Физика / 2. Физика твердого тела

К.ф.-м.н. Мельничук И. А., Васильев А. В.

Донецкий национальный университет, Украина

Влияние числа участков свидетеля на размах угловой зависимости диамагнитного отклика модифицированной поверхности ВТСП

Модификация поверхности функциональных материалов, в частности, ВТСП, остается одним из основных направлений микроэлектроники и нанотехнологии. В связи с этим необходима разработка средств диагностики и неразрушающего контроля производимых изменений. К числу таких относится метод анализа угловых зависимостей диамагнитного отклика (ДО) поверхности ВТСП с участком свидетеля анизотропной формы во вращающемся поле Н [1]. Он позволяет исследовать особенности потенциального рельефа, получаемого, например, при химической [2], радиационной [3] и лазерной [4] обработке. В настоящей работе рассматривается возможность повышения чувствительности метода за счет увеличения количества N участков свидетеля на поверхности.

Наиболее простая реализация метода [1] предполагает использование ВТСП диска с участком свидетеля, формируемым под маской в виде узкой полосы на основании диска, в плоскости которого вращается Н и располагается плоский индуктивный датчик. При этом форма образца сама по себе не влияет на измеряемую зависимость частоты автогенератора f, в контур которого входит датчик, от угла φ поворота поля Н. Однако в такой геометрии сложно оценить влияние N на f(φ), поскольку общий объем материала участков свидетелей нелинейно зависит от их количества. Для устранения этого недостатка в настоящей работе использовались керамические образцы ВТСП (№ 1 и № 2) состава YBa₂Cu₃O_7-x в форме параллелепипедов с толщиной 2,7 мм и квадратом 6,8 × 6,8 мм² в основании, в плоскости которого вращалось поле Н. Как видно из рис. 1 (а) в этом случае f(φ) имеет немонотонный характер вида sin²(2φ) с максимумами при ориентации Н вдоль диагоналей квадратного основания образца, что отражает его порядок симметрии.

В результате механической модификации на поверхности образца № 1 были сформированы N=2 участка свидетеля шириной 1,8 мм, а в образце № 2 – N=6 участков шириной 0,6 мм, т. е. было удалено одинаковое количество материала. В обоих случаях характерной особенностью является качественное изменение f(φ). Как видно из рис. 1 (б) даже при малых Н (< Н_с1 ≈ 10 Э – нижнее критическое поле Джозефсона) данная зависимость имеет вид sin²(φ) с максимумами при ориентации Н вдоль длинной оси участков свидетеля. Кроме того, в результате модификации почти на порядок возросла амплитуда f(φ). Это можно объяснить преобладанием роли поверхностных слоев ВТСП в формировании сигнала ДО при использовании плоского индуктивного датчика.

В качестве характеристики влияния N на f(φ) был выбран параметр размаха кривой f(φ), определяемый как Δf = f(270°) - f(180°) (см. рис 1 (б)), и измерена его зависимость от величины Н, которая представлена на рис. 2. Наличие максимума на Δf(Н) связано с началом проникновения магнитного потока в ВТСП при Н = Н_с1, тогда как отличие в его положениях для образцов № 1 и № 2 можно объяснить разницей размагничивающих факторов.

Как видно из рис. 2 возрастание N в 3 раза приводит к аналогичному росту Δf(Н) при полях Н < 1,5·Н_с1. При Н > 1,5·Н_с1 это различие постепенно уменьшается, что можно объяснить переходом образца в смешанное состояние. Таким образом, увеличение количества участков свидетеля на поверхности ВТСП является эффективным инструментом для повышения чувствительности метода анализа угловых зависимостей диамагнитного отклика ВТСП.

Литература:

1. Мельничук І. О., Васильєв О. В, Міхайлов В. І. // Патент України 74239. – Заяв. 06.08.03, № 2003087429,. – Опубл. 15.11.05, бюл. № 11.

2. Vasyliev  A. V., Loboda S. N. // ICFM-2001: Intern. Conf. – 2001. – P. 69.

3. Мельничук И. А., Васