Физика / 2. Физика твердого тела

Melnichuk I.A., Mikhailov V.I., Kapshukov R.A., Yakovlev D.A.

Donetsk National University, Ukraine

Formation of a barrier for magnetic flux penetration into a HTSC by local cooling

Possibilities for formation of dividing boundaries between superconducting and normal phases in HTSC by a nonuniform oxygen loss by a sample or its local cooling during a pulsed heating in vacuum are tested. The heating modes providing a partial loss of weakly bound oxygen by a sample have been obtained. A possibility of formation for the said boundary by means of local cooling has been demonstrated.

Локальная обработка (облучение электронами, ионами, импульсное лазерное облучение) поверхности ВТСП YBa₂Cu₃O₇ может быть использована для формирования барьеров проникновения магнитного поля в материал [1,2]. Тот факт, что изменение содержания в YBa₂Cu₃O₇ слабосвязанного кислорода приводит к потере сверхпроводящих свойств, испытан здесь как способ локального изменения свойств данного материала. Исследована возможность целенаправленного формирования потенциального рельефа на поверхности массивных и пленочных образцов высокотемпературного сверхпроводника посредством вакуумного отжига. Предполагалось, что неоднородное маскирование поверхности ВТСП обеспечит ограничение потока кислорода, покидающего образец при его нагреве в вакуумной камере. Для исключения возможного влияния химического взаимодействия ВТСП с нанесенным материалом маски, в качестве последнего использовали серебро. Кроме того, для предварительных оценок режимов тепловой обработки было проведено моделирование перераспределения слабосвязанного кислорода. Расчеты проведены в одномерном случае, с учетом зависимости коэффициента диффузии кислорода от температуры и концентрации. Эксперименты проведены на массивных образцах ВТСП керамик, толщиной 0,5- 3 мм, а также пленках толщиной 30 - 50 мкм на подлжках Y₂BaCuO₅. Моделирование показало возможность формирования неоднородного профиля слабосвязанного кислорода в таблетке ВТСП, повторяющего контур использованной маски. На рисунке 1 – область, сохранившая слабо связанный кислород в процессе тепловой обработки; 2 – область, обедненная слабосвязанным кислородом вследствие диффузии при нагреве, 3 – маска, ограничивающая выход кислорода в вакуум.

Поскольку литературные данные по коэффициенту диффузии кислорода в ВТСП имели значительный разброс, проводился экспериментальный подбор режима импульсного нагрева образца с тем, чтобы обеспечить переход в несверхпроводящее состояние лишь часть его объема. Роль маскирования в этом случае должна была обеспечить необходимую для реализации способа [3] конфигурацию сверхпроводящей области. Формирование неоднородных условий для десорбции кислорода с поверхности образцов проводилось нанесением слоев серебра толщиной от 0,08 до 0,2 мкм через маску специальной конфигурации.

Контроль влияния термической обработки производился по зависимости диамагнитного отклика ВТСП - образцов от величины и направления внешнего магнитного поля. На рис. 2. приведены зависимости изменения частоты автогенератора от внешнего поля Н (увеличение величины Н) для неотожженного (1) и подвергнутого отжигу (2) образцов. Видно, что в процессе отжига достигалось значительное уменьшение диамагнитного отклика образца, что свидетельствует об уменьшении объема сверхпроводящей фазы образца без полного исчезновения его сверхпроводящих свойств.

Исследования угловых зависимостей воспримчивости отожженных образцов показали отсутствие наведенной анизотропии, которая позволяет выявлять неоднородные повреждения поверхности ВТСП [1-3]. Анализ результата, проведенный с учетом соотношения толщин сверхпроводящей пленки и покрывающего слоя, характерных размеров маски, позволяет заключить, что либо (а) использованные покрывающие слои серебра не являются эффективными барьерами для выхода в вакуум слабосвязанного кислорода, либо (б) создание специфического профиля кислорода в образце вследствие диффузии не означает связь этого профиля с профилем границы сверхпроводящей фазы. Случай (а) проверялся с использованием массивных масок. Установлено, что и массивные маски не позволили сформировать области с нужными свойствами. Т.о. при импульсном нагреве ВТСП нужный профиль сверхпроводящей фазы следует задавать не диффузионным профилем кислорода, а профилем температуры, который может позволить необходимую конфигурацию СП фазы. Проверка способа проводилась при однородном нагреве с использованием локального охлаждения области анизотропной. Угловая зависимость обработанного таким образом образца приведена на рис. 3. Наличие экстремумов в нужных местах (вертикальные стрелки) показывает наличие ожидаемой наведенной анизотропии.

1. I. A. Melnichuk, V. I. Mikhaylov, A. V. Vasyliev // Trends in Magnetism (EASTMAG-2001) : Euro-Asian Symp., 27 Feb. — 2 Mar. 2001 : Abstr. book / Inst. of Metal Physics of the Ural Division of the RAS, Ekaterinburg, Russia. — Ekaterinburg, 2001. — P. 14.

2. I. A. Melnichuk, A. V. Vasyliev, S. A. Gulii // Functional Materials (ICFM-2009) : Intern. Conf., 5—10 Oct. 2009 : Abstr. / Partenit, Crimea, Ukraine. — Partenit, 2009. — P. 69.

3. Мельничук І. О., Васильєв О. В, Міхайлов В. І. // Патент України 74239. – Заяв. 06.08.03, № 2003087429,. – Опубл. 15.11.05, бюл. № 11.