Увеличение потенциала пиннинга всверхпроюдниках¥1хкехва2си307-8

системе управления воздушным движением // Современные научно-технические проблемы транспорта : сб. науч. тр. V Междунар. науч.-техн. конф. (15-16 окт. 2009. г. Ульяновск) ; УлГТУ Ульяновск, 2009. С. 112-116.

14. Назаров С. Н. Основные положения методики определения места расположения сети удаленных взаимо-

связанных радиоцентров-ретрансляторов // ИКТ. 2009. Т. 7. №> 2. С. 79-82.

15. Прохоров В. К., Шаров А. Н. Методы расчета показателей эффективности радиосвязи. Л. : ВАС, 1990.

S. N. Nazarov, A. A. Shagarova

REALIZATION OF MECHANISM OF DIVERSITY RECEPTION IN HYBRID NETWORK OF WIRELESS INFORMATION TRANSMISSION

The article considers possibilities of realization of diversity reception algorithms in hybrid network of wireless information transmission. The basis of the diversity reception algorithms is that at the decision ofproblems of optimum processing of the fields, their correlation curves are determining for the description of Gaussian, as well as stochastic fields of a free-hand type.

Keywords: hybrid network of a wireless information transmission, algorithm of a diversity reception, correlation factor, optimum reception.

© Назаров С. Н., Шагарова А. А., 2010

УДК 538.945

В. В. Храпунова, Ю. С. Гохфельд, М. И. Петров

УВЕЛИЧЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ПИННИНГА В СВЕРХПРОВОДНИКАХ У1 ^^ВА^^О^1

Исследовалось влияние допирования малыми концентрациями редкоземельных элементов Ьа, Се, Рг в сверхпроводнике УБа2Сы30 на внутригранульный пиннинг. Магнитные и транспортные измерения показали, что максимальный пиннинг наблюдается при концентрации редкоземельных элементов, соответствующей среднему расстоянию между примесями, равному диаметру абрикосовских вихрей в УБС0.

Ключевые слова: высокотемпературные сверхпроводники, потенциал пиннинга, транспортные свойства, магнитные свойства.

Для широкого практического применения высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) крайне желательно повысить потенциал пиннинга абрикосовских вихрей, пожалуй единственный параметр по которому ВТСП уступают низкотемпературным сверхпроводникам. Увеличение потенциала пиннинга в ВТСП открывает дорогу к созданию эффективных экранов от магнитных и электромагнитных полей в устройствах, где это связано с надежностью оборудования и жизнеобеспечением персонала, например в космических пилотируемых аппаратах.

Увеличение потенциала пиннинга и критического тока в высокотемпературных сверхпроводниках структуры 12-3 достигается созданием в материале дополнительных дефектов, действующих как центры пиннинга. Основными способами создания дефектов являются облучение высокоэнергетическими частицами, введение нанораз-мерных примесей и химическое допирование [1-5]. В

последнем случае предпочтительным является частичное замещение иттрия на редкоземельные элементы (КБ) [3; 6-8], что приводит к некоторым искажениям кристаллической структуры и электронной плотности. Как правило, при исследовании редкоземельного замещения в У1-хКБхБа2Си307-5 использовались образцы с содержанием примесей х, кратным десяткам процентов. Было установлено, что наиболее заметное увеличение пиннинга наблюдается при малых (х < 0,1) концентрациях примесей [8].

Авторы статьи считают, что целесообразно выбирать концентрацию примесных атомов так, чтобы она была связана с параметрами кристаллической структуры. Концентрация КБ может быть связана со средним расстоянием между примесными атомами Б. Атомы иттрия в УБ СО образуют плоскую решетку, для которой связь между х и Б дается выражением х = а2/Б2, где а - постоянная решетки в плоскости редкоземельных атомов. Удобно

1 Настоящие исследования ведутся при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновацион-

ной России» (НИР НК-209П).

переписать это выражение как х = а2/(па)2 = 1/п2, где п = Б/а. Таким образом, возможно выбрать концентрации х, соответствующие п = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ¥, т. е. чтобы расстояние Б было кратно постоянной решетки а. Состав с п = ¥ соответствует обычному УВа2Си307—5. Такой выбор позволит проследить влияние среднего расстояния между примесными атомами на пиннинг в сверхпроводнике.

