1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 7, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 7, стр. 594-607

Система джозефсоновских вихрей в слоистом электронно-легированном сверхпроводнике Nd2 – xCexCuO4

Т. Б. Чарикова a, Н. Г. Шелушинина a, А. С. Клепикова a, М. Р. Попов a, *

a Институт физики металлов УрО РАН
620108 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18, Россия

* E-mail: popov_mr@imp.uran.ru

Поступила в редакцию 05.04.2023
После доработки 02.06.2023
Принята к публикации 19.06.2023

Аннотация

Представлен краткий обзор транспортных и гальваномагнитных свойств электронно-легированного слоистого сверхпроводника Nd2 – xCexCuO4 с акцентом на роль структуры джозефсоновских вихрей, формирующихся в кристалле в магнитном поле, параллельном плоскостям CuO2. Проведен анализ экспериментальных данных по продольному и холловскому магнитосопротивлению, полученных за последнее время в синтезированных нами эпитаксиальных пленках Nd2 –xCexCuO4/SrTiO3. Возможность образования системы джозефсоновских вихрей в этой сильно анизотропной системе обусловлена оригинальной ориентацией оси c и проводящих плоскостей CuO2 соединения Nd2 –xCexCuO4 относительно плоскости подложки.

Ключевые слова: слоистые сверхпроводники, магнитосопротивление, эффект Холла, джозефсоновские вихри

Список литературы

  1. Plakida N.M. High-Temperature Superconductivity: Experiment and Theory. Berlin; New York: Springer, 2012. 230 p.

  2. Kopnin N.B. Theory of Nonequilibrium Superconductivity. Clarendon Press. 2001. 342 p.

  3. Tinkham M. Introduction to superconductivity. Dover publications, Mineola, New York. 2004.

  4. Poole C., Farach H., Creswic R., Prozorov R. Superconductivity. Elsevier. 2014.

  5. Lawrence W.E., Doniach S. Theory of layer-structure superconductors // Proc. Twelfth Int. Conf. Low Temp. Physics, okyo Keigaku Publ. Co., Ltd. 1971. 361.

  6. Bulaevskii L.N. Magnetic properties of layered superconductors with weak interaction between the layers // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1973. V. 64. P. 2241–2247.

  7. Bulaevskii L.N., Domínguez D., Maley M.P., Bishop A.R., Ivlev B.I. Collective mode and the c -axis critical current of a Josephson-coupled superconductor at high parallel magnetic fields // Phys. Rev. B. 1996. V. 53. P. 14601–14610. https://doi.org/10.1103/Phys.RevB.53.14601

  8. Blatter G., Feigel’man M.V., Geshkenbein V.B., Larkin A.I., Vinokur V.M. Vortices in high-temperature superconductors // Rev. Mod. Phys. 1994. V. 66. P. 1125–1388. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.66.1125

  9. Tokura Y., Takagi H., Uchida S. A superconducting copper oxide compound with electrons as the charge carriers // Nature. 1989. V. 337. P. 345–347. https://doi.org/10.1038/337345a0

  10. Charikova T., Ignatenkov A., Ponomarev A., Ivanov A., Klimczuk T., Sadowski W. In-plane and out-of-plane temperature dependencies of the resistivity in single crystals and films of Nd2CuO4 // Phys. C Supercond. 2003. V. 323–324. P. 388–389. https://doi.org/10.1016/S0921-4534(02)02474-7

  11. Ignatenkov A.N., Ponomarev A.I., Sabirzyanova L.D., Charikova T.B., Kharus G.I., Shelushinina N.G., Ivanov A.A., Churkin O.A. Effect of disorder on the transport properties of the high-T c superconductor Nd2 − xCexCuO4 + δ // J. Exp. Theor. Phys. 2001. V. 92. P. 1084–1089. https://doi.org/10.1134/1.1385650

  12. Armitage N.P., Ronning F., Lu D.H., Kim C., Damascelli A., Shen K.M., Feng D.L., Eisaki H., Shen Z.-X., Mang P.K., Kaneko N., Greven M., Onose Y., Taguchi Y., Tokura Y. Doping Dependence of an n-Type Cuprate Superconductor Investigated by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 257001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.257001

