Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.22 – надпровідність. - Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2006.
Дисертацію присвячено дослідженню надвисокочастотних властивостей тонких (150-480нм) епітаксійних високотемпературних надпровідних плівок YBa2Cu3O7-d (YBCO)в лінійному та нелінійному режимі.
В роботі проведено дослідження температурних (12-100К), магніто-польових (0-12мТл) та амплітудних залежностей мікрохвильового поверхневого імпедансу плівок YBCO, осаджених на сапфірові підкладки з буферним шаром СеО2та на підкладки з LaAlO3 в лінійному по відношенню до амплітуди НВЧ поля (невеликі потужності НВЧ поля Prf<1мкВт) та нелінійному режимі (Prf до 40мВт). НВЧ вимірювання проведено в діапазоні 5-135 ГГц із застосуванням резонансних методів дослідження: а) копланарного резонатору; б) об’ємного циліндричного резонатору із надпровідною плоскою поверхнею.
Показано, що вигляд отриманих температурних залежностей поверхневого імпедансу досліджених плівок в лінійному режимі свідчать про анізотропію енергетичної щілини в спектрі квазічастинкових збуджень, яка є характерною для d- хвилевого куперівського спарювання змішаного типу (s+id).
Дослідження імпедансу плівок в присутності зовнішнього постійного магнітного поля показали, що відгук вихорів Абрикосова на збуджуюче НВЧ-поле суттєвим чином залежить від розподілу вихорів уздовж поверхні плівки. Однорідно розподілені вихорі Абрикосова (експерименти з охолодженням в полі - “field cooling”) вносять додатковий, лінійно зростаючий з ростом магнітної індукції, внесок у поверхневий опір плівки у змішаному стані. Для випадку максимальної концентрації вихорів поблизу країв плівки (експерименти охолодження без поля з подальшим його включенням - “zero field cooling”), при перемагнічуванні, у поверхневому опорі плівки виникають характерні гістерезисні явища, які при температурах значно менших за критичну температуру Тс можуть бути описані в рамках моделі критичного стану плівки в зовнішньому постійному магнітному полі. З гістерезисних залежностей поверхневого опору було отримано значення частоти пінінгу вихорів для YBCO плівки.
Дослідження нелінійних залежностей імпедансу плівок від амплітуди НВЧ струму в резонаторі показали, що в геометрії копланарного резонатору домінуючим фактором виникнення нелінійності є генерація вихорів Абрикосова НВЧ полем. Перехід від лінійного НВЧ відгуку ВТНП плівки до нелінійного, при зростанні амплітуди НВЧ поля, відбувається завдяки пороговому характеру входження через краї плівки індукованих високочастотним полем додаткових абрикосівських вихорів, що при низьких температурах може бути описане в рамках модифікованої моделі критичного стану у змінному полі та з урахуванням неоднорідного розподілу НВЧ струму вздовж довжини резонатору.
З нелінійних залежностей поверхневого опору було отримано температурні та магніто-польові залежності критичного струму YBCO плівок (струм депінінгу), а також приведено рекомендації для зменшення нелінійного відгуку ВТНП копланарного резонатору.
У дисертації проведені температурні, магніто-польові дослідження залежностей імпедансу епітаксійних квазі-монокристалічних плівок YBCO в лінійному і нелінійному по відношенню до амплітуди НВЧ поля режимі. Основними висновками роботи є:
1. Двохпікова особливість залежності поверхневого опору монокристалічної плівки YBCO від температури, а також, її відмінність від немонотонної залежності Zs(T, w) досконалих монокристалів (або менш досконалих плівок) може бути пояснена при використанні двох основних припущень: анізотропії електронного спарювання s + id типу, а також домінуванням с орієнтованих подовжених дефектів в процесі розсіювання квазічасток.
2. Величина імпедансу у змішаному стані визначається одночасно як вкладом нормальних електронів, так і абрикосівських вихорів, що в’язко коливаються під дією НВЧ поля. Приріст поверхневого опору у невеликих магнітних полях у режимі FC пов’язаний з коливаннями вихорів і прямо пропорційний величині зовнішнього перпендикулярного магнітного поля.
3. Внаслідок нерівномірного розподілу магнітного потоку в плівці у режимі ZFC залежність поверхневого опору від прикладеного зовнішнього магнітного поля носить гістерезисний характер і суттєво відрізняється від залежності, що отримана у режимі FC.
4. Домінуючим механізмом мікрохвильової нелінійності для геометрії компланарного резонатора є генерація та рух вихорів Абрікосова, що виникають в плівці під дією НВЧ поля.
5. Нелінійний відгук копланарного резонатора може бути описан в рамках моделі критичного стану для входження вихорів, що генеруються високочастотним полем, модифікованої з урахуванням струму насичення краю та неоднорідного розподілу НВЧ струму вздовж довжини резонатора.
Публікації автора:
1. 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. – 2003. - vol.16, №5. - P. 889-894.
Pan V., Kasatkin A., Komashko V., Kalenyuk A., Svetchnikov V., Tretiatchenko C. Non-Monotonous Two-Peak Microwave Surface Resistance Temperature Dependence in Perfect Single-Crystalline YBCO Thin Films// Applied Superconductivity – 2003. - №181. - P. 2187-2194.
Pan V. M., Luzhbin D. A., Kalenyuk A. A., Kasatkin A. L., Komashko V. A., Velichko A. V., Lancaster M. Microwave impedance of YBa2Cu3O7-d high-temperature superconductor films in a magnetic field // Low Temp. Phys. – 2005 - vol.31, №3-4. - P.254-262.
