Статья
Концепция эффективного поля в межгранульной среде гранулярного ВТСП: описание гистерезиса магнитосопротивления
Д. А. Балаев
Институт физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, ул. Академгородок, 50/38, 660036, Красноярск, Россия
e-mail: dabalaev@iph.krasn.ru
С. В. Семенов
Институт физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, ул. Академгородок, 50/38, 660036, Красноярск, Россия
М. И. Петров
Институт физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, ул. Академгородок, 50/38, 660036, Красноярск, Россия
Д. М. Гохфельд
Институт физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, ул. Академгородок, 50/38, 660036, Красноярск, Россия
УДК 538.945
Аннотация
Представлен краткий обзор работ, посвященных исследованию причин гистерезиса магнитосопротивления R(H), наблюдаемого на гранулярных высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП). Используется набор экспериментальных данных, полученных на поликристаллическом образце YBa2Cu3O7–δ, обладающего типичными для этого класса материалов транспортными и магнитными характеристиками в сверхпроводящем состоянии. На основании данных о характере уширения резистивного перехода во внешнем поле и виде зависимостей R(H) обосновано наличие двух сверхпроводящих подсистем в гранулярных ВТСП, а именно: ВТСП гранул и межгранульных границ (переходы джозефсоновского типа). Даются предпосылки использования модели поведения гранулярного ВТСП во внешнем поле, в которой магнитные моменты сверхпроводящих гранул влияют на эффективное поле в межгранульной среде. Наблюдаемый гистерезис магнитосопротивления R(H) вызван необратимым поведением намагниченности гранул. В межгранульной среде происходит сжатие магнитного потока, в результате чего эффективное поле в области межгранульных границ может на порядок превышать внешнее поле. Анализ поведения параметра, характеризующего сжатие магнитного потока в межгранульной среде, позволяет практически полностью описать гистерезис магнитосопротивления для различной магнитной предыстории.
Ключевые слова: ВТСП; межгранульные границы; джозефсоновские контакты; эффективное поле; магнитосопротивление.
Литература
[1] D.V. Semenok, A.V. Sadakov, Di Zhou, O.A. Sobolevskiy, S. Luther, T. Helm, V.M. Pudalov, I.A. Troyan, V.V. Struzhkin, Materials Today Physics 49, 101595 (2024). DOI: 10.1016/j.mtphys.2024.101595
[2] D.V. Semenok, I.A. Troyan, A.V. Sadakov, Di Zhou, M. Galasso, A.G. Kvashnin, A.G. Ivanova, I.A. Kruglov, A.A. Bykov, K.Y. Terent’ev, A.V. Cherepakhin, O.A. Sobolevskiy, K.S. Pervakov, A.Yu. Seregin, T.Helm, T. Förster, A.D. Grockowiak, S.W. Tozer,Y. Nakamoto, K. Shimizu, V.M. Pudalov, I.S. Lyubutin, A.R. Oganov, Advanced Materials 34, 2204038 (2022). DOI: 10.1002/adma.202204038
[3] P.W. Anderson, Phys. Rev. Lett. 9, 309 (1962). DOI: 10.1103/PhysRevLett.9.309
[4] J. Barden, M.J. Stephen, Phys. Rev. 140, A1197 (1965). DOI: 10.1103/PhysRev.140.A1197
[5] Y.B. Kim, C.F. Hempstead, A.R. Strnad, Phys. Rev. B 139, A1163 (1965). DOI: 10.1103/PhysRev.139.A1163
[6] T.T.M. Palstra, B. Batlogg, R.B. van Dover, L.F. Schneemeyer, J.V. Waszczak, Phys. Rev. B 41, 6621 (1990). DOI: 10.1103/PhysRevB.41.6621
[7] G. Blatter, M.V. Feigel’man, V.B. Gekshkebein, A.I. Larkin, V.M. Vinokur, Rev. Mod. Phys. 66, 1125 (1994). DOI: 10.1103/RevModPhys.66.1125
[8] E. H. Brandt, Rep. Prog. Phys. 58, 1465 (1995). DOI: 10.1088/0034-4885/58/11/003
[9] W.-K. Kwok, U. Welp, A. Glatz, A.E. Koshelev, K.J. Kihlstrom, G.W. Crabtree, Rep. Prog. Phys. 79, 116501 (2016). DOI: 10.1088/0034-4885/79/11/116501
[10] А. Кемпбел, Дж. Иветс, Критические токи в сверхпроводниках. Москва: Мир, 1975.
