Анотація до роботи:

Бондаренко О.В. “Фазовий стан, пінінг та динаміка вихорів у монокристалах ВТНП із завданою топологією дефектів” - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.22 – Надпровідність. – Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України, Харків, 2003.

Подані результати експериментальних та теоретичних досліджень з проблеми фазоутворення, а також формування сили пінінгу та параметрів термічно активованого крипу у високотемпературному надпровіднику YBa₂Cu₃O_7-d. Експерименти були виконані магнітним та транспортним методами на здвійникованих і роздвійникованих монокристалічних зразках з різною концентрацією точкових дефектів, та з різною просторовою орієнтацією площин меж двійників. Отримані результати дозволили виявити закономірності формування фазового стану вихрової матерії, а також зміни сили пінінгу та параметрів термоактивируємого крипу магнітного потоку в анізотропному випадку від концентрації точкових дефектів і від орієнтації векторів магнітного поля та сили Лоренця відносно площин меж двійників.

У дисертаціі узагальнені експериментальні і теоретичні результати, які були отримані при дослідженні впливу точкових та площинних дефектів з пригніченим надпровідним параметром порядку на формування фазового стану, сили пінінгу та параметрів термічно активованого крипу анізотропної вихрової гратки. Для отримання експериментальної інформації про ці процеси використовували магнітний та транспортний методи досліджень.

Достовірність одержаних результатів забезпечувалась використанням добре апробованих експериментальних методів та сучасного обладнання, коректним урахуванням похибок вимірювань, інтерпретацією експериментальних даних у рамках відомих теоретичних підходів, та узгодженням з результатами, які були отримані іншими авторами.

В присутності малої концентрації точкових дефектів встановлені наступні закономірності які стосуються динамічних властивостей впорядкованої вихрової гратки.

1. В слабких магнітних полях реалізується пінінг невзаємодіючих вихорів при якому струм депінінгу і енергія активації крипу не залежать від величини магнітного поля та від орієнтації магнітного поля відносно кристалографічних напрямків кристалу і, відповідно, в області термічно активованого крипу швидкисть руху магнітного потоку не залежить від величини та орієнтації магнітного поля відносно кристалографічних напрямків кристалу. Спостерігаєме ж при зростанні магнітного поля зменшення “критичних” струмів J_m (при магнітних вимірюваннях) та J_E (при транспортних вимірюваннях для фіксованого значення електричного поля) в області термічного крипу обумовлено збільшенням рівня дисипації енергії в одиничному об’ємі при незмінній швидкості руху магнітного потоку за рахунок збільшення щільності вихрових ниток.

2. В області малих магнітних полів здійснюється пружний крип і енергія активації крипу необмежено зростає при зменшенні транспортного струму, , з незмінною величиною показника степені удалині від температури плавління вихрової гратки, а при наближенні до точки плавління величина зменшується до значення .

3. Диференціальний опір в області термоактивованого крипу експоненціально зменшується з транспортним струмом, а в області в’язкої течії магнітного потоку асимптотично наближується до опору в’язкої течії в моделі Бардіна-Стефена. При цьому величина струму депінінгу, визначаємого екстраполяцією лінійних частин ВАХ (які відповідають в’язкій течії) в нульове електричне поле в межах похибки вимірювань дорівнює величині струму депінінгу, який визначається екстраполяцією відношення (яке відповідає режиму крипу) до значення, що дорівнює одиниці. Ця закономірність дозволяє визначати величину струму депінігу у випадках, коли неможливо проводити вимірювання в області в’язкої течії потоку через перегрів зразків.

При зміні концентрації точкових дефектів та при збільшенні величини магнітного поля спостерігаються наступні закономірності еволюції сили пінінгу і параметрів крипу магнітного потоку, які стосуються динамічних властивостей невпорядкованої вихрової гратки.

1. Струм депінінгу зростає з концентрацією точкових дефектів як при пружному, так і при пластичному крипі, а енергія активації крипу зростає з концентрацією точкових дефектів тільки при здійсненні пружного механізму крипу.

2. Вдалині від точки плавління вихрової гратки струм депінінгу постійно зростає з магнітним полем, а спостерігаєме в великих полях зменшення сили пінінгу в області крипу обумовлено зменшенням єнергіі активації крипу при зростанні магнітного поля. При цьому, енергія активації крипу не залежить від величини магнітного поля при здійсненні пружного механізму крипу.