Для изучения влияния искажений локальной электронной плотности и кристаллической структуры исследовались серии УВС0, допированные Се, Рг и Ьа. Ионы Се и Рг имеют валентность 4+ и 3-4+ и могут сильно искажать локальную электронную плотность в подрешетке редкоземельных элементов. У лантана валентность такая же, как у иттрия, и при допировании Ьа искажений электронной плотности возникать не должно. Но возможны искажения кристаллической решетки, возникающие из-за большого атомного радиуса Ьа.

В настоящей работе мы приводим результаты сравнительного исследования транспортных и магнитных свойств трех систем: У, Се Ва2Си307 ,, У, Рг Ва2Си307 ,

1 1-х х 2 3 /—<У 1-х х 2 3 /—6

и У1—хЬахВа2Си307—5. Были проведены измерения намагниченности и сопротивления образцов, что позволило сравнить внутригранульный пиннинг в составах с различными х. Для характеризации внутригранульного пиннин-га использованы данные по намагниченности, измеренной при охлаждении в магнитном поле и без внешнего поля.

Эксперимент. Были синтезированы три серии образцов У1—хКБхВа2Си307—5 для КБ = Се, Рг, Ьа. Каждая серия синтезировалась отдельно, методом твердофазного синтеза по 10 образцов с х = 0,25; 0,11; 0,062 5; 0,04; 0,027 8; 0,020 4; 0,015 6; 0,012 3; 0,01 и 0. Выбранные концентрации соответствуют п = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и ¥. Реперные образцы с х = 0 (УВа2Си307—5) синтезировались для каждой серии.

Исходные реактивы — У203, Се02, Рг6011, Ьа203, Си0 квалификации ХЧ, ВаС03 и СиО квалификации ЧдА. Соответствующие количества реактивов тщательно смешивались в агатовой ступке, спрессовывались в таблетки и отжигались при температуре 930 °С. Общая продолжительность синтеза составляла 160 И с семью промежуточными помолами и прессованиями. Длительный синтез способствует замещению атомов редкоземельных элементов в позиции иттрия и равномерному распределению примесных атомов в подрешетке редкоземельных элементов. В конце синтеза образцы были отожжены при температуре 300 °С в течение 3 И и медленно охлаждены вместе с печью до комнатной температуры для насыщения кислородом.

Измерения температурной зависимости сопротивления образцов были проведены стандартным четырехзон-довым методом на образцах прямоугольного сечения 2х 1х 10 мм, расстояние между потенциальными контактами составляло 2 мм.

Измерения магнитных характеристик проводились вибрационным магнетометром. Образцы изготавливались в форме цилиндра высотой 5 мм и диаметром 0,5 мм. Температурные зависимости намагниченности измерялись на образцах, охлажденных в магнитном поле Земли

и в магнитном поле 100 0е (М ). Измерения проводились при нагреве со скоростью 0,8 К/мин от 77,4 до 100 К для образцов У1—хСехВа2Си307—5 и У1—хЬахВа2Си307—5 и от 55 до 100 К для образцов У1—хРгВа2Си307—5. Магнитное поле 100 0е прикладывалось параллельно оси цилиндрических образцов. Температура сверхпроводящего перехода Т определялась из температурной зависимости намагниченности МгрС(7), температура исчезновения сопротивления Т была определена из температурной зависимости сопротивления Я(Т).

Результаты и обсуждение. Рентгенофазовый анализ показал, что все образцы серии У1—хРгВа2Си307_6 являются однофазными и имеют структуру 1—2—3. Для образцов У1—хЬахВа2Си307—5 с большими концентрациями Ьа (х = 0,11, х = 0,25) наблюдаются моноклинные искажения кристаллической решетки. Образцы У1—хСехВа2Си307—5 показывают структуру 1—2—3, при х < 0,024. Так как церий плохо растворяется в УВаСи0, то при добавлении его в У1—хСехВа2Си307—5 в количестве х > 0,024 выделяется фаза ВаСе03.

