Supravodič so silnou väzbou YB6
Autori: J. Girovský, P. Szabó, P. Samuely (Centrum fyziky nízkych teplôt , ÚEF SAV & PF UPJŠ Košice) Takao Mori (Advanced Materials Laboratory, National Institute for Materials Science,
Tsukuba, Japan)
Supravodič so silnou väzbou
1. Úvod 2. Vlastnosti 3. Mikrokontaktová spektroskopia 4. Teplotná závislosť supravodičov 5. Správanie v magnetickom poli 6. Fonóny 7. Záver
Supravodič so silnou väzbou
Motivácia:
MgB2 Tc ~ 40 K, dvojmedzerová supravodivosť*
YB6 druhá najvyššia Tc ~ 7.5 K ZrB12 Tc ~ 6 K Ostatné boridy majú Tc okolo 1 K alebo nižšie
* P. Szabó et al., Evidence for two superconducting energy gaps in MgB2 by point-contact
spectroscopy, Phys. Rev. Lett. 87 (2001), 137005.
Vlastnosti YB6: bcc štruktúra typu CaB6
výrazné kmity iónov Ytria v bórových klietkach MK a tunelové merania - protirečivé výsledky o sile supravodivej väzby R. Lortz et al.,, PRB 73, 024512 (2006) merania merného tepla: 2∆/kBTC = 4.2
indikácie – dominantný fonónový mód v supravodivosti ~ 8 meV
aB-B = 301 nm
Supravodič so silnou väzbou
Typy väzby v supravodičoch:
Slabá väzba vs. Silná väzba
CBTk52.32 CBTk42
*0N V 1V0N
)0/1(c
N2 Ve
c
0 22N)'E('E
'dE'E)'E,E(V)'E(21)E(
- hustota stavov okolo Fermiho plochy - interakčný potenciál - interakcia cez „mediátor“ s uvážením elektrón-fonónovej interakcie - Efektívny Coulombovský potenciál
0NV*
Mikrokontaktová spektroskopia (MKS):
Balistický režim l >> d
Elektróny s definovanou energiou eV(elektrónové delo)
Mikrokontakt je kontakt
malých rozmerov
(rádovo cca 10 nm)
d
eV
eV
eV
pF
Elastická MKS: Priame štúdium energetickej medzery v supravodičoch cez Andrejevovskú reflexiu
meraním I – V charakteristík na rozhraní kov- supravodič
-3 -2 -1 0 1 2 3
1
2
Voltage (mV)
NS /
NN
Andrejevovská reflekcia: Model BTK (Blonder, Tinkham, Klapwijk)*:
∆ - en. medzera, z – sila bariéry, Γ – parameter en. rozmazania
z = 0 Andrejevovská reflekcia
z > 5 Giaverovské tunelovanie
-15 -10 -5 0 5 10 150
1
2
32
BTK theory T = 4.2 K = 7 meV
Napätie (mV)N
orm
aliz
ovan
á vo
divo
st�
Z = 0 Z = 0.4 Z = 0.8 Z = 10
dEEBEA+1EfeV-Efc=I NS
A – pravdepodobnosť Andrejevovskej reflekcieB – pravdepodobnosť normálnej reflekcief - Fermiho distribučná funkcia
* G. Blonder et al., PRB 25, 4515 (1982)
VýsledkyTeplotná závislosť energetickej medzery YB6:
0 1 2 3 4 5 6 7 80.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4 BCS teória Fit
TC=7.4K
=1.35 meV
2/kBTC ~ 4.2
(m
eV)
Teplota (K)-4 -2 0 2 40.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4 experiment fit
T = 1.6 K 3 4.2 5 6 6.5 7 7.5
Norm
aliz
ovan
á vo
divo
st�
Napätie (mV)
Vzorová teplotná závislosť MKS 2∆0/kBTC ~ 4.2Supravodivosť so silnou väzbou
MKS v magnetickom poliMeissnerov jav:
Zmiešaný stav BTK model (MS BTK):
zmiešaný stav – VORTEXY – normálny stav N Prúd je zredukovaný faktorom (1-N) )1(/ NNdVdI
Y.Bugoslavsky et al., cond-mat/0502153 (2005)
VýsledkyPoľová závislosť YB6: T=4.2 K
0.0 0.1 0.2 0.3 0.40.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Magnetické pole (T)
0.0 0.1 0.2 0.30.0
0.4
0.8
1.2 T = 1.5 K T = 4.2 K
2 (H)
Magnetické pole (T)
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 100.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
fit BCS H = 0 T H = 0.02 T H = 0.04 T H = 0.06 T H = 0.08 T H = 0.1 T H = 0.12 T H = 0.14 T
Nor
mal
izov
aná
vodi
vost
Napätie (mV)
* K. Maki, Physics 1 (1964) 21
Supravodič so silnou väzbou
-40 -20 0 20 40
0.9
1.0
1.1
YB6 - PtT = 4.2 K
dV/d
I
Voltage (mV)
Neelestatická MKS:Pt YB66e
efonón
N-Ssi(silná väzba) – v spektre d2V/dI2(eV) sa intenzita fonónov sprostredkujúcich supravodivosť zvyšuje v supravodivom stave (T<Tc, H< Hc2) a ich polohy sú posunuté k vyšším hodnotám energie kvôli väzbe cez energetickú medzeru ∆(T,H)
Normálny kov:
neelastický elektrón-fonónový rozptyl =>nelineárne I-V, d2V/dI2(eV) ~ 2F(eV) =>maximá pri eVph of N
Výsledné spektrum EFI je súčtom EFI od jednotlivých materiálov EFI = EFI1+EFI2
*I. K. Yanson, Sov. Phys. – JETP 39 (1974) 506
5 10 15 20 25 300
400
800
1200
d2 V/dI2
Voltage (mV)
Normálny stav, H = 0.4 T
YB6 - PtT = 4.2 K
Pt - EPI spektrum
Pt EFI maximá pri 14 mV a 22 mVSS ~ 8.5 mV
5 10 15 20 25 300
400
800
1200
H = 0.1 T
d2 V/dI2
Voltage (mV)
Normálny stav, H = 0.4 T
YB6 - PtT = 4.2 K
Pt - EPI spektrum
5 10 15 20 25 300
400
800
1200
H = 0 T
H = 0.1 T
d2 V/dI2
Voltage (mV)
Normálny stav, H = 0.4 T
YB6 - PtT = 4.2 K
Pt - EPI spektrum
NS ~ 7.5 mV
Spektrum EFI Pt-YB6
7.5
8.0
8.5
9.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
(H
) T =
4.2
K
Magnetické pole (T)
Pol
oha
fonó
nové
ho m
axim
a (m
eV)
YB6 - supravodič so silnou väzbou 2∆0/kBTC ~ 4.2
- dominantný fonónový mód pri ~ 7.5 meV sprostredkujúci
supravodivosť
Zhrnutie
Ďakujem za pozornosť