N образца
|
А/см2
|
jc max/jc0
|
nmax
|
jc max/jc min
|
nmin
|
1
|
|
2.5
|
30
|
3.6
|
10
|
2
|
|
35
|
1.8
|
20
|
3
|
|
0.48
|
15
|
1.1
|
10
|
4
|
|
4.7
|
10
|
4.7
|
0
|
5
|
|
0.9
|
20
|
1.8
|
6
|
|
0.6
|
35
|
1.1
|
15
|
7
|
|
1.2
|
30
|
1.2
|
10
|
в
1 мкм. Для всех образцов, выращенных на различных подложках, а также имеющих
различные начальные значения плотности критического тока, обнаружился эффект
возрастания Jc при определенном числе термоциклов n. nmax, при котором Jc
достигает максимального значения при возрастании, может лежать в пределах от 10
до 50 термоциклов. В таблице приведены значения Jc0, отношений Jc max/Jc0, Jc
max/Jc min, а также nmax и nmin, для пленок на подложках SrTiO3, где Jc0 -
начальное значение плотности критического тока (т.е. при n=0), а Jc max и Jc
min - значения плотности критического тока в максимуме и минимуме кривой Jc(n)
соответственно.
Рис.
1: Зависимость Jc(n) для образцов 1-7, выращенных на подложке SrTiO3 (100)
Как
видно из зависимостей Jc(n) для различных образцов (рис. 1), значение nmax не
зависит от начальнных значений Jc0, в то время как значения Jc max/Jc0 и Jc
max/Jc min проявляют сильную зависимость от Jc0. Из таблицы видно,что значения
Jc max/Jc0 и Jc max/Jc min больше для пленок с меньшими Jc0, а для пленок с
высокими Jc0 (> 106 А/см2) эффект возрастания проявляется слабо.
Рис.
2: Зависимость Jc(n) для образцов 1-7, выращенных на подложке LaAlO3 (100)
Хотя
эффект возрастания Jc наблюдается для пленок на всех трех видах подложек, тем
не менее, видны некоторые отличия зависимости Jc(n). Так, например, для образца
6 на подложке из LaAlO3 наблюдается второй максимум (рис. 2), а образцы на
сапфировых подложках имеют наибольшие значения Jc max/Jc min (для образца 2 на
рис. 3 Jc max/Jc min=4.77).
Рис.
3: Зависимость Jc(n) для образцов 1-3, выращенных на подложке из сапфира (100)
Как
известно, токонесущая способность YBaCuO керамик определяется свойствами
межблочных (межзеренных) границ (например, [5]). Вероятно, YBaCuO пленкам также
присуща блочная структура, при этом качество пленок будет определяться
характером межблочных границ. В пользу такого утверждения говорит большой
разброс плотностей критического тока (от 102 до 107 А/см2). К параметрам,
характеризующим свойства границ блоков, относятся: 1) угол разориентации соседних блоков в плоскости ab
[6]; 2) кислородная стехиометрия в приконтактных областях блоков [7]; 3)
вероятность сегрегации примесей на границе блоков; 4) склонность к образованию
"несобственных" или аморфных фаз на границе [8,9] и т.д. Так как
имеет место возрастание Jc, то, очевидно, следует брать во внимание те
параметры, изменения которых в процессе термоциклирования могут привести к
улучшению токонесущей способности межблочных границ. Существенное влияние на
плотность критического тока межблочной границы JcGB оказывает угол
разориентации [10-13]. В
работе [10] дается следующая зависимость:
где
jcG - плотность критического тока внутри блока, . В работах [11,12] используются несколько
отличные апроксимации, но во всех случаях jcGB быстро растет с уменьшением .
С
другой стороны, в процессе выращивания в пленках могут накапливаться
значительные механические напряжения как по причине рассогласования параметров
кристаллических решеток пленки и подложки, так и из-за относительно больших
скоростей охлаждения пленок после процесса напыления. Такие механические
напряжения могут быть локализованы на границе пленка-подложка и в приграничных
областях блоков, приводя к деформации кристаллической решетки приграничных
областей [14], причем, чем больше угол разориентации , тем больше величина упругих деформаций.
Несколько десятков последовательных термоударов вполне могут привести к
существенной релаксации механических напряжений и уменьшению величины упругих
деформаций. В таком случае вполне возможно некоторое уменьшение угла
разориентации и, как
следствие, - возрастание значения плотности критического тока.
Как
отмечалось выше, наибольшее значение величины Jc max/Jc min наблюдалось для
пленки, выращенной на сапфире. Из трех рассмотренных подложек параметры
кристаллической решетки сапфира наименее согласуются с параметрами решетки
YBaCuO пленки, что приводит к более высоким значениям механических напряжений.
Соответственно происходит более существенное изменение величины угла
разориентации .
По
результатам данных исследований можно сделать следующие выводы: 1) YBaCuO пленки,
выращенные на различных подложках при термоциклировании проявляют эффект
возрастания плотности критического тока; 2) физические параметры,
характеризующие данный эффект, коррелируют с начальными значениями плотности
критического тока; 3) не наблюдается какой-либо зависимости значений nmax и
ширины максимума на кривой Jc (n) от начальных сверхпроводящих свойств пленок,
а также от типа подложки.
Список литературы
Chin D.K., Duzer T.Van.// Appl.
Phys. Lett. 58. 1991. P.753.
Gao J., Aarnink W., Gerritsma G.J., Veldhuis D., Rogalla H.// IEEE
Trans. Magn. 27. 1991. P.3062.
Braginski A.I.// Phisica C. 185-189. 1991. P.391.
Югай
К.Н., Скутин А.А., Серопян Г.М. и др. // СФХТ. 1994. Т.7, N.6. С.1026.
Мейлихов
Е.З. // УФН. 1993. 163. С.27.
Dimos D., Chaudhari P., Mannhart J., LeGoues F.K.// Phys. Rev. Lett.
1988. 61. P.219.
Zhu Y., Zhang H. et al. Preprint. 1992.
Zandbergen H.W., Gronsky R., Thomas G.// Microsc J. and Spectrosc
Electron. 1988. 13. P.307.
Zandbergen H.W., Gronsky R., Tendeloo G.Van.// J. Supercond. 1989.
2. P.337.
Cai. Z.X., Welch D.O.// Phys. Rev. B. 1992. 45. P.2385.
Rhyner J., Blatter G.// Phys. Rev. B. 1989. 40. P.829.
Matsushita T., Ni B., Yamafuji K.// Cryogenics. 1989. 29. P.384.
Mannhart J.// J. Supercond. 1990. 3. P.281.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.omsu.omskreg.ru/