Строительные исследования
страница - 0
Аномалии в теплоёмкости 90-градусных сверхпроводников системы УБа2СизО 6+x в области
нормального состояния
Наумов В.Н. (naumov@casper.che.nsk.su), Фролова Г.И., Ногтева В.В., Аникеева О.Б.
Институт Неорганической Химии СО РАН
АННОТАЦИЯ
Температурная зависимость теплоемкости образцов 90-градусной фазы YBa2Cu3O6+x с x=0.85, 0.90 и 0.95 была исследована выше Tc. Для разделения теплоемкости на регулярные и аномальные вклады была использована специальная техника. Для всех образцов обнаружены аномалии в интервалах 100-200 К (Tlow), 205-230 К (Tm) и 260-290 К (Th). Обнаружено температурное "эхо" от сверхпроводящего фазового перехода при T ~ 3Tc. Это "эхо" связано с аномалией (Th), которая обуславливается зарождением сверхпроводимости и, как мы полагаем, отмечает возникновение спаренных носителей заряда без фазовой когерентности. Аномалию (Tm) мы связываем с точкой Нееля в магнитной подсистеме, антиферромагнетизм которой сосуществует со сверхпроводимостью. Зависимость энтропии Sh от x указывает, что Th - процесс существует, по-видимому, только в рамках 90-градусной фазы. Кривые Sm(x) и Sh(x) пересекаются при оптимальных значениях х (~ 0.9). Обнаруженные аномалии отмечают новые линии на фазовой диаграмме соединений YBa2Cu3O6+x.
I ВВЕДЕНИЕ
Во многих свойствах сверхпроводящих соединений YBa2Cu3O6+x (x > 0.4) помимо аномалий, обусловленных сверхпроводящим фазовым переходом при температуре Tc, наблюдаются аномалии в области нормального состояния при T > Tc (например, [1-5]). Приведенные примеры являются скорее случайной выборкой из большего списка статей, в которых наблюдаются разного рода особенности в области нормального состояния сверхпроводников YBa2Cu3O6+x. Не представляется возможным охватить весь список публикаций, где наблюдаются подобного рода особенности, однако, их наличие сейчас не вызывает сомнения. Среди них можно выделить аномалии и особенности двух типов: особенности, которые не характеризуют критического изменения в исследуемом объекте (т. е. не отражают явления, связанные с фазовым переходом) и особенности, которые являются прямыми или косвенными свидетельствами фазового перехода. Аномалии в теплоемкости - это, за исключением известных случаев (эффектов типа Шоттки), прямое свидетельство явления, связанного с фазовым переходом.
Наблюдение устойчиво проявляющихся в теплоемкости аномалий и сопутствующих особенностей в других физических свойствах YBa2Cu3O6+x в области нормального состояния вызывает вопросы: к какой из подсистем сверхпроводника - к решеточной, магнитной или электронной - они относятся, какие процессы они отмечают. Ожидаемые процессы могут быть обусловлены появлением некогерентных спаренных носителей
заряда [6], открыванием псевдощели в спектре спиновых возбуждений [7], проявлением волн зарядовой плотности [8], или другими явлениями [9-11]. Для выяснения этих вопросов представляются актуальными исследования теплоемкости YBaO в области нормального состояния.
В данной работе мы анализируем прецизионные экспериментальные данные о теплоемкости трех образцов сверхпроводящей керамики YBa2Cu3O6+x (x=0.85, 0.90 и 0.95), которые относятся к 90-градусной фазе (температура сверхпроводящего фазового перехода ~ 92 К). Для анализа используется специальная техника, в основе которой лежит высокотемпературное разложение теплоемкости [12-14]. Наше исследование показало, что для всех образцов в интервале температур 100-320 К наблюдаются три аномалии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что обнаруженные аномалии в теплоемкости выше Тс отражают характерные свойства YBa2Cu3O6+x-системы, и не могут рассматриваться как проявление несовершенства индивидуального образца.
II ВЫДЕЛЕНИЕ АНОМАЛИЙ
Измерения теплоемкости Cp(T) образцов YBa2Cu3O6+x были выполнены адиабатическим методом в интервале от гелиевых до комнатных температур. Использовались экспериментальные данные, полученные нами для x=0.85 и x=0.95 и данные, представленные в работе [15] для x=0.90. Характеристики образцов и детали эксперимента приведены в работах [16, 17].
При анализе экспериментальной теплоемкости Cp(T) мы полагали, что в температурной области выше Tc она может быть представлена выражением:
Cp(T) = Cv(T) + yT + RA(T/T0-1)a + 5C(T),(1)
где R - универсальная газовая постоянная. В выражении (1) слагаемое Cv(T) описывает гармоническую решеточную часть; слагаемое yT состоит из двух компонент - линейной электронной и линейной ангармонической; слагаемое вида RA(T/T0-1)a используется для аппроксимации низкотемпературного крыла аномалии, которая устойчиво наблюдается при температурах Т > 250 К в системе YBa2Cu3O6+x и связывается с изменением структуры кислородной подсистемы в плоскости цепочек CuO.j [16-19]; слагаемое 8C(T) описывает аномальную часть теплоемкости, (если она есть). Гармоническая решеточная часть Cv(T) с помощью метода эффективной суммы, основанного на высокотемпературном разложении теплоемкости [12-14], представляется известной функцией температуры с тремя параметрами 02, 04 и 0*, которые соответствуют второму моменту фононной плотности состояний, четвертому моменту и эффективному моменту, характеризующему верхнюю границу фононного спектра. Для каждого из исследуемых образцов численные значения параметров 02, 04, 0* и y (входящие в выражение (1)) были определены с использованием метода наименьших квадратов в интервале температур 100250 К. Затем два первых слагаемых были вычислены и вычтены из экспериментальной теплоемкости Cp(T) выше 100 К. Параметры A, a и T0 были определены аппроксимацией остатка выражением RA(T/T0-1)a в интервале температур выше 250 К (подробнее см. [1618]). Определив таким образом параметры, входящие в выражение (1), мы рассчитали слагаемые Cv(T), yT и RA(T/T0-1)a в интервале температур 100-350 К. Отметим, что эти слагаемые описываются неколеблющимися гладкими функциями. Для образца x=0.85 при 200 К второе слагаемое yT составляет менее 2% от общей теплоемкости, третье слагаемое RA(T/T0-1)a не превышает ~1.5% от общей теплоемкости. Для остальных образцов порядки величин такие же. Согласно представлению (1), аномальные вклады 8C(T) в
теплоемкость исследуемых образцов могут быть получены вычитанием гладких вкладов Cv(T), yT и RA(T/T0-1)a из экспериментальной теплоемкости.
Рис. 1 Аномалии Tlow, Tm и Th в теплоемкости образца YBa2Cu3O6.85.
100150200250300
т, к
Рис. 2 Аномалии Tlow, Tm и Th в теплоемкости образца YBa2Cu3O6.90.
В температурном интервале выше Tc было выполнено вычитание гладких вкладов (Cv(T), yT и RA(T/T0-1)a) из экспериментальной теплоемкости. В результате обнаружились аномалии в температурных интервалах 110-200 К (Tlow), 205-230 К (Tm) и 260-290 К (Th).
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3]