[11] Д. Сан-Жан, Г. Сарма, Е. Томас, Сверхпроводимость второго рода, Москва: Мир, 1970.
[12] C.A.M. dos Santos, M.S. da Luz, B. Ferreira, A.J.S. Machado, Physica C 391, 345 (2003). DOI: 10.1016/S0921-4534(03)00963-8
[13] D.A. Cardwell, Mater. Sci. Eng. B 53, 1 (1998). DOI: 10.1016/S0921-5107(97)00293-6
[14] D.W. Hazelton, V. Selvamanickam, Proceedings of the IEEE 97, 1831 (2009). DOI: 10.1109/JPROC.2009.2030239
[15] S. Lee, V. Petrykin, A. Molodyk, S. Samoilenkov, A. Kaul, A. Vavilov, V. Vysotsky, S. Fetisov, Supercond. Sci. Technol. 27, 044022 (2014). DOI: 10.1088/0953-2048/27/4/044022
[16] Н.Н. Балашов, Е.А. Головкова, П.Н. Дегтяренко, Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования 7, 30 (2025). DOI: 10.62539/2949-5644-2025-7-2-30-39
[17] О.А. Ковальчук, Г.В. Муравьев, В.И. Никишкин, В.С. Овсянников, И.Ю. Родин, Д.Б. Степанов, М.В. Дубинин, А.В. Кащеев, В.Е. Сытников, Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования 2, 14 (2024). DOI: 10.62539/2949-5644-2024-0-2-14-30
[18] В.В. Зубко, С.Ю. Занегин, С.С. Фетисов, В.С. Высоцкий, А.А. Носов, Э.С. Отабе, Т. Акасака, Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования 1, 53 (2024). DOI:
10.62539/2949-5644-2024-0-1-53-62
[19] Д.А. Абин, И.А. Руднев, М.А. Осипов, Р.Г. Батулин, Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования 1, 22 (2023). DOI: 10.62539/2949-5644-2023-0-1-22-30
[20] D. Daghero, P. Mazzetti, A. Stepanescu, P. Tura, Phys. Rev. B 66, 11478 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevB.66.184514.
[21] Н.Д. Кузьмичёв, ФТТ 43, 1934 (2001). DOI: 10.1134/1.1417171
[22] Н.Д. Кузьмичев, Письма ЖЭТФ 74, 291 (2001). DOI: 10.1134/1.1417162
[23] P. Mune, F.C. Fonesca, R. Muccillo, R.F. Jardim, Phycica C 390, 363 (2003). DOI:10.1016/S0921-4534(03)00802-5
[24] L. Ji, M.S. Rzchowski, N. Anand, and M. Tinkham, Phys. Rev B 47, 470 (1993), DOI: 10.1103/PhysRevB.47.470
[25] А.А. Суханов, В.И. Омельченко, ФНТ 30, 604 (2004).
[26] В.В. Деревянко, Т.В. Сухарева, В.А. Финкель, ФТТ 48, 1374 (2006).
[27] Д.А. Балаев, Д.М. Гохфельд, А.А. Дубровский, С.И. Попков, К.А. Шайхутдинов, М.И. Петров, ЖЭТФ 132, 1340 (2007).
[28] Д.А. Балаев, А.А. Дубровский, К.А. Шайхутдинов, С.И. Попков, Д.М. Гохфельд, Ю.С. Гохфельд, М.И. Петров, ЖЭТФ 135, 271 (2009).
[29] Д.А. Балаев, А.А. Быков, С.В. Семенов, С.И. Попков, А.А. Дубровский, К.А. Шайхутдинов, М.И. Петров, ФТТ 53, 865 (2011).
[30] D.A. Balaev, S.I. Popkov, E.I. Sabitova, S.V. Semenov, K.A. Shaykhutdinov, A.V. Shabanov, M.I. Petrov, J. Appl. Phys. 110, 093918 (2011), DOI: 10.1063/1.3657775
[31] D.A. Balaev, S.V. Semenov, M.A. Pochekutov, J. Appl. Phys. 122, 123902 (2017). DOI: 10.1063/1.4986253
[32] S.V. Semenov, D.A. Balaev, Physica C 550, 19 (2018). DOI: 10.1016/j.physc.2018.04.005.