  13. Armitage N.P., Fournier P., Greene R.L. Progress and perspectives on electron-doped cuprates // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. P. 2421–2487. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.2421

  14. Matsui H., Terashima K., Sato T., Takahashi T., Wang S.-C., Yang H.-B., Ding H., Uefuji T., Yamada K. Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy of the Antiferromagnetic Superconductor Nd1.87Ce0.13CuO4: Anisotropic Spin-Correlation Gap, Pseudogap and the Induced Quasiparticle Mass Enhancement // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 047005. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.047005

  15. Matsui H., Terashima K., Sato T., Takahashi T., Fujita M., Yamada K. Direct Observation of a Nonmonotonic dx2‒y2-Wave Superconducting Gap in the Electron-Doped High-Tc Superconductor Pr0.89LaCe0.11CuO4 // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. P. 017003. https://doi.org/10.1103/ PhysRevLett.95.017003

  16. Lin J., Millis A.J. Theory of low-temperature Hall effect in electron-doped cuprates // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 214506. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.214506

  17. Charikova T.B., Kharus G.I., Shelushinina N.G., Neverov V.N., Petukhov D.S., Ivanov A.A. Magnetoresistance and Hall effect in electron-doped superconductor Nd2 − xCexCuO4 + δ with different degrees of nonstoichiometric disorder: A two-band model // Phys. Met. Metallogr. 2014. V. 115. P. 446–456. https://doi.org/10.1134/S0031918X14050032

  18. Ivanov A.A., Galkin S.G., Kuznetsov A.V., Menushenkov A.P. Smooth homogeneous HTSC thin films produced by laser deposition with flux separation // Phys. C Supercond. 1991. V. 180. P. 69–72. https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)90638-F

  19. Popov M.R., Klepikova A.S., Shelushinina N.G., Ivanov A.A., Charikova T.B. Interlayer Hall Effect in n-type doped high temperature superconductor Nd2 − xCexCuO4 + δ //Phys. C Supercond. its Appl. 2019. V. 566. P. 1 353 515. https://doi.org/10.1016/j.physc.2019.1353515

  20. Charikova T.B., Ponomarev A.I., Kharus G.I., Shelushinina N.G., Tashlykov A.O., Tkach A.V., Ivanov A.A. Quasi-two-dimensional transport properties of the layered superconductor Nd2−xCexCuO4 + δ // J. Exp. Theor. Phys. 2007. V. 105. P. 626–635. https://doi.org/10.1134/S1063776107090208

  21. Petukhova O.E., Popov M.R., Klepikova A.S., Shelushinina N.G., Ivanov A.A., Charikova T.B. Lateral vortex motion in highly layered electron-doped superconductor Nd2−xCexCuO4 //Phys. C Supercond. its Appl. 2020. V. 578. P. 1353738. https://doi.org/10.1016/j.physc.2020.1353738

  22. Cassam-Chenai A., Mailly D. Transport in quasi-two-dimensional systems under a weak magnetic field // Phys. Rev. B. 1995. V. 52. P. 1984–1995. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.1984

  23. McKenzie R.H., Moses P. Incoherent Interlayer Transport and Angular-Dependent Magnetoresistance Oscillations in Layered Metals // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 81. P. 4492–4495. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.4492

  24. Abrikosov A.A. My years with Landau // Phys. Today. 1973. V. 26. P. 56–60. https://doi.org/10.1063/1.3127896

  25. Bardeen J., Stephen M.J. Theory of the Motion of Vortices in Superconductors // Phys. Rev. 1965. V. 140. P. A1197–A1207. https://doi.org/10.1103/PhysRev.140.A1197

  26. Kwok W.K., Welp U., Vinokur V.M., Fleshler S., Downey J., Crabtree G.W. Direct observation of intrinsic pinning by layered structure in single-crystal YBa2Cu3O7−δ // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67. P. 390–393. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.390