Измеренные зависимости Я(Т) являются типичными для поликристаллических сверхпроводников. На Я(Т) имеется участок резкого падения сопротивления при Т = Т, соответствующий внутригранульному сверхпроводящему переходу и плавный участок уменьшения сопротивления до нуля в Тс0, отражающий переход джозефсоновской среды, сформированной межгранульными границами. Выше Тс характер зависимостей в основном металлический. Исключением является У075Ьа025Ва2Си307—5, для которого выше температуры перехода зависимость Я (Т) имеет квазиполупроводниковый характер. Это может быть следствием того, что при больших концентрациях Ьа частично занимает позиции Ва [9]. Зависимости Я( Т) показывают, что Рг гораздо сильнее подавляет сверхпроводимость, чем Се или Ьа. Критическая температура Тс образцов практически не зависит от концентрации КБ, при х < 0,062 5 (п > 4).

Степень влияния примесей КБ на межгранульные границы в УВС0 можно оценить из сравнения ширины сверхпроводящего перехода Тс — Тс0 образцов. Для сравнения образцов с разными концентрациями КБ и разными Т, мы рассматривали приведенную ширину сверхпроводящего перехода (Тс — Тс0)/Тс. Приведенная ширина перехо-да (Тс — Тс0)/Тс образцов как функция от п представлена на рис. 1. Для составов х < 0,04 (п > 5) изменение (Тс — Тс0)/Тс составляет менее 4 %. Это свидетельствует, что допирование УВС0 редкоземельными элементами не оказало существенного влияния на межгранульные границы при данных концентрациях.

Измеренные полевые зависимости намагниченности М(Н) образцов имеют вид, характерный для поликристаллических сверхпроводников. Высота петли ДМ в нулевом поле практически одинакова для зависимостей, измеренных в полях до 200 и 1 000 0е. В работе [10] описан метод, позволяющий оценить отдельно внутригрануль-ные и межгранульные критические токи из кривых М(Н), измеренных до различных значений максимального магнитного поля. Однако из-за несимметричности петель М(Н) в больших Н применение модели Бина для оценки критического тока и метода [10] в данном случае является некорректным [11].

Температурные зависимости намагниченностей серий с х = 0, может быть различие в содержании кисло-

М¥С(Т) и .\//|г(7) образцов в поле 100 Ое изображены на рода в разных сериях образцов, рис. 2-4.

'ы

^ 0.10-

У1-хСехБа2Сиз°7-5 ^-ЬаВа^и,0^

х = 1/п

Г г Г г г Г г г

Рис. 1. Нормированная ширина сверхпроводящего перехода

(Тс - Тс0)/Тс для образДов У1-хКБхБа2Си307-5

Рис. 2. Температурная зависимость намагниченности образцов У1-хСехБа2Си307-5, охлажденных в магнитном поле МрС

Рис. 4. Температурная зависимость намагниченности образцов У1-хЬахБа2Си307-5, охлажденных в магнитном поле МрС

Измеренные зависимости МрС(Т) и МърС(Т) дают информацию о том, как содержание КБ влияет на внутри-гранульный пиннинг в У1-хДБхБа2Си307-5. Разница между намагниченностями образца МрС и Мърс монотонно зависит от энергии пиннинга [12]. Влияние межгранульного пиннинга на зависимости МрС(Т) и МърС(Т) мало, вследствие сильного депиннинга в межгранульных границах при охлаждении [13]. Таким образом, величина ДМ = МрС - Мърс отражает внутригранульный пиннинг. Величина ДМ для образцов как функция от п при Т = 77,4 К представлена на рис. 5.

Рис. 3. Температурная зависимость намагниченности образцов У1-хРгБа2Си307-5, охлажденных в магнитном поле МРС

Рисунки, представленные в статье, демонстрируют, что абсолютные значения намагниченности, измеренной при охлаждении без поля, очень чувствительны к содержанию ИБ. Образец У1-хРгхБа2Си307-5 с х = 0 имеет меньшие абсолютные значения М2РС(Т), чем образцы У, ЬаБа2Си307 5 и У, СеБа2Си307 5 с х = 0. Причиной

1-х х 2 3 7-5 1-х х 2 3 7-5 *

этого, так же как и слабого разброса Т образцов разных

Рис. 5. Разность намагниченностей ДМ=МрС - Мърс образцов У1-хИБхБа2Си307-5 в 77,4 К

Характер зависимости ДМ(п) не изменяется при других температурах Т< Т. Для образцов У1-хСехБа2Си307-5 и У, Рг Б а. Си307 5 величина ДМ максимальна при

1-х х 2 3 7-5

п = 8 (х = 0,015 6). Этот максимум соответствует среднему расстоянию между примесными атомами Б, равному 8 а.

