Письма в ЖЭТФ, том 101, вып. 4, с. 265-268
© 2015 г. 25 февраля
Влияние радиационных дефектов на магнитотранспортные свойства
ВТСП Ba(Fei_a;Co:EAs)2
И. С. Блохин, С. Ю. Гаврилкин, Б. П. Горшунов+*, В. А.Дравин, Е. С. Жукова+*, О. М. Иваненко, К. Айдахо 1\ С. И. Красносвободцев, Ф. Куртх 1\ К. В. Мицен2\ А. Ю. Цветков
Физический институт им. Лебедева РАН, 119991 Москва, Россия
+ Институт общей физики им. Прохорова РАН, 119991 Москва, Россия
* Московский физико-технический институт, 141700 Долгопрудный, Россия
х Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden, 01069 Dresden, Germany
° Graduate School of Engineering, Nagoya University, 464-8603 Nagoya, Japan
Поступила в редакцию 4 декабря 2014 г. После переработки 11 декабря 2014 г.
Изучено влияние облучения ионами Не+ с энергией 200 кэВ на транспортные свойства пленок железосодержащего сверхпроводника Ba^ei-sCosAs^. Выделены вклады в сопротивление и магнитосопро-тивление облученных образцов, обусловленные рассеянием на магнитных и немагнитных дефектах. Показано, что при соответствующих режимах облучения в образце генерируются в основном немагнитные дефекты. Данный результат важен в связи с использованием радиационной методики для исследования влияния дефектов на свойства железосодержащих сверхпроводников.
DOI: 10.7868/S0370274X15040074
Интерес к изучению влияния дефектов на свойства сверхпроводника обусловлен ожидаемой чувствительностью результатов подобных экспериментов к симметрии сверхпроводящего параметра порядка [1—4]. Одним из наиболее эффективных методов внесения дефектов для проведения подобных исследований является облучение сверхпроводника потоком частиц с различной энергией. Эффективность и востребованность такого метода обусловлены возможностью изучать влияние дефектов с последовательно возрастающей концентрацией на одном и том же образце.
В железосодержащих высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП), таких, например, как Ва-122, параметр порядка предположительно имеет в±-симметрию, которая, в свою очередь, предполагает различные знаки параметра порядка на электронной и дырочной поверхностях Ферми [5]. Указанный тип симметрии вытекает из предложенного механизма сверхпроводимости, согласно которому сверхпроводящее спаривание в железосодержащих ВТСП обусловлено сверхобменным отталкиванием за счет антиферромагнитных спи-
!)к. Iida, F. Kurth e-mail: mitsen@sci.lebedev.ru
новых флуктуаций, связывающих электронные и дырочные пакеты на поверхности Ферми. В этом случае немагнитные дефекты должны приводить к подавлению сверхпроводимости вследствие межзонного рассеяния (в отличие от случая в-симметрии, для которого немагнитные дефекты не приводят к уменьшению Тс). В связи с этим для анализа результатов экспериментов по радиационному облучению, имеющих целью выяснение влияния дефектов на свойства сверхпроводников с различной симметрией параметра порядка, существенно знание типа дефектов, генерируемых в образце под действием облучения.
С этой целью в настоящей работе изучено влияние радиационного облучения на транспортные свойства Ва(Ее1_жСожА8)2- Образцами служили пленки Ва(Ее1_жСожА8)2 толщиной ^50нм, напыленные на подложки из СаРг. Пленки были получены лазерным распылением. Облучение пленок ионами Не+ проводилось на ускорителе ВапЕуг1к-911А в режимах, обеспечивающих генерацию в облучаемом материале точечных дефектов типа атомных смещений. Измерения магнитотранспортных характеристик исследуемых образцов осуществлялись на установке РРМБ-Э ЦКП ФИАН. В результате проведенных исследований установлено, что при выбранных режи-
266
И. С. Блохпн, С. Ю. Гаврплкпн, Б. П. Горшунов и др.
мах облучения (энергия ионов Не+ Е = 200 кэВ, плотность ионного тока /;оп < 10 нА/см2, температура образца при облучении Tracj = 300 К) генерируются в основном немагнитные дефекты.
На рис. 1 приведены температурные зависимости удельного сопротивления р(Т) пленки
ленные таким образом температурные зависимости "добавочного" сопротивления Ар = р(Т) — ро{Т) для различных доз представлены на рис. 2.