  27. Kleiner R., Steinmeyer F., Kunkel G., Müller P. Intrinsic Josephson effects in Bi2Sr2CaCu2O8 single crystals // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. P. 2394–2397. https://doi.org/10.1103/ PhysRevLett.68.2394

  28. Rapp M., Murk A., Semerad R., Prusseit W. C-Axis Conductivity and Intrinsic Josephson Effects in YBa2Cu3O7−δ // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 928–931. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.928

  29. Josephson B.D. Possible new effects in superconductive tunnelling // Phys. Lett. 1962. V. 1. P. 251–253. https://doi.org/10.1016/0031-9163(62)91369-0

  30. Clem J.R., Coffey M.W. Viscous flux motion in a Josephson-coupled layer model of high-Tc superconductors // Phys. Rev. B. 1990. V. 42. P. 6209. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.42.6209

  31. Koshelev A.E. Role of in-plane dissipation in dynamics of a Josephson vortex lattice in high-temperature superconductors // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. P. R3616–R3619. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.R3616

  32. Petukhova O.E., Klepikova A.S., Popov M.R., Shelushinina N.G., Ivanov A.A., Charikova T.B. Vortex motion in tilted magnetic fields in highly layered electron-doped superconductor Nd2–xCexCuO4 // Phys. C Supercond. 2021. V. 591. P. 135396–1353974. https://doi.org/10.1016/ j.physc.2021.1353968

  33. Kes P.H., Aarts J., Vinokur V.M., van der Beek C.J. Dissipation in highly anisotropic superconductors // Phys. Rev. Lett. 1990. V. 64. P. 1063–1066. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.64.1063

  34. Bulaevskii L., Clem J.R. Vortex lattice of highly anisotropic layered superconductors in strong, parallel magnetic fields // Phys. Rev. B. 1991. V. 44. P. 10 234–10 238. https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.44.10234

  35. Koshelev A.E., Dodgson M.J.W. Josephson vortex lattice in layered superconductors // J. Exp. Theor. Phys. 2013. V. 117. P. 449–479. https://doi.org/10.1134/S1063776113110125

  36. Klemm R.A., Luther A., Beasley M.R. Theory of the upper critical field in layered superconductors // Phys. Rev B. 1975. V. 12. P. 877–891. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.12.877

  37. Klepikova A.S., Charikova T.B., Shelushinina N.G., Petukhov D.S., Ivanov A.A. Anisotropy of the Hall Effect in a Quasi-Two-Dimensional Electron-Doped Nd2–xCexCuO4 + δ Superconductor // Phys. Solid State. 2018. V. 60. P. 2162–2165. https://doi.org/10.1134/S1063783418110124

  38. Khomskii D.I., Freimuth A. Charged Vortices in High Temperature Superconductors // Phys. Rev. Lett. 1995. V. 75. P. 1384–1386. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.1384

  39. Feigel’man M.V., Geshkenbein V.B., Larkin A.I., Vinokur M.V. Sign Change of the Flux Flow Hall Effect in HTSC // JETP Lett. 1995. V. 62. P. 834–840.

  40. Van Otterlo A., Feigel’man M., Geshkenbein V., Blatter G. Vortex Dynamics and the Hall Anomaly: A Microscopic Analysis // Phys. Rev. Lett. 1995. V. 75. P. 3736–3739. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.3736

  41. Aronov A.G., Hikami S., Larkin A.I. Gauge invariance and transport properties in superconductors above Tc // Phys. Rev. B. 1995. V. 51 P. 3880–3885. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.3880

  42. Nozières P., Vinen W.F. The motion of flux lines in type II superconductors // Philos. Mag. A J. Theor. Exp. Appl. Phys. 1966. V. 14. P. 667–688. https://doi.org/10.1080/14786436608211964

  43. Charikova T.B., Shelushinina N.G., Harus G.I., Petukhov D.S., Neverov V.N., Ivanov A.A. Upper critical field in electron-doped cuprate superconductor Nd2−xCexCuO4 + δ: Two-gap model // Phys. C Supercond. 2013. V. 488. P. 25–29. https://doi.org/10.1016/j.physc.2013.02.010

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал