Грант 96 348

Научные руководители проф. Р.А.Сурис и проф. И.П.Ипатова

Теория твердотельных микро- и наноструктур и оптоэлектронных устройств на их основе

Все исследования, проводимые коллективом научной школы, можно разделить на следующие основные направления:

  1. Физические процессы твердотельной технологии: теория и моделирование методов управления процессами зарождения и эволюции нанокластеров, дефектов и их упорядоченных структур при эпитаксиальном росте многокомпонентных соединений и при воздействии корпускулярных пучков.

  2. Многочастичные эффекты в низкоразмерных структурах: теория и моделирование особенностей электрон-фононного и межэлектронного взаимодействий и процессов релаксации носителей в наноструктурах и анализ роли этих особенностей в электрических и оптических свойствах наноструктур.

  3. Процессы в твердотельных электронных приборах и приборных структурах: теория пороговых характеристик полупроводниковых инжекционных лазеров на квантовых точках, исследование транспортных и магнитных свойств тонких ВТСП пленок.

Ниже дан обзор основных результатов по каждому из этих направлений.

1. Физические процессы твердотельной технологии.

Это направление объединяет комплекс задач физического материаловедения, связанных с методами получения, модификации и анализа твердотельных структур и приборов на их основе. Решение этих задач представляет большой практический интерес, поскольку в настоящее время реализация огромных возможностей опто- и микроэлектроники, связанных с использованием новых многокомпонентных и многослойных материалов, микро- и наноструктур, в значительной степени сдерживается технологическими трудностями их изготовления. С другой стороны, многие из этих задач интересны с точки зрения фундаментальной физики, а развитые к настоящему времени технологические и экспериментальные методы позволяют проверять справедливость тех или иных теоретических моделей.

В рамках этого направления проводились исследования по следующим темам:

Квазиравновесные и кинетические процессы распада полупроводниковых твердых растворов.

Теоретическое моделирование физических процессов в полупроводниковой технологии позволяет выявлять оптимальные режимы получения полупроводниковых наноструктур, необходимых для практических применений. Полупроводниковые твердые растворы, в которых шириной запрещенной зоны можно управлять путем изменения состава, являются основными материалами полупроводниковой микро- и наноэлектроники. Эти соединения имеют положительную энтальпию образования, что создает возможность спонтанного распада твердого раствора при определенных температурах. В результате распада твердого раствора могут самопроизвольно возникать наноструктуры, представляющие собой сверхрешетки квантовых ям, проволок, или точек.

В настоящее время установлено, что существует два разных типа распада твердого раствора. Один из них - квазиравновесный (спинодальный) распад, осуществляющийся в полупроводниках в тонких пленках, где имеется достаточно большой коэффициент диффузии. Для этого механизма теоретически были найдены неустойчивые моды флуктуаций состава, критические температуры термодинамической неустойчивости, и построены фазовые диаграммы.

Была разработана новая концепция распада твердого раствора. Эпитаксиальный рост полупроводниковых пленок часто происходит в открытых системах, и поэтому возможен распад, обусловленный кинетической неустойчивостью роста. Причина кинетической неустойчивости - дрейф поверхностных атомов в поле упругих сил, создаваемых объемными флуктуациями состава на поверхности растущей пленки. Показано, что конкуренция анизотропного упругого взаимодействия и анизотропной поверхностной диффузии приводит к тому, что направление волнового вектора наиболее неустойчивой моды флуктуаций состава не совпадает с направлением наилегчайшего сжатия кристалла и может быть произвольным.

Для определения условий самопроизвольного возникновения наноструктур и возможностей управлять их параметрами, необходимо определить конечное состояние системы, возникающее в результате распада твердого раствора. Это требует решения нелинейных задач как в случае квазиравновесного распада, так и в случае кинетического распада. Для равновесной нелинейной задачи показано, что равновесной является структура с одномерной модуляцией состава в плоскости в одном из направлений наилегчайшего сжатия [100] или [010], а амплитуда модуляции убывает вглубь пленки. Теоретические исследования возможных структур, возникающих в результате кинетического распада, начались недавно и продолжаются в настоящее время.