3. При здійсненні пластичного механізму крипу струмова залежність енергії активації аналогічна залежності енергії активації крипу дислокацій в твердому тілі від маханічного напруження, а величина енергії активації зростає при відхиленні вектора магнітного поля від вісі с, що узгоджується з проведеними теоретичними та числовими розрахунками.

Встановлені наступні закономірності впливу двійників на формування фазового стану, сили пінігу і параметрів крипу вихрової матерії.

1. Струм депінінгу захоплених двійниками вихорів перевищує струм депінінгу вихорів в об’ємі кристалу на 20-40 % при їх русі уздовж меж двійників і, в залежності від розглядаємої області температур, на один-два порядка величини при їх русі перпендикулярно до МД.

2. Двійники впливають на пінінг магнітного потоку при кутах разорієнтації поміж вектором магнітного поля та площиною двійників до 70 при відхиленні вектора магнітного поля від вісі с і до 10-15 при обертанні вектора магнітного поля у ab-площині, що обумовлено захопленням двійниками частки вихрових сегментів.

3. Впорядкована вихрова гратка, яка реалізується в паралельних двійникам магнітних полях, перетворюється в невпорядковану в похилих відносно площин двійників полях, що обумовлено виникненням поперечних деформацій вихрових ниток поблизу меж двійників в похилих полях. При здійсненні цього переходу струм депінінгу зростає. Також, поблизу температури плавління вихрової гратки спостерігається перехід від пружного крипу до пластичного, а вдалині від температури плавління вихрової гратки обидві фази характерізуються пружним крипом, але енергії активації цих фаз мають різну струмову залежність: для невпорядкованої гратки енергія активації зростає при зменшенні транспортного струму значно скоріше ніж для впорядкованої.

4. В слабких магнітних полях при орієнтації сили Лоренця у площині перпендикулярній площинам двійників критичний струм зменшується при відхиленні магнітного поля від вісі с обернено пропорційно збільшенню складової сили Лоренца уздовж с-вісі.

При орієнтації магнітного поля поблизу ab-площини встановлені наступні закономірності еволюції сили пінінгу.

1. В слабких полях сила пінінгу при кутах a Н,ab менших за критичний a_cr не залежить від кута a, що обумовлено захопленням вихрових ниток поміж надпровідними CuO-площинами, а величина a_cr зменшується при зростанні магнітного поля.

2. В похилих до ab-площини полях динаміка магнітного потоку визначається силою пінінгу вихрових сегнментів L_c, які орієнтовані уздовж вісі с. При реалізації пінінгу на точкових дефектах вона дорівює силі пінінгу вихорів при орієнтації поля уздовж с-вісі кристала і не залежить від величини магнітного поля. При здійсненні пінінгу на точкових дефектах і на двійниках сила пінінгу сегментів L_c значно менша ніж сила пінінгу при орієнтації поля уздовж с-вісі кристала, і вона зменшується при зростанні величини магнітного поля.

Публікації автора:

1. Bondarenko A.V., Obolenskii M.A., Vovk R.V., Prodan A.A., Shklovskij V.A., Sivakov A.G. Phase state of vortex system and critical currents in YBaCuO single crystals with unidirectional twins in tilted magnetic fields // Critical Currents in Superconductors. - World Scientific, 1994. - P. 177 - 180.

2. Bondarenko A.V., Obolenskii M.A., Vovk R.V., Samoylov A.V., Shklovskij V.A., Sivakov A.G. Direct measurements of shear modulus and plastic flow of vortex lattice in YBaCuO single crystals // Critical Currents in Superconductors. - World Scientific, 1994. - P. 193 - 196.

3. Оболенский М.А., Бондаренко А.В., Шкловский В.А., Ревякина М.Г. Анизотропия критического тока при пиннинге вихрей на двойниках в монокристаллах YBa₂Cu₃O_7-x // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. - 1995. - Т. 7, № 1. - С. 43 - 47.

4. Оболенский М.А., Бондаренко А.В., Шкловский В.А., Эль-Сиидави М., Вовк Р.В., Самойлов А.В., Ниархос Д., Писсас М., Каллиас Г., Сиваков А.Г. Сверхпроводящие параметры и динамика вихрей в допированных алюминием монокристаллах YBaCuO, содержащих однонаправленные двойники // ФНТ. - 1995. - Т.21, №12. - С. 1200 - 1207.

