Магнит был установлен на испытательном стенде в LHC в начале июня и охлажден до температуры 1.8К, при этом было достигнуто проектное значение магнитного поля 8.3Тл. После увеличения поля до значения 8.6Тл сверхпроводниковый магнит перешел в нормальное состояние.
При весе около 26т и длине 15 –16м магнит имеет длину магнитного участка 14.2м при 1.9К, внутренний диаметр каждой из двух апертур - 56мм.
Июньская демонстрация стала частью из серии испытаний магнита, при которых магнит термоциклировали и исследовали качество магнитного поля и системы защиты магнита при его переходе в нормальное состояние.
CERN Courier, 1998, 38(6), p.17
Новая серия ВТСП (на этот раз с хромом)
Японские физики из National Institute for Research in Inorganic Materials
(Tsukuba, Ibaraki) синтезировали девять соединений, относящихся к новому
гомологическому ряду (Cu0.5Cr0.5)Sr2Can-1CunO2n+3+d
(n=1? 9), где n представляет собой, по сути дела, число слоев CuO2
в элементарной ячейке. Все эти соединения имеют тетрагональную структуру с
периодами a» 0.39нм и c» 0.8+0.32? (n-1)нм. Tc=81К,
103К, 71К, 65К, 32К, 10К при n=2; 3; 4; 5; 6; 7 соответственно. При n=1; 8; и 9
сверхпроводимость отсутствует. По данным электронной микроскопии высокого
разрешения кристаллографические слои (перпендикулярные оси c) чередуются
в порядке SrO-(Cu0.5Cr0.5)O-SrO-CuO2-(Ca-CuO2)n-1.
Атомы ме-ди и хрома в слоях (Cu,Cr)O распределены случайным образом (если
какое-то упорядочение и имеет место, то оно локальное и неполное). Источниками
дырочных носителей являются избыточные атомы кислорода и/или вакансии атомов
меди в слоях (Cu,Cr)O.
Транспортные измерения Hc2 в YBa2Cu3O7-x
при низких температурах
При T<<Tc величина верхнего критического
поля Hc2 в ВТСП существенно превышает максимальные значения H
постоянного магнитного поля, генерируемого современными магнитами.
Поэтому для измерения Hc2 приходится использовать импульсные
магнитные поля. Именно так была найдена величина Hcc2=(110?
135)Тл для ВТСП YBa2Cu3O7-x при T=(2 ?
4)K и параллельном кристаллографической оси с направлении магнитного
поля [1-3]. В работе [4] международного коллектива австралийских (University of
New South Wales; CSIRO), японских (University of Tokyo; International
Technology Center), американских (Los Alamos National Laboratory) и российских
(Арзамас-16) физиков было исследовано воздействие на тонкие пленки YBa2Cu3O7-x
перпендикулярного оси с магнитного поля с H~300Тл. Было
установлено, что диссипация начинается при Hab =150Тл. Это
существенно меньше оценки Habс2=670Тл, сделанной
на основании экспериментальных значений длины когерентности x в Y-123.
Следовательно, причиной нарушения сверхпроводимости является достижение
“парамагнитного предела”, а не уменьшение характерной магнитной длины ниже
масштаба x .
H.Nakagawa et al., to be published.
J.L.Smith et al., J. Low Temp. Phys.,1994, 95, p.75
J.D.Goettee et al., Physica B, 1994, 194-196, p.1805
A.S.Dzurak et al., Phys. Rev. B, 1998, 57, p.14084
Сверхпроводимость 2DEG
Эксперименты С.В.Кравченко, выполненные за границей, имели большой резонанс
в научном мире. Об этом уже неоднократно сообщал ПерсТ. Наблюдаемое
металлическое состояние двумерного электронного газа (2DEG) в кремниевом
полевом транзисторе (MOSFET) при очень низких температурах противоречило
общепринятой теории металлов, согласно которой двумерные металлы при нулевой
температуре обращаются в изоляторы.
Подробная теория наблюдаемого явления сейчас только разрабатывается, но уже можно сделать некоторые несомненные утверждения. Главное из них состоит в том, что теория ферми-жидкости не применима к достаточно разреженному 2DEG, у которого среднее расстояние между электронами велико по сравнению с боровским радиусом. В этом случае (учитывая ферми-статистику электронов) энергия кулоновского взаимодействия электронов превышает их кинетическую энергию. Подходящей для этого случая моделью является латтинжерова жидкость (Luttinger liquid), но ее применение даже к одномерным проводникам дает то согласие, то противоречие с экспериментом. Возможно, главным ее недостатком является игнорирование спина электрона, а значит, и обменного взаимодействия.
Поэтому ученые из University of Illinois at Urbana-Champaign (США) предлагают обойтись хорошо известными средствами, а не привлекать пока слабо изученные модели. Они считают, что наблюдаемый Кравченко эффект является переходом изолятор (большая доля фазы вигнеровского кристалла в неупорядоченном 2DEG)-сверхпроводник. По мнению авторов, все основания для этого имеются: прежде всего, критическое поведение от внешних магнитного и электрического полей. Хорошо известно, что магнитное поле разрушает синглетную сверхпроводимость, когда спаренные электроны имеют нулевой суммарный спин. Возможным кандидатом для спаривания электронов называется поверхностный плазмон. В отличие от своего трехмерного собрата он имеет бесщелевой спектр, т.е. существует на любой частоте. К сожалению, это остается только гипотезой, т.к. конкретные расчеты не выполнены. Заметим попутно, что на огромное влияние поверхностных плазмонов на проводимость 2DEG неоднократно указывал в своих работах В.А.Волков (ИРЭ РАН, Москва).