Эксперимент показывает наличие структур с одномерной, двумерной и трехмерной модуляцией. Чтобы теоретически описать все возможные конечные состояния, надо найти, наряду с абсолютным минимумом свободной энергии, соответствующим абсолютно устойчивому состоянию, также и локальные минимумы, соответствующие метастабильным состояниям. Вопрос о том, какая из структур реализуется в эксперименте, определяется рассмотрением кинетики роста.

Спонтанное формирование многослойных массивов квантовых точек приводит к возникновению системы расположенных друг над другом квантовых точек (стопки) квантовых точек. За счет анизотропии упругого взаимодействия, включающего в себя притяжение квантовых точек по одним направлениям и отталкивание по другим, возникает структура квантовых точек, когда точки верхнего слоя располагаются над промежутками между точками нижнего слоя (``шахматный порядок'').

Рассматриваемые задачи составляют новый класс проблем теоретической физики, позволяющих применить строгое научное описание технологических процессов. Полученные результаты должны служить усовершенствованию современных полупроводниковых технологий. Теоретическое моделирование технологических процессов позволяет определить, в каком направлении нужно менять технологические параметры, чтобы добиться улучшения полупроводниковых наноструктур и приборов на их основе. Таким образом, моделирование позволяет существенно уменьшить число тестовых экспериментов и тем самым удешевить процесс разработки новых приборов.

Основные публикации

  1. I. P. Ipatova, V. G. Malyshkin, A. A. Maradudin, V. A. Shukin, R. .F. Wallis. Kinetic Instability of the Semiconductor Alloy Growth. Phys. Rev. B, 1998, V. 57, No. 20, p. 12968-12993.

  2. V. A. Shchukin and A. N. Starodubtsev. Self-organized growth of composition-modulated alloys. Proceedings of the 7th International Symposium ⌠Nanostructures: Physics and Technology■' St. Petersburg, Russia, June 13-18, 1999, pp. 497-500.

  3. V. A. Shchukin, and D. Bimberg. Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces. Rev. Mod. Phys., 1999, V. 71, No. 4, pp. 1125-1171.

Эволюция многокомпонентных и многослойных материалов при высокодозном ионном облучении.

Высокодозное ионное облучение широко используется для создания, модификации и анализа полупроводниковых материалов и гетероструктур. Исследование поведения материалов при облучении необходимо для разработки и совершенствования технологий создания и модификации полупроводниковых материалов и гетероструктур радиационными методами. В рамках выполнения работы были впервые разработаны теоретические модели эволюции приповерхностных слоев таких многокомпонентных материалов, как карбид кремния и структуры на основе арсенида галлия при высокодозном ионном облучении с целью получения или исследования сложных по составу структур. Эти модели реализованы на программном компьютерном комплексе DYTRIRS-MGEAR, что позволило провести сравнения теоретических результатов с экспериментальными данными, полученными разными методами. Разработанные адекватные теоретические модели, описывающие эволюцию структуры в приповерхностных слоях карбида кремния и арсенида галлия при высокодозном ионном облучении, позволили впервые получить значения таких важных характеристик материалов, как энергии активации миграции межузельных атомов кремния в SiC, параметры рекомбинации вакансий и межузлий в подсистемах углерода и кремния, а также значения пороговых энергий смещения алюминия и индия в GaAs. В научной литературе имеется довольно большое количество ссылок на экспериментальные исследования как имплантированного SiC, так и ионного распыления структур на основе GaAs. Однако до настоящего времени не существовало теории эволюции структуры карбида кремния, имплантированного ионами азота и алюминия при высоких дозах и высоких температурах в силу сложной иерархии дефектов, образующихся при этом. Также до недавнего времени не удавалось адекватно описать экспериментальные профили распыления гетероструктур на основе GaAs. Разработанный программный комплекс DYTRIRS-MGEAR дал возможность осуществлять расчеты эволюции структуры многокомпонентных и многослойных материалов при высокодозном ионном облучении, что и привело к возможности количественного определения энергетических и структурных параметров компонент.

