Нерівноважні ефекти та механізми резистивного стану масивних і тонкоплівкових надпровідників
О. Г. Сиваков (кер. групи), А. С. Похила, О. Є. Колінько, С. А. Круглов
Низькотемпературна скануюча лазерна мікроскопія надпровідників
Ми розробили метод низькотемпературної скануючої лазерної мікроскопії для дослідження просторових характеристик масивних надпровідників, тонких плівок та надпровідних пристроїв. Ми використали низькотемпературну скануючу лазерну мікроскопію для візуалізації ліній проковзування фази в широких надпровідних плівках. [1]
Утворення ліній проковзування фази в однорідній смужці олова завширшки 30 мкм під час послідовного збільшення транспортного струму від (a) до (d). Образи (a), (b) і (c) отримані при струмах, що відповідають першій, другій та третій сходинці на ВАХ. Образ (d) отримано у зоні великих струмів.
НТСЛМ дослідження тонких плівок ВТНП
Рис.1 Напівтонова мапа відгуку по dc-напрузі полікристалічної плівки YBCO з перколяційним протіканням струму по лабіринту слабких зв’язків між гранулами при T < Tc. Стрілкою вказано напрям протікання струму.
Рис.2 ЛСМ-образ розміром 250х250мкм резистивної ділянки фрагмента ВТСП-стрічки на постійному транспортному струмі 140мА при Т = 88.7К: а) на краю зразка є штучний лінійний дефект (тріщина), b) другий лазерний промінь створює додаткову неоднорідність. Пунктирна лінія позначає границі зразка завширшки 200мкм.
Осциляції критичного надпровідного струму у двозв’язаній плівці олова у присутності зовнішнього перпендикулярного магнітного поля
Ми провели експериментальні та теоретичні дослідження осциляцій критичного струму у двозв’язаній плівці олова у зовнішньому магнітному полі. Експерименти було проведено на зразках, що складаються з двох широких електродів, які з’єднані між собою вузькими каналами. Довжина каналів l задовольняла умові l >> ξ (ξ — довжина когерентності Гінзбурга—Ландау). При температурі, близької до критичної температури Tc , залежність критичного струму Ic від середнього зовнішнього магнітного потоку Φe має вигляд кусково-лінійної функції, що періодична по відношенню до кванта магнітного потоку Φ0.. Амплітуда осциляцій Ic при заданій температурі пропорційна фактору ξ/l. Більш того, залежність Ic = Ic(Φe) виявилася багатозначною, що вказує на наявність метастабільних станів. Ґрунтуючись на апроксимації Гінзбурга—Ландау, створено теорію, яка пояснила зазначені вище особливості осциляційоного ефекту для цілком симетричної системи. Окрім того, експериментально винайдено ефекти, пов’язані з неоднаковістю критичних струмів надпровідних каналів, а саме, зсув максимуму залежності Ic = Ic(Φe), спричиненого асиметрією відносно напрямку транспортного струму. [3] pdf
Просторова характеризація крайового бар’єру в широких надпровідних плівках
Візуалізовано критичний та резистивний стани надпровідної плівки за допомогою просторово-роздільного методу низькотемпературної лазерної скануючої мікроскопії (НТЛСМ), що дозволило виявити області на краях плівки, які визначають критичний струм. На підставі цих спостережень вироблено просту методику дослідження критичного стану плівки на кожному краю окремо, а також оцінки залишкових магнітних полів в кріостаті. Пропонована методика не вимагає застосування складної техніки НТЛСМ, а лише запису вольт-амперних характеристик плівки в слабкому магнітному полі. [4] pdf
Візуалізація резистивного стану широкої надпровідної плівки олова в нульовому магнітному полі за допомогою НТЛСМ. Тривимірна карта вольтової реакції δV («гірський ландшафт») прямокутної робочої частини зразка при транспортному струмі (a) I ≈ Ic, I > Ic та (b) I >> Ic. Ширина області сканування w = 30мкм, довжина L = 100мкм. Стрілки вказують напрямок транспортного струму (I) та вибрані ділянки (S) для одновимірних розподілів реакції по плівці (d), (e). Продемонстровано конфігурацію зразка плівки (c) зі струмопідводами та потенціалпідводами; пунктирна лінія обмежує зону сканування.
