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