Основные публикации

  1. Yu. V. Trushin, B. J. Ber, V. S. Kharlamov, E. E. Zhurkin. Computer simulation of the sputtering of polyatomic multilayered materials with consideration of the spatial overlapping of the collision cascades. J. Nucl. Mater., 1996, v. 233-237, p. 991-995.

  2. V. S. Kharlamov, D. V. Kulikov, Yu. V. Truschin, D. N. Tsigankov, R. A. Yankov, M. Voelskow, W. Skorupa, J. Pezoldt. Computer simulation RBS/C studies of high dose N+ and Al+ co-implantation in 6H-SiC. Proceedings of SPIE, 1998, v. 3345, p. 257-261.

  3. Д. В. Куликов, Ю. В. Трушин, Р. А. Янков, Й. Пецольдт, В. Скорупа. Теоретическое описание высокотемпературной имплантации карбида кремния ионами N+ И Al+. Письма ЖТФ, 1998, т. 24, N1, с. 39-43.

  4. Б. Я. Бер, Е. Е. Журкин, Ю. А. Кудрявцев, Ю. В. Трушин, В. С. Харламов. Динамическое моделирование радиационного дефектообразования на каскадной стадии в многоатомных слоистых материалах. Неорганические материалы, 1998, т. 34, N 10, с. 1237-1244.

  5. P. V. Rybin, D. V. Kulikov, Yu. V. Trushin, R. A. Yankov, U. Kreissig, W. Fukarek, A. Muecklich, W. Skorupa, J. Pezoldt. Modelling High- Temperature Co-Implantation of Al+ and N+,Implantation of Silicon Carbide: The Effects of Stress on the Implant and Damage Distributions. Nucl. Instr. and Meth. B, 1999, v. 147, p. 279-285.

Колебательные свойства атомов водорода и дейтерия на поверхности кремния.

Из экспериментов известно, что замена водорода дейтерием в процессе пассивации поверхности кремниевых пластин приводит к замедлению процессов деградации полупроводниковых приборов. В связи с этим возникла задача исследования колебательных свойств атомов H и D на поверхности кремния. Теоретическое исследование процесса пассивации кремния водородом показало, что в равновесных условиях концентрация дейтерия на Si в 15 раз больше поверхностной концентрации водорода. Эффект возникает за счет различия частот поверхностных локальных колебаний D и H. Рассчитан коэффициент поглощения инфракрасного излучения локальными колебаниями атомов H и D, хемисорбированными на поверхности кремния. Ангармоническое взаимодействие локальных мод с объемными фононами приводит к экспоненциальной температурной зависимости интегрального поглощения, более сильной для атомов H чем для атомов D вследствие разности их масс. Благодаря этому экспоненциальному фактору, ширина спектральной линии для дейтерия оказывается больше ширины линии водорода при высоких температурах, что может приводить к большему времени жизни адсорбированных на поверхности атомов дейтерия. Это является одним из факторов, объясняющих большой изотопический эффект в приборах.

Основные публикации

  1. I. P. Ipatova, O. P. Chikalova-Luzina, K. Hess. Isotope effect in the equilibrium between the silicon surfase and the gas of Hydrogen and Deiterium. Phys. Stat. sol.(b), 1999, V. 212, pp. 287-291.

  2. I. P. Ipatova, O. P. Chikalova-Luzina, K. Hess. Amharmonic line width of absorption by localized vybration of H and D adatoms on the surface of Si. Submitted to J. Appl. Phys.

  3. Многочастичные эффекты в низкоразмерных структурах.