Nature, 1998, 395, р.253
Какова же симметрия сверхпроводящего параметра порядка в
ВТСП?
За последние несколько лет опубликовано много экспериментальных работ,
посвященных орбитальной симметрии сверхпроводящего параметра порядка D в ВТСП. Основное внимание было уделено
следующим соединениям: YBa2Cu3O7-x, Tl2Ba2CuO6+x,
Bi2Sr2CaCu2O8+x и Nd1.85Ce0.15CuO4.
При интерпретации экспериментальных данных мнения разделились. Одни эксперименты
были объяснены d-волновой симметрией D
, а другие - более "прозаичной" s-волновой симметрией.
Подробный анализ экспериментальной ситуации и причин имеющихся противоречий дан
в работе Richard'а Klemm'а (Argonne National Laboratory), которая готовится к
публикации в International Journal of Modern Physics B (и, возможно, уже опубликована
к моменту выхода в свет этого номера ПерсТ’а). R.Klemm отмечает, что все
эксперименты можно условно разделить на 3 категории: 1) измерения
термодинамических и транспортных характеристик; 2) фотоэмиссионная
спектроскопия с угловым разрешением (ARPES); 3) джозефсоновское туннелирование.
После этого он "по косточкам" разбирает каждую из этих категорий.
1. Термодинамические и транспортные характеристики
1.1. Парамагнитный эффект
Мейснера
Он наблюдается в неоднородных образцах, причем не только в ВТСП, но и,
например, в ниобии. Его причина, по-видимому, никак не связана с симметрией D .
1.2. Нелинейный эффект
Мейснера
Этот эффект должен наблюдаться в d-волновом сверхпроводнике,
поскольку наличие у D нулей на
поверхности Ферми приводит к появлению избыточной плотности квазичастичных
состояний. При направлении магнитного поля, параллельном плоскости a-b,
вращение образца вокруг оси c должно приводить к периодической
зависимости намагниченности от угла поворота с периодом p /2. Намеки на такую периодичность имелись в ранних
экспериментах. Позднее было установлено, что при низких температурах период
равен p , как и в ниобии.
1.3. Теплоемкость
При низких температурах и сильных магнитных полях удельная теплоемкость C
~ TH1/2, что говорит в пользу d-волновой симметрии.
Однако такая же зависимость C(T,H) имеет место в V3Si
(предположительно, из-за спиновых флуктуаций).
1.4. Глубина проникновения
Температурная зависимость глубины проникновения магнитного поля l ab в плоскости a-b
говорит о наличии нулей D на
поверхности Ферми, тогда как зависимость l
c(T) вдоль оси c описывается в рамках s-волновой
модели. Таким образом, вся совокупность экспериментальных данных для l ab и l c не согласуется ни с "чистой" d-волновой,
ни с "чистой" s-волновой симметрией D .
1.5. Сканирующая туннельная
микроскопия
Экспериментально обычно измеряют изменение плотности электронных
состояний на уровне Ферми при понижении температуры ниже Tc,
и это изменение объявляется сверхпроводящей щелью. Для Hg-1201 результаты
согласуются с s-волновой симметрией D
, для Tl-2201 - с d-волновой симметрией, для Y-123 и Bi-2212 - и с той,
и с другой (по данным разных авторов), причем иногда противоречивые данные
получаются даже при измерениях в различных точках одного и того же образца!
Не исключено, что за сверхпроводящую щель принимается щель, обусловленная
волной зарядовой плотности, как в 2H-TaSe2.
2. Псевдощель
При Tc<T<T* в ВТСП с пониженной концентрацией носителей наблюдается так называемая "псевдощель", обладающая, по-видимому, d-волновой симметрией.
2.1. Фотоэмиссионная
спектроскопия (ARPES)
Эксперимент свидетельствует о резкой анизотропии D на поверхности Ферми и возможном наличии у D нулей, что согласуется с d-волновой
симметрией.
2.2. Рассеяние нейтронов
Получено непосредственное доказательство формирования волны
спиновой/зарядовой плотности при T<T*. Анизотропная
псевдощель "имитирует" d-волновую сверхпроводящую щель. Таким
образом, за d-волновую сверхпроводимость могут ошибочно приниматься
эффекты, связанные с конкурирующими волнами спиновой/зарядовой плотности,
сохраняющимися вплоть до низких температур.
2.3. Аналогия с 2H-TaS2
Около 30 лет назад в литературе появилось сообщение о сверхпроводящих
флуктуациях в 2H-TaS2 (pyridine)1/2, существующих вплоть
до 30К (10Tc!). Позднее оказалось, что за сверхпроводящие
флуктуации было ошибочно принято "не полностью разрушенное состояние"
с волной зарядовой плотности. Аналогия с псевдощелью в ВТСП очевидна.
3. Джозефсоновское туннелирование
Эти эксперименты наиболее интересны, поскольку дают информацию о фазе сверхпроводящего параметра порядка, а не только о его величине, то есть щели, но они же и наиболее противоречивы.
3.1. Бикристаллические границы
зерен Y-123
Измерения критического тока между зернами различной формы и окружающей их
матрицей являются наиболее убедительным доказательством анизотропии D , но не могут быть объяснены d-волновой
симметрией D .
3.2. Контакты между Pb и Y-123
по оси c
Имеющиеся в литературе данные говорят о том, что s-волновая
компонента составляет по крайней мере 30% от D
. Какую симметрию имеют остальные 70% D
, на основании этих экспериментов сказать нельзя. Не исключено, что и d-волновую.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