150 200 Т (К)
Рис. 1. Температурные зависимости удельного сопротивления пленки Ва(Ре1_хСохАв)2 при различных дозах облучения а-чаетицами с энергией 200 кэВ. Дозы облучения (в единицах 1014см~2) указаны справа от кривых. На вставке - зависимость Тс от дозы облуче-
Ва(Ее1_жСожА8)2 с Тс = 24.5К, измеренные на различных этапах облучения. Дозы облучения указаны на рисунках справа от кривых. Видно, что с увеличением дозы облучения удельное сопротивление растет, а Тс понижается (вставка к рис. 1). Для выяснения вопроса о типе возникающих радиационных дефектов (магнитные, немагнитные либо и те, и другие), которые могли бы приводить к наблюдаемым изменениям транспортных характеристик, прежде всего обратим внимание на низкотемпературный подъем сопротивления, особенно отчетливо проявляющийся в несверхпроводящих образцах. Такой подъем может свидетельствовать о существовании в образцах магнитных дефектов, поскольку их наличие должно приводить к появлению вклада в низкотемпературное сопротивление Ар ос 1пТ, обусловленного кондо-подобным спин-зависимым рассеянием на магнитных моментах дефектов [6]. Для выделения дополнительного вклада в низкотемпературное сопротивление мы аппроксимировали зависимости р{Т) в области 100-300 К для всех доз облучения квадратичными зависимостями р2(Т) = ро + а\Т + сиТ2 с коэффициентами ро, си и а<2, зависящими от дозы облучения [6]. Опреде-
Рис.2. Температурные зависимости "добавочного" сопротивления Ар = р(Т) — рз(Т) для различных доз облучения. Дозы облучения (в единицах 1014см~2) указаны около кривых
Видно, что в области Тс < Т < 100 К добавка к сопротивлению Ар может быть представлена как Ар = А]г\п(Т{-)/Т). При этом с ростом дозы облучения в исследуемом диапазоне То и А^ остаются постоянными. Такое поведение Ар(П) контрастирует с результатами работы [6], в которой при облучении монокристаллов N(1-1111 а-частицами с энергией 2 МэВ наблюдался монотонный рост А^ с дозой облучения. Последнее связывалось с увеличением при облучении концентрации магнитных дефектов. Исходя из этого сравнения, можно сделать вывод о том, что в нашем случае облучение пленок Ва(Ее1_жСожАв)2 а-частицами с энергией 200 кэВ приводит к рождению главным образом немагнитных дефектов. Отсутствие магнитных дефектов мы связываем с приблизительно на порядок меньшей [7] величиной энергии, передаваемой при соударении атому материала а-частицей с энергией 200 кэВ (по сравнению с а-частицей, имеющей энергию 2 МэВ [6]), которой недостаточно для рождения магнитного дефекта. В то же время наблюдаемый не зависящий от облучения логарифмический вклад в низкотемпературное сопротивление, по-видимому, связан с магнитными дефектами, изначально присутствующими в необлу-ченной пленке.
С целью дополнительной проверки данного заключения мы исследовали влияние облучения а-частицами на величину магнитосопротивления Ар/ра(В) пленок Ва(Ее1_жСожА8)2 в нормальном со-
Влияние радиационных дефектов на магнптотранспортные свойства ВТСП Ba(Fei-xCoxAs)2
267
стоянии 0.10 0.05 0
-0.05 -0.10
О
-0.02 — -0.04 < -0.06 -0.08 О
-0.01 -0.02 -0.03 -0.04
О 2 4 6 8 10 В (Т)
Рис. 3. Полевые зависимости магнитосопротивления Ар/ро(В) пленки Ba(Fei_xCoxAs)2, измеренные при температурах 30, 50 и 100 К, для различных доз облучения (дозы облучения в единицах 1014 см~2 указаны справа от кривых)
измеренные в перпендикулярном поле для различных доз облучения при трех разных температурах. Видно, что при Т = 30 К магнитосопротивление пленки под действием облучения меняет знак в области больших полей с положительного (для малых доз облучения) на отрицательный (при больших дозах). С ростом температуры диапазон изменения Ар/ро(В) под действием облучения уменьшается. При Т = 100 К магнитосопротивление отрицательно и постоянно (при заданном В) независимо от дозы облучения.
На рис. 4 показаны зависимости магнитосопротивления Ар/р(В = 9 Т) от дозы облучения при температурах 30 и 50К. Видно, что магнитосопротивление образца уменьшается с ростом дозы облуче-
0.10
_п 201—1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1-1
0 10 20 30 40 50 60
И (1014 ст"2)
Рис.4. Зависимость магнитосопротивления при В = = 9 Т от дозы облучения для температур 30 и 50 К
ния до некоторой предельной остаточной величины (Ар/р)теБ (соответствующей отрицательному значению), которая практически не изменяется при облучении дозой выше 3.5 х 1015 см~2. Это дает основание для разделения измеряемого магнитосопротивления на две составляющие: положительное магнитосопротивление, зависящее от облучения и уменьшающееся с ростом дозы, и остаточное отрицательное магнитосопротивление (Ар/р)теБ, которое не зависит от дозы облучения.
Положительный вклад в магнитосопротивление при Т > Тс, определяемый как Ар+ /р(В) = = (Ар/р)о — (Ар/рУе8 (где В - доза облучения в единицах 1014см~2), квадратичен по полю (рис. 5)
0.20 0.15 0.10 0.05
и падает с повышением температуры, практически исчезая при Т > 50К. Зависимость Ар+/р(В) хоро-
100
К
. На рис. 3 приведены зависимости Ар/ро(В)
50
К
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 В2 (Т2)
Рис. 5. Зависимость положительного вклада в магнитосопротивление пленки Ва(Ре1_хСохАв)2 от магнитного поля
(Др/р)0-(Др/р)^
(Др/р)0-(Др/р)3ге08к
268
И. С. Блохпн, С. Ю. Гаврплкпн, Б. П. Горшунов и др.
шо описывается функцией а[Ь(Т) + (рис. 4), где выражение в квадратных скобках имеет смысл величины, пропорциональной суммарной частоте рассеяния, включающей рассеяние на фононах и радиационных дефектах. Таким образом, Ар+ / р имеет все признаки классического магнитосопротивления, обусловленного уменьшением длины свободного пробега носителей вследствие искривления траекторий в магнитном поле.
В свою очередь, зависимость остаточного отрицательного магнитосопротивления от магнитного поля и температуры может быть аппроксимирована функцией (Др/р)тев = а(В/Т) + Ъ(В2/Т) (рис.6). Такая
О,-
В (Т)
Рис. 6. Зависимость отрицательного вклада в магнито-сопротивление пленки Ва^Рех-^Со^Ав^ от магнитного поля и температуры
зависимость может быть обусловлена подавлением
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.