Исследование процессов релаксации носителей в наноразмерных гетероструктурах представляет фундаментальный интерес, поскольку механизмы релаксации здесь имеют существенные отличия от механизмов в однородном полупроводнике. Исследование многочастичных процессов, кроме фундаментального, представляет значительный практический интерес, так как процессы безызлучательной рекомбинации и захвата носителей определяют многие характеристики оптоэлектронных приборов на основе полупроводниковых гетероструктур. Понимание особенностей взаимодействия электронов и дырок между собой и с колебаниями кристаллической решетки в наноструктурах очень важно и для правильного описания оптических свойств последних.

Процессы оже-рекомбинации в низкоразмерных структурах.

В полупроводниках при высоких уровнях возбуждения неравновесных носителей преобладают два процесса рекомбинации: (i) излучательный процесс, (ii) безызлучательный оже-процесс, связанный с электрон-электронным взаимодействием. В узкозонных полупроводниках наиболее вероятными являются процессы оже-рекомбинации (ОР) c участием двух электронов и тяжелой дырки (CHCC-оже-процесс), а также с участием электрона и двух тяжелых дырок с переходом одной из них в спин-орбитально отщепленную зону (CHHS-оже-процесс). Оба этих процесса являются пороговыми, а скорость ОР изменяется с температурой по экспоненциальному закону.

Одиночные полупроводниковые гетероструктуры, квантовые ямы, квантовые проволоки, квантовые точки пространственно неоднородны из-за существования гетеробарьеров. Наличие гетерограницы существенно влияет на макроскопические свойства гетероструктур. В литературе принято считать, что в гетероструктурах механизм ОР такой же, как и в однородном полупроводнике. Гетерограница снимает закон сохранения перпендикулярной компоненты квазиимпульса; это приводит к появлению в гетероструктурах новых, беспороговых каналов оже-рекомбинации ОР. Скорость беспорогового процесса ОР изменяется с температурой по степенному закону. Наличие беспорогового матричного элемента электрон-электронного взаимодействия также существенно влияет на процесс ОР с участием фононов. Последний становится резонансным процессом и значительно усиливается по сравнению с трехмерным оже-процессом с фононами.

Показано, что в КЯ существует три различных механизма ОР: а) пороговый, б) квазипороговый и в) беспороговый. Коэффициент ОР для порогового процесса является экспоненциальной функцией температуры. Квазипороговый и беспороговый оже-коэффициенты слабо зависит от температуры для любых квантовых ям. Показано, что в узких квантовых ямах преобладают беспороговый и квазипороговый процессы, а в широких квазипороговый и пороговый. В пределе бесконечно широкой ямы беспороговый коэффициент ОР обращается в нуль, а пороговый и квазипороговый переходят в трехмерный коэффициент ОР. Исследована ОР в квантовых ямах при участии продольных оптических фононов. Показано, что в отличие от объемного случая, в достаточно узких квантовых ямах этот процесс становится резонансным и усиливается. Найдены условия, при которых прямой оже-процесс доминирует над процессом ОР с участием фононов.

Впервые получены аналитические выражения для энергетического спектра и волновых функций носителей в цилиндрической квантовой нити с гетеробарьерами конечной высоты в рамках четырехзонной модели Кейна. Также произведен расчет скорости CHCC процесса ОР в квантовых нитях. Показано, что в квантовых нитях присутствуют квазипороговый и беспороговый механизмы ОР. При увеличении радиуса нити скорость квазипорогового процесса стремится к скорости ОР в однородном полупроводнике, а скорость беспорогового процесса - к нулю. Впервые показано, что беспороговый процесс ОР в квантовых нитях состоит из двух каналов, скорости которых имеют различную зависимость от высот гетеробарьеров. Один из этих каналов аналогичен беспороговому процессу ОР в КЯ, а второй - беспороговому процессу ОР в квантовых точках.

Для расчета ОР и оже-захвата в полупроводниковые сферические квантовые точки был построен спектр электронов и дырок в многозонном приближении, использовалась четырехзонная модель Кейна с учетом сохранения полного углового момента в системе. В рамках этой же модели был исследован спектр электронов и дырок в квантовых ямах в магнитном поле. Были впервые получены выражения для зависимости ОР для CHCC процесса для случая квантовых точек и квантовых ям в магнитном поле.