5. Оболенский М.А., Бондаренко А.В., Белецкий В.И., Вовк Р.В., Продан А.А., Эль-Сиидави М., Ниархос Д., Писсас М., Каллиас Г., Сиваков А.Г. Релаксация намагниченности в монокристаллах YBaCuO // Функциональные материалы. - 1995. - Т.2, №4. - С. 403 - 408.

6. Оболенский М.А., Бондаренко А.В., Белецкий В.И., Самойлов А.В., Эль-Сиидави М., Ниархос Д., Писсас М., Каллиас Г., Сиваков А.Г. Магнитные измерения критического тока и потенциала пиннинга в монокристаллах Y_1-xPr_xBa₂Cu₃O₇ // Функциональные материалы. - 1995. - Т.2, №4. - С. 409-414.

7. Obolenskii M.A., Bondarenko A.V., Shklovskij V.A., Revyakina M.G. Anisotropy of the critical current due to twin planes and vortex melting in YBa₂Cu₃O_7-x single crystals // ФНТ. - 1996. - Т.22, №8. - С. 892 - 897.

8. Morgoon V.N., Bindilatti V., Bondarenko A.V., Rodrigues D., Sivakov A.G. Crossover point in the magnetic phase diagram of YBa₂Cu₃O_7-d with twin planes // Czechoslovak Journal of Physics. - 1996. - V. 46, P. 1573 - 1574.

9. Morgoon V.N., Shklovskij V.A., Bindilatti V., Bondarenko A.V., Jardim R.F., Becerra C.C., Sarton A.F. Guided vortex motion in YBaCuO single crystals with unidirectional twins // Czechoslovak Journal of Physics. - 1996. - V. 46. - P. 1751 - 1752.

10. Revyakina M.G., Obolenskii M.A., Bondarenko A.V., Shklovskij V.A. Temperature dependence and anisotropy due to twin planes of the critical current in ab-plane // Czechoslovak Journal of Physics. - 1996. - V. 46. - P. 1771 - 1772.

11. Балла Д.Д., Бондаренко А.В., Вовк Р.В., Оболенский М.А., Продан А.А. Влияние гидростатического давления на электросопротивение и критическую температуру монокристаллов YBa₂Cu₃O_7-d // ФНТ. - 1997. - Т.23, №10. - С. 1035 - 1040.

12. Оболенский М.А., Бондаренко А.В., Вовк Р.В., Продан А.А. Процессы релаксации электросопротивления в кислороддефицитных монокристаллах YBa₂Cu₃O_7-d // ФНТ. - 1997. - Т.23, №11. - С. 1178 - 1182.

13. Бондаренко А.В., Шкловский В.А., Вовк Р.В., Оболенский М.А., Продан А.А., Пиннинг и динамика магнитного потока в монокристалле YBaCuO при движении вихрей вдоль границ двойников // ФНТ. - 1997. - Т.23, №12. - С. 1281 - 1288.

14. Obolenskii M.A., Vovk R.V., Bondarenko A.V., Prodan A.A. Vortex dynamics in YBa₂Cu₃O_7-d single crystals at liquid nitrogen temperatures // Functional materials. - 1997. - V.4, №4. - P. 534 - 539.

15. Оболенский М.А., Бондаренко А.В., Шкловский В.А., Вовк Р.В., Продан А.А. Резистивные исследования крипа, контролируемого пластической деформацией вихревой решетки // ФНТ. - 1998. - Т.24, №1. - С. 71 - 74.

16. Bondarenko A.V., Shklovskij V.A., Obolenskii M.A., Vovk R.V., Prodan A.A., Pissas M., Niarchos D., Kallias G. Resistivity investigations of plastic vortex creep in YBa₂Cu₃O_6.95 crystals // Phys. Rev. B - 1998. - V. 58, №5. - P. 2445 -2447.

17. Бондаренко А.В. Пиннинг и динамика вихревой решетки при ее движении от плоскостей границ двойников в монокристаллах YBaCuO // Вестник Харьковского университета, серия “Физика”. - 1998. - №417. - С. 25-28.

