Low Temperature Physics: 32, 783 (2006); https://doi.org/10.1063/1.2219500 (19 pages)
Физика Низких Температур: Том 32, Выпуск 8-9 (Август 2006), c. 1029-1054    ( к оглавлению , назад )

Сверхток плотностью выше 106 А/см2 при 77 К в монокристаллическом пленочном проводнике из ВТСП купрата YBa2Cu3O7-d - мечта или реальность?

В.М. Пан

Институт металлофизики НАН Украины, бульв. Вернадского, 36, г. Киев, 03142, Украина
E-mail: pan@imp.kiev.ua

Статья поступила в редакцию 10 апреля 2006 г., после переработки 3 мая 2006 г.

Аннотация

Явления при протекании сверхтока в эпитаксиальных с-ориентированных тонких пленках ВТСП купрата YBa2Cu3O7-d (YBCO) c высокой плотностью критического тока Jc(77 К) ≥ 2·106 А/см2 исследованы с помощью четырехзондовых транспортных измерений, низкочастотной магнитной восприимчивости и СКВИД-магнитометрии. Пленки для исследований получены осаждением на монокристаллические подложки из сапфира (r-срез) с буферным слоем CeO2 или из LaAlO3 (100) c помощью неосевого dc-магнетронного распыления или импульсной лазерной абляции. Модель механизмов пиннинга вихрей Абрикосова и ограничения сверхтока разработана и обсуждена путем сравнения ее предсказаний с результатами измерений критического тока и его зависимостей от приложенного магнитного поля различной напряженности и ориентации, а также данными о наноструктуре, полученными с помощью высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии и электронной дифракции при обратном рассеянии. Показано, что малоугловые субграницы слегка азимутально разориентированных доменов, образовавшиеся в процессе эпитаксиального роста пленки, играют ключевую роль в явлениях, которые обнаружены при транспорте сверхтока. Малоугловые субграницы наклона представляют собой эквидистантные упорядоченные ряды краевых дислокаций с несверхпроводящими ядрами диаметром около 3-4 нм. Линии дислокаций в субграницах параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пленки. Средняя плотность дислокаций по площади пленки зависит от реальной статистики случайной системы субграниц доменов и может достигать 1011 см-2. Поскольку диаметр "нормального" ядра дислокации близок к диаметру кора вихря Абрикосова, элементарная сила пиннинга вихря на ядре дислокации оказывается близка к максимально возможной. Характерные черты пиннинга на дислокационных субграницах: 1) достижение высоких Jc(77 К) ≥ 2·106 А/см2 и Jc(20 К) > 107 А/см2 в эпитаксиальных пленках и проводниках; 2) существование "плато" в зависимости Jc(Н), т.е. Jc(Н) = const при Н < Hm; 3) логарифмическое падение Jc(Н) при Н > Hm, т.е. при переходе от режима одночастичного пиннинга к коллективному пиннингу вихревой решетки на статистическом ансамбле случайно распределенных дислокационных субграниц; 4) существование порогового поля Нр, определяющего предел, до которого в тонкой (dl) пленке вихри остаются прямолинейными и перпендикулярными пленке даже в наклоненном под большим углом приложенном поле; 5) эволюция угловых зависимостей Jc(Q) с изменением напряженности поля полностью согласуется с моделью доминирующего пиннинга на "прошивающих" краевых дислокациях. Новый "пик-эффект" - повышение Jc(H || ab) с ростом продольного поля - впервые наблюдался при Н > Hm, т.е. после окончания "плато" Jc(H || ab) = const.

PACS:
74.25.Sv - Critical currents
74.72.Bk - Y-based cuprates
74.78.Bz - High-Tc films

Ключевые слова: высокотемпературные сверхпроводящие купраты, эпитаксиальные тонкие пленки YBa2Cu3O7-d , критические токи, пиннинг вихрей Абрикосова, краевые дислокации роста, малоугловые субграницы доменов.