренца увеличивается в размере, приводя тем самым к сползанию вихря с линейного дефекта. Динамика смешанного состояния в сверхпроводниках с линейными дефектами при малых значениях плотности вихрей осуществляется за счет движения вихревых «кинков», соединяющих части вихря, запиннингованные на соседних линейных дефектах. При этом на малых частотах движение вихревого кинка вдоль оси линейного дефекта под действием силы Лоренца по всей толщине образца приводит к переползанию вихря на соседний линейный дефект.

Предложена новая модель для расчета транспортных свойств эпитаксиальных пленок и бикристаллов ВТСП с границей наклона [001] при малых углах разориентации ( 5-70) определяется механизмом депиннинга абрикосовских вихрей, захваченных краевыми с-ориентированными дислокациями, формирующими такую границу. В этом случае резистивное состояние определяется переносом вихрей вдоль дислокационной малоугловой границы, перпендикулярно направлению транспортного тока, текущего через границу. Такой перенос вихрей осуществляется за счет образования вблизи поверхности образца вихревых «кинков», соединяющих части вихря, запиннингованные на соседних дислокациях вдоль границы, с последующим их движением вглубь образца под действием силы Лоренца. Возникновение резистивного состояния бикристалла с большими углами разориентации () связано с началом когерентного движения одномерной цепочки вихрей вдоль границы и характеризуется специфической (корневой) зависимостью возникающего сопротивления течения потока от величины магнитного поля , экспериментально наблюдавшейся в бикристаллах и поликристаллических пленках YBaCu3O7-x.

Проведено обобщение модели нелинейной диффузии вихрей, позволяющее описать проникновение и динамику магнитного потока в неоднородных сверхпроводниках II рода. В поликристаллических образцах диффузия вихрей вдоль границ зерен приводит к увеличению скорости диффузии в берегах (зернах) за счет проникновения вихрей из границ и последующего распределения в берегах. Этот эффект проявляется в виде двух связанных пиков на мнимой части динамической магнитной восприимчивости. Показано, что двухпиковая структура мнимой части динамической восприимчивости также может быть связана с эффектом т.н. «динамического плавления» вихревой решетки. Это происходит, когда вблизи края образца, за счет больших значений плотности индуцированного тока, возникает зона «расплавленной» вихревой решетки с большими значениями коэффициента диффузии, а внутри образца сохраняется область «твердой» вихревой фазы с малым коэффициентом диффузии. При этом за счет крипа должна происходить временная эволюция сигнала динамической магнитной восприимчивости. Показано, что в процессе диффузии вихрей слабое внешнее переменное магнитное поле за счет нелинейных эффектов может заметно увеличивать скорость крипа магнитного потока в сверхпроводнике.

Усовершенствована теория высокочастотного отклика абрикосовских вихрей для сверхпроводников с разными типами пиннингующих структурных дефектов (точечных, протяженных), а также, для «сверхчистых» сверхпроводников с холловской динамикой вихрей. В разупорядоченном сверхпроводнике возмодно проявление пик-эффекта на магнитополевой зависимости поверхностного сопротивления, связанное с ужесточением эффективной потенциальной ямы сил пиннинга, в которой колеблются вихри. В тонких сверхпроводящих пленках возможно проявление размерных эффектов в высокочастотном отклике вихрей при ориентации постоянного магнитного поля, параллельной поверхности пленки. Нелинейные свойства высокочастотного отклика квази-монокристаллических пленок связаны с вхождением в пленку абрикосовских вихрей, индуцированных высокочастотным полем. Порог возникновения нелинейности при росте амплитуды высокочастотного поля может увеличен при введении в пленку сильных протяженных или точечных центров пиннинга вихрей. В чистых сверхпроводниках II-го рода возможно существование слабозатухающих (непередемфированных) «вращательных» колебаний вихревой решетки, обусловленных холловской динамикой вихрей. При этом на характеристиках линейного отклика вихревой системы частотных зависимостях поверхностного импеданса может наблюдаться резонансный пик на характерной частоте, сравнимой по величине с частотой депиннинга (для ВТСП материалов частота депиннинга составляет 10-100ГГц).

Ключевые слова: сверхпроводимость, смешанное состояние, вихрь Абрикосова, пиннинг, критический ток, энергия активации, резистивное состояние, диффузия вихрей, СВЧ импеданс, эффект Холла.

Kasatkin A.L. Electrodynamics of anisotropic macroscopically inhomogeneous type-II superconductors in the mixed state. - Manuscript.

Thesis for the scientific degree Doctor of Science in Physics and Mathematics by specialty 01.04.07 -Solid State Physics. - G.V.Kurdymov Institute of Metal Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

The dissertation is devoted to the theory of vortex pinning and dynamics in the mixed state of macroscopically inhomogeneous anisotropic (layered) type-II superconductors, containing structural defects of different dimensionality, and subsequent ac and dc electrodynamical characteristics of this type superconductors, related to vortex dynamics. The main results of the work are as follows:

The theory of elastic vortex strings depinning from extended 1D and 2D structural defects under the influence of inhomogeneously distributed Lorentz force is elaborated in the present work. This theory allows to calculate the depinning critical current value, and also the vortex activation energy and corresponding resistivity in the mixed state of anisotropic type-II superconductors with extended defects.

The new model for calculation of the critical current and inhomogeneous resistive state properties, which are related to predominant vortex chain motion in bicrystal and polycrystal films with [001] tilt grain (domain) boundaries is suggested.

Generalization of nonlinear vortex diffusion theory is performed in order to account for the inhomogeneous mixed state of superconductor. Some new effects of nonlinear vortex diffusion in the inhomogeneous mixed state of superconductor which should occur in the presence of applied ac magnetic field are predicted.

The microwave vortex response theory is modified in order to account for different types of pinning defects, such as point-like and extended defects, and also for “superclean” type-II superconductors, characterized by Hall type of vortex dynamics. Possible manifestation of some specific features of rf vortex dynamics on the microwave surface impedance characteristics , such as: dimensional effects in vortex dynamics in thin films, and also resonance effects in microwave vortex response in “superclean” type-II superconductors, are foreseen for the first time.

Key words: superconductivity, the mixed state, Abrikosov vortex, pinning, critical current, activation energy, vortex diffusion, microwave impedance, Hall effect.

Підписано до друку 06.04.2010. Формат 6084/16

Папір офсетний. Друк ризографічний.

Ум. друк. арк. 2,2. Обл.-вид. арк. 2,2.

Наклад 100 прим. Зам. № 0-42.

Поліграфічна дільниця

Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України

03142, Київ, пр. Вернадського, 36

Размещено на Allbest.ru