18. Бондаренко А.В. Движение вихрей вдоль плоскостей двойников в монокристаллах YBaCuO при больших плотностях транспортного тока // Вестник Харьковского университета, серия “Физика”. - 1998. - №418. - С. 25 -28.

19. Chabanenko V.V., Prodan A.A., Shklovskij V.A., Bondarenko A.V., Obolenskii M.A., Szymczak H., Piechota S. Guiding of vortices in YBa₂Cu₃O_7-d single crystals with unidirected twins // Physica C - 1999. - V. 314, №1/2. - Р.133 - 138.

20. Оболенский, Д.Д. Балла, А.В. Бондаренко, Р.В. Вовк, А.А. Продан, Т.Ф. Иванова, Возникновение релаксации электросопротивения в монокристаллах YBaCuO под влиянием гидростатического давления и скачкообразного изменения температуры // ФНТ. - 1999. - Т.25, №12, - С. 1259 - 1264.

21. Bondarenko A.V., Prodan A.A., Obolenskii M.A., Vovk R.V., Pissas M., Kallias G., Niarchos D., Arouri T.R. Current-voltage characteristics in the vicinity of the fishtail peak in YBa₂Cu₃O_6.95 single crystals // Physica C - 1999. - V. 317-318. P. 655 - 657.

22. Bondarenko A.V., Prodan A.A., Petrusenko Yu.T., Borisenko V.N., Dworschak F., Dedek U. Effect of electron irradiation on anisotropy of vortex creep in YBCO single crystal // Magnetic and superconducting materials - World Scientific, 1999. – V. A. - P. 499 - 506.

23. Obolenskii M.A., Bondarenko A.V., Prodan A.A., Vovk R.V., Revyakina M.G., Pissas M., Kallias G., Niarchos D., Arouri T.R. Vortex dynamics in YBCO single crystals at high temperatures // Magnetic and superconducting materials - World Scientific, 1999. – V. A. - P. 447 - 460.

24. Pissas M., Moraitakis E., Kallias G., Bondarenko A., Onset of the fishtail peak in an untwinned YBa₂Cu₃O_7-d crystal // Phys. Rev. B - 2000. - V. 62, № 2 - Р. 1446 - 1451.

25. Pissas M., Moraitakis E., Kallias G., Bondarenko A., Evidence for a field driven transition in YBa₂Cu₃O_7-d single crystal // Physica C - 2000. - V. 341-348, №1/4. - Р. 1331 - 1332.

26. Bondarenko A.V., Guided motion of vortices along c-axis induced by twin planes in YBa₂Cu₃O_6.95 single crystals // Physica B - 2000 - V.284 - 288. - P. 833 - 834.

27. Bondarenko A.V., Revyakina M.G., Obolenskii M.A., Prodan A.A., Pissas M., Kallias G. Anisotropy of plastic creep in YBa₂Cu₃O_6.95 single crystals // Physica B - 2000. - V. 284 - 288. - P. 655 - 657.

28. Бондаренко А.В., Ревякина М.Г., Продан А.А., Оболенский М.А., Вовк Р.В., Ароури Т.Р. Анизотропия крипа вихрей в монокристалле YBa₂Cu₃O_7-x с однонаправленными границами двойников // ФНТ. - 2001. - Т.27, №3. - С. 275 - 293.

29. Бондаренко А.В., Продан А.А., Оболенский М.А., Вовк Р.В., Ароури Т.Р. Анизотропия крипа при движении вихрей вдоль плоскостей границ двойников в монокристалле YBa₂Cu₃O_7-x // ФНТ. - 2001. - Т. 27, №5. - С. 463 -70.

30. Бондаренко А.В., Продан А.А., Оболенский М.А., Сиваков А.Г. Влияние границ двойников на фазовое состояние и динамику вихрей вблизи точки плавления в монокристаллах YBa₂Cu₃O₇// ФНТ. - 2001. - Т. 27, №8.- С.924 - 927.

31. Bondarenko A.V., Prodan A.A., Petrusenko Yu.T., Borisenko V.N., Dworschak F., Dedek U. Effect of electron irradiation on vortex dynamics in YBa₂Cu₃O_7-d single crystals // Phys. Rev. B - 2001. - V. 64, №9. - P. 92513 (1) –92513 (4).