Был произведен расчет коэффициента ОР в объемных полупроводниках в рамках формализма температурных функций Грина. Подход, основанный на диаграммной технике, позволяет учитывать эффекты конечности времени жизни электронов и дырок благодаря суммированию определенных последовательностей диаграмм. Надо отметить, что расчет функций Грина для носителей описываемых в модели Кейна имеет ряд особенностей, и был произведен впервые. Были учтены два самых вероятных механизма рассеяния носителей заряда в полупроводнике: электрон(дырочно)-электронный(дырочный) и электрон(дырочно)-фононный. Показано, что при некоторых условиях дырочно-дырочный механизм релаксации носителей играет более существенную роль чем фононный механизм.

Экситон-циклотронный резонанс в квантовых ямах.

В рамках проекта было дано объяснение нового экспериментально обнаруженного оптического явления √ экситон-циклотронного резонанса (ЭЦР). ЭЦР представляет собой оптическое возбуждение двумерных экситона в квантовых ямах, содержащих электроны, с одновременным возбуждением электронов с нижнего уровня Ландау в возбужденные состояния. ЭЦР проявляет себя, как специфические линии в оптических спектрах квантовых ям, смещающиеся с магнитным полем по линейному закону. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими результатами позволяет получить важную информацию об особенностях волновых функций и спектра носителей в квантовых ямах.

Основные публикации:

  1. Yakovlev D.R., Kochereshko V.P., Suris R.A., Schenk H., Ossau W., Waag A.,Landwehr G., Christianen P.C.M., Maan J.C. Combined Exciton-Cyclotron Resonance in Quantum Well Structures, Physical Review Letters, 1997, 79, 3974-3977
  2. V. P. Kochereshko, R. A. Suris, D. R. Yakovlev, W. Ossau, A. Waag, G. Landwehr, M. C. Christianen, J. C. Maan. Effects of exciton-electron interaction in CdTe/CdMgTe quantum-well structures, Proc. Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.-Petersburg, Russia, 24-28 June 1998, p. 90.

Поляронные состояния носителей в низкоразмерных структурах из широкозонных материалов.

В связи с созданием зеленых и синих лазеров возник интерес к слоистым структурам из широкозонных материалов, имеющих высокую степень ионности и обладающих условиями, необходимыми для появления поляронного состояния носителей. Нами выполнено теоретическое исследование экситонных спектров в квантовых точках с учетом образования электронных и дырочных поляронных состояний. Найдены энергии электронного и дырочного поляронов с учетом сильного взаимодействия носителей с оптическими колебаниями ионного кристалла. Показано, что поляронные экситоны обладают целым рядом специфических свойств, определяющих их оптические спектры. В них возможны большие стоксовы сдвиги и интенсивные фононные повторения в экситонных спектрах. Это дает новые возможности для оптического контроля таких структур.

Основные публикации

  1. Polkovnokov A. S., Zegrya G. G. Auger recombination in semiconductor quantum wells, Phys. Rev. B, 15 August 1998, v. 58, no. 7, p. 4039- 4056.
  2. Зегря Г. Г., Полковников А. С. Механизмы оже-рекомбинации в квантовых ямах, ЖЭТФ, 1998, т. 113, в. 4, с. 1491≈15213
  3. Догонкин Е.Б.,.Зегря Г.Г., Полковников А.С. Микроскопическая теория оже-рекомбинации в квантовых нитях, ЖЭТФ, 2000, т. 117, в. 2, с. 1≈13
  4. .I. P. Ipatova, A. Yu. Maslov, O. V. Proshina. Polaron exciton in spherical quantum dot. Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 14-18, 1999, pp. 399-402.
  5. И. П. Ипатова, А. Ю. Маслов, О. В. Прошина. Поляронное состояние в квантовой точке для частицы с вырожденным зонным спектром. ФТП, 1999, т. 33, N 7, с. 832--838.