[33] S.V. Semenov, A.D. Balaev, D.A. Balaev, J. Appl. Phys. 125, 033903 (2019). DOI:10.1063/1.5066602.
[34] С.В. Семенов, Д.А. Балаев, ФТТ 62, 1008 (2020).
[35] С.В. Семенов, Д.А. Балаев, М.И. Петров, ФТТ 63, 854 (2021).
[36] А.Д. Балаев, Ю.В. Бояршинов, М.М. Карпенко, Б.П. Хрусталев. ПТЭ 3, 167 (1985).
[37] А. Бароне, Дж. Патерно, Эффект Джозефсона, Мир, М. (1984). 639 с.
[38] M. Prester, Supercond. Sci. Technol. 11, 333 (1998). DOI: 10.1088/0953-2048/11/4/002
[39] T.G. Berlincourt, Phys. Rev. 114, 969 (1959). DOI: 10.1103/PhysRev.114.969
[40] C.F. Hempstead, Y.B. Kim, Phys. Rev. Lett. 12, 145 (1963).
[41] D.A. Balaev, S.V. Semenov, D.M. Gokhfeld, J. Supercond. Nov. Magn. 34, 1067 (2021). DOI: 10.1007/s10948-021-05812-2
[42] C.P. Bean, Magnetization of high-field superconductors, Rev. Mod. Phys. 36, 31–39 (1964). DOI: 10.1103/RevModPhys.36.31
[43] Y. Yeshurun, A.P. Malozemoff, A. Shaulov, Magnetic relaxation in high-temperature superconductors, Rev. Mod. Phys. 68, 911 (1996). DOI: 10.1103/RevModPhys.68.911
[44] C. Böhmer, G. Brandstätter, H.W. Weber, The lower critical field of high-temperature superconductors, Supercond. Sci. Technol. 10 A1 (1997). DOI: 10.1088/0953-2048/10/7A/002
[45] R. Liang, P. Dosanjh, D.A. Bonn, W.N. Hardy, A. J. Berlinsky, Phys. Rev. B 50, 4212 (1994). DOI: 10.1103/PhysRevB.50.4212
[46] D.A. Balaev, S.V. Semenov, D.M. Gokhfeld, J. Supercond. Nov. Magn. 36, 1631 (2023). DOI: 10.1007/s10948-023-06608-2
[47] Д.А. Балаев, А.А. Дубровский, С.И. Попков, Д.М. Гохфельд, С.В. Семенов,, К.А. Шайхутдинов, М.И. Петров, ФТТ 54, 11 (2012).
[48] Д.А. Балаев, С.В. Семенов, М.И. Петров, ФТТ 55, 2305 (2013).
[49] Д.А. Балаев, С.В. Семенов, Д.М. Гохфельд, М.И. Петров, ЖЭТФ 165, 258 (2024).
[50] Д.А. Балаев, С.В. Семенов, Д.М. Гохфельд, М.И. Петров, ФТТ 66, 523 (2024).
[51] D.A. Balaev, S.V. Semenov, D.M. Gokhfeld, M.I. Petrov, J. Supercond. Nov. Magn. 37, 1329 (2024). DOI: 10.1007/s10948-024-06802-w
[52] G.E. Gough, M.S. Colclough, D.A. O’Connor, E. Wellhoffer, N.McN. Alford, T.W. Button, Cryogenics 31, 119 (1991). DOI: 10.1016/0011-2275(91)90257-W
[53] J. Jung, M.-K. Mohamed, S.C. Cheng, J.P. Franck. Phys. Rev. B. 42, 6181 (1990). DOI: 10.1103/PhysRevB.42.6181
[54] I. Edmondt, L.D. Firh, J. Phys: Condens. Matter. 4, 3813 (1992). DOI: 10.1088/0953-8984/4/14/012
[55] B. Andrzejewski, E. Guilmeau, C. Simon. Supercond. Sci. Technol. 14, 904 (2001). DOI: 10.1088/0953-2048/14/11/30