0.20

0.15

0.05

0.00

10 11

2

5

8

п

Для УВС0 a = 0,382 нм, следовательно Б = 3,06 нм. Такая величина Б соизмерима с длиной когерентности в УВС0 Х0 ~ 1,5 нм [14; 15]. По нашему мнению, это указывает на то, что энергия пиннинга наибольшая, когда среднее расстояние между дефектами равно диаметру абрикосовских вихрей. Пиннингующими дефектами являлись локальные искажения электронной плотности, образованные редкоземельными ионами с валентностью, большей чем +3.

Для серии У1—хЬахВа2Си307—5 не наблюдается явного максимума на кривой ДМ(п). По-видимому, искажения кристаллической структуры, возникающие из-за того, что размеры атомов Ьа больше, чем размеры атомов У, не служат центрами пиннинга для вихрей.

Исследования транспортных и магнитных свойств образцов У1—хКБхВа2Си307—5 показали, что допирование редкоземельными атомами с валентностью большей +3 в малых концентрациях увеличивает внутригранульный пиннинг. Концентрация ИБ х = 0,015 6, при которой наблюдается максимальный пиннинг в слабом магнитном поле, одинакова для УВС0, допированного Се или Рг. Эта концентрация соответствует среднему расстоянию между примесными атомами равному 3,06 нм, что коррелирует с длиной когерентности в УВС0. Следовательно, для практического использования ВТСП в качестве экранирующего покрытия от магнитного и электромагнитного полей составы У0 985 (Рг, Се)0 015Ва2Си307—5 более эффективны, чем классический сверхпроводник У1Ва2Си307—5.

Авторы благодарят Д. А. Балаева, Д. М. Гохфельда, С. И. Попкова и К. А. Шайхутдинова за проведенные измерения и обсуждение результатов.

Библиографические ссылки

1. Paulius L. M., Almasan C. C., Maple M. B. // Phys. Rev. 1993. B 47, 11627.

2. Skakle J. M. S. // Materials Science & Engineering R-Reports. 1998. 23, 1.

3. Harada T., Yoshida K. // Physica. 2002. C 383, 48.

4. Harada T., Yoshida K. // Physica. 2003. C 387, 411.

5. Xing J. H., Xu S., Lu X. M., Qian B. [et al.] // International Journal ofModern Physics B. 2007. 21, 3180.

6. MacManus-Driscoll J. L., Foltyn S. R., Jia Q. X. [et al.] // Appl. Phys. Lett. 2004. 84, 5329.

7. Kell J. W., Haugan T. J., Locke M. F. [et al.] // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2005. 15, 3726.

8. Barnes P. N., Kell J.W., Harrison B. C. [et al.] // Appl. Phys. Lett. 2006. 89, 012503.

9. Gantis A., Calamiotou M., Palles D. [et al.] // Phys. Rev. 2003. B 68, 064502.

10. Müller K. H., Andrikidis C., Liu H. K. [et al.] // Phys. Rev. 1994. B 50, 10218.

11. Y. Yeshurun, A.P. Malozemoff A. Shaulov, Rev. Mod. Phys. 1996. 68, 911.

12. Малоземофф А. П. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников / под ред. Д. М. Гинз-берга. М. : Мир, 1990.

13. Jung J., Mohamed M. A-K., Isaac I. [et al.] // Phys. Rev. 1994. B 49, 12188.

14. Горьков Л. П., Копнин Н. Б. // УФН. 1988. 156, 117.

15. Laibalestier D., Gurevich A., Feldmann D. M. [et al.] // Nature. 2001. 414, 368.

V V. Khrapunova, Yu. S. Gokhfeld, M. I. Petrov PINNING ENHANCEMENT IN Y1 XREXBA2CU3O7 0 SUPERCONDUCTORS

1-X X 2 3 7-0

The intragrain pinning in high-Tc superconductor compounds Y REBa2Cu3O7 s with low concentration of RE (La, Ce, Pr) was investigated. Magnetic and transport measurements reveal that the pinning is maximal for the concentration of RE such that the average distance between the impurity ions are close to the diameter ofAbrikosov's vortices in YBCO.

Keywords: high-temperature superconductors, pinning potential, transport properties, magnetic properties.

©Храпунова В. В., Гохфельд Ю. С., ПетровМ. И., 2010