3. Процессы в твердотельных электронных приборах и приборных структурах

Лазеры на квантовых точках.

Лазеры на квантовых точках (КТ) представляют собой новый перспективный класс полупроводниковых лазеров. Такие лазеры обладают, в частности, следующими преимуществами перед используемыми сейчас лазерами на квантовых ямах: существенно более низкие пороговые токи и высокая их температурная стабильность. В рамках работы впервые построена детальная теория пороговых характеристик лазеров на КТ, обладающая достаточной общностью для описания широкого круга процессов в них и применимая к широкому классу конкретных материальных систем, на основе которых изготавливаются лазеры.

Впервые было показано, что имеет место нарушение электронейтральности в слое с КТ, существенным образом сказывающееся на величине порогового тока и его температурной зависимости. Теория пороговых характеристик лазеров на КТ, развитая в наших предыдущих работах, обобщена с учетом нарушения электронейтральности. Определены безразмерные параметры, управляющие зарядом КТ. Рассчитана зависимость коэффициента усиления лазера от тока инжекции и его вольт-амперная характеристика. Показано, что нарушение нейтральности в точках приводит к увеличению оптимальной поверхностной концентрации КТ, минимизирующей плотность порогового тока.

Построена теория температурной зависимости пороговых токов полупроводниковых лазеров на КТ. Показано, что при низких температурах пороговый ток слабо зависит от температуры; эта зависимость обусловлена нарушением нейтральности в КТ. При высоких температурах пороговый ток растет экспоненциально; эта зависимость обусловлена термическими выбросами носителей из КТ. Тем самым объяснена экспериментально наблюдаемая температурная зависимость порогового тока. Объяснена и наблюдаемая температурная зависимость. Показано, что параметры структуры, минимизирующие плотность порогового тока лазера, температурно зависимы. Показано, что широко используемый на практике параметр - характеристическая температура T0, отражающая температурную зависимость порогового тока, падает с ростом дисперсии размеров точек и растет с ростом поверхностной концентрации точек.

Рассчитан порог многомодовой генерации, обусловленной эффектом выжигания пространственных провалов инверсии населенности в лазере на КТ. Впервые показано, что в отличие от обычных полупроводниковых лазеров на квантовых ямах, где эффект выжигания подавляется интенсивной диффузией носителей, в лазерах на КТ выжигание должно сглаживаться за счет существенно более медленного процесса термических выбросов носителей из КТ. Поэтому здесь эффект выжигания проявляется сильнее, а порог многомодовой генерации может быть намного ниже, чем в обычных лазерах. Уменьшение дисперсии размеров КТ приводит к увеличению порога многомодовой генерации.

Показано, что существуют максимально допустимая дисперсия размеров КТ и минимально допустимые поверхностная концентрация КТ и длина резонатора, при которых возможна генерация лазерного излучения.

Основные публикации

  1. L. V. Asryan and R. A. Suris. Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser. Semicond. Sci. Technol.,Apr. 1996, vol. 11, no. 4, p. 554-567.

  2. L. V. Asryan and R. A. Suris Charge neutrality violation in quantum dot lasers. IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., Apr. 1997 vol. 3, no. 2, p. 148-157

  3. L. V. Asryan and R. A. Suris Temperature dependence of the threshold current density of a quantum dot laser. IEEE J. Quantum Electron., May 1998, vol. 34, no. 5, p. 841-850.

  4. Л. В. Асрян, Р. А. Сурис. Роль термических выбросов носителей в выжигании пространственных дыр в лазере на квантовых точках. ФТП, т. 33, вып. 9, с. 1076-1079, Сент. 1999.

  5. L. V. Asryan and R. A. Suris. Spatial hole burning in a quantum dot laser. Proceedings of SPIE's International Symposium PHOTONICS WEST'99. San Jose, CA, USA, 23-39 January 1999. v. 3625.