Сенсор для вимірювання теплових характеристик поодиноких бульбашок під час кипіння рідкого гелію
Ми пропонуємо експериментальний метод дослідження динаміки утворення та розвитку поодинокої парової бульбашки в кріогенній рідині шляхом вимірювання зміни температури надпровідного тонкоплівкового мікромістка, який знаходиться в резистивному стані з одним центром або лінією проковзування фази. Він слугує як джерелом тепла для генерування поодиноких бульбашок, так і сенсором температури поверхні завдяки його надлишковому струму, що залежить від температури. Експериментально визначено середню швидкість відриву бульбашки та середній об’єм окремої бульбашки для бульбашкового кипіння гелію. Отримані значення добре узгоджуються з даними інших авторів, знайденими в літературі. [5] pdf
Рис.1 Еволюція бульбашок: постійна напруга на мікромості залежно від часу для кількох коливань при фіксованому струмі 7мА. Пронумеровані точки позначають різні стадії розвитку бульбашок пари на поверхні датчика. На вставці показано схематичну діаграму еволюції бульбашок пари.
Рис.2 Різна орієнтація підкладки: постійна напруга на містку в залежності від часу для вертикальної (крива 1, струм 34.95мА) та горизонтальної (тонкоплівкова сторона детектора вниз) (крива 2, струм 32.9мА) орієнтації підкладки.
Вивчення руйнування надпровідності у широких плівках
На основі аналізу вольт-амперних характеристик та візуалізації резистивного стану тонкоплівкових смужок олова за допомогою низькотемпературної лазерної скануючої мікроскопії (НТЛСМ) досліджено процес руйнування надпровідності струмом та мікрохвильовим опроміненням з утворенням і просторовою перебудовою ліній проковзування фази параметра порядку (ЛПФ) та їх перетворення в дискретні локалізовані нормальні області. Розглянуто перспективи НТЛСМ з точки зору дослідження високочастотних властивостей надпровідних структур і просторових характеристик у докритичному стані для інструментальних застосувань. [6] arXiv
Збільшення кількості ЛПФ у тонкоплівковій смузці зі збільшенням струму та поширенням нормальної області. Температура становить 3.64K, а значення струму (в мА) для послідовних сканувань: 0.53 (1), 0.56 (2), 0.58 (3), 0.63 (4), 0.65 (5), 0.68 (6). Модуляція частоти променя становить 17.5кГц. Сірошкальні карти показують характеристику змінної напруги НТЛСМ. Найяскравіші області відповідають максимальній напрузі, а найтемніші — мінімальній (2мкВ) (0мкВ).
Джозефсонівські властивості довгого надпровідного біметалевого містка
Покриття вузької надпровідної олов’яної смужки тонкою плівкою нормального металу (алюмінію) змінює властивості її резистивного стану, що визначається індукованим струмом ЦПФ або ЛПФ. Отриманий довгий біметалевий місток, що містить ЦПФ, демонструє яскраву поведінку Джозефсона, що характеризується великим масивом цілочисельних сходинок Шапіро, ширина яких коливається з амплітудою мікрохвильового поля, та відсутністю субгармонічних дробових сходинок. Це атрибути неасимметричного квазісинусоїдального співвідношення струм-фаза. Крім того, місток не демонструє гістерезису в кривих I–V, на відміну від широких олов'яних смужок та дисипативних наномостів. Ця проста одностадійна процедура виготовлення забезпечує слабку біметалеву ланку для побудови пристроїв на основі ефекту Джозефсона, таких як СКВІДи постійного та радіочастотного струму, що робить його дуже корисним для низькобюджетних проектів.
Додаткові дрібномасштабні коливання, експериментально спостережувані між основними піками ширини сходинки струму як функція амплітуди мікрохвильового поля на частоті 10ГГц, а також відсутність першої сходинки на частоті 20 ГГц, можуть бути пов’язані з конкуруючими 2π- та 4π-періодичними процесами, спричиненими переходами Ландау—Зінера між станами Андрєєва. [7]
Рис.1 Набір кривих вольт-амперної залежності (ВАХ) біметалевого містку для різних потужностей мікрохвильового опромінення; частота опромінення становить 10ГГц. Вихідна потужність мікрохвильового випромінювання генератора вказана в дБм біля кожної кривої; «-inf» відповідає нульовій потужності. На кривій «-inf» видно три PSC. Крива «-inf» подвоєна та зміщена вбік для чіткішого огляду.
Рис.2 Набори кривих вольт-амперних залежностей (ВАХ) зі сходинками Шапіро для частоти опромінення: (a) 7, (b) 15 та (c) 20ГГц. Температура T = 3.63K, T/Tc = 0.992. На найвищій частоті присутня лише друга сходинка.