Транспортные и магнитные свойства тонких ВТСП-пленок.

ВТСП материалы, открытые чуть более 10-ти лет назад, уже находят широкое применение в современной электронике, в частности, для создания СКВИДов, СВЧ антенн, магнитов постоянного тока, сильнотоковых кабелей, приемников инфракрасного излучения. Большая часть этих применений связана с использованием именно тонких ВТСП пленок, изучение которых входит в тему данного проекта. С другой стороны, высокая критическая температура и малая длина когерентности в ВТСП привели к очень богатому спектру новых физических явлений, в частности, разнообразному поведение системы абрикосовских вихрей в различных диапазонах магнитных полей и температур. В связи с этим в последние годы получили широкое развитие экспериментальные методы, позволяющие измерение пространственного распределения магнитного поля на поверхности сверхпроводника, такие как магнитооптический метод, матрица холловских проб. Наше исследование базируется на использовании магнитооптического метода, а также разработанной нами методике измерения пространственного распределения критической температуры Тс.

С использованием магнитооптического метода была исследована динамика проникновения магнитного потока в тонкие пленки ВТСП при температурах много ниже критической. Анализировались случаи пленки во внешнем магнитном поле, и пленки, через которую пропускается транспортный ток. Удалось получить пространственные распределения магнитного поля и плотности тока и даже обнаружить пространственно-временную релаксацию магнитного поля ВТСП полоски в течение импульса тока. Экспериментально полученные распределения сравнивались с результатами численного моделирования термоактивированного движения магнитных вихрей - так называемого крипа магнитного потока. При крипе магнитные вихри (нити локализованного магнитного потока), захваченные струтурными дефектами - так называемыми центрами пиннинга, могут термоактивированно освобождаться с этих центров под действием силы Лоренца, пропорциональной локальной плотности тока. Несмотря на хорошее согласие с результатами моделирования, в ряде случаев (после больших токов) экспериментальные результаты сильно отличались от ожидаемых и указывали на существование термо-магнитной неустойчивости, вызванной избыточной генерацией тепла в зоне аннигиляции вихрей разного знака.

Из-за сложного химического состава ВТСП пленки очень тяжело вырастить бездефектными и однородными. Мы исследовали неоднородности критической температуры Тс, в пленках YBaCuO. С использованием выражения для проводимости однородного сверхпроводника, и теории эффективной среды для оценки проводимости неоднородного материала, была рассчитана зависимость проводимости Тс-неоднородного сверхпроводника от магнитного поля и температуры вблизи сверхпроводящего перехода. Была определена область полей температур, где влияние Тс -неоднородности на величину проводимости существенно. Результаты подтверждены экспериментально на основе развитой нами методики определения пространственного распределения Тс в ВТСП пленках методом низкотемпературной растровой электронной микроскопии с разрешением до 2-х микрон и точностью 0.2 К.

Основные публикации

  1. D. V. Shantsev, M. E. Gaevski, R. A. Suris, A. V. Bobyl, V. E. Gasumyants, O. L. Shalaev. Temperature and magnetic field dependence of conductivity of YbaCuO films in the vicinity of superconducting transition: Effect of Tc-inhomogeneity. Phys. Rev. B, 60, 12485-12494 (1999).

  2. M. E. Gaevski, A. V. Bobyl, D. V. Shantsev, S. F. Karmanenko, Y. M. Galperin, T. H. Johansen, M. Baziljevich, H. Bratsberg. Magneto-optical study of magnetic flux penetration into a current-carrying high-temperature superconductor strip. Phys. Rev. B, v. 59 (14), p. 9655-9664 (1999).

  3. D. V. Shantsev, M. R. Koblischka, Y. M. Galperin, T. H. Johansen, P. Nalevka, and M. Jirsa. Central peak position in magnetization loops of high-Tc superconductors. Phys. Rev. Lett., v. 82 (14), p. 2947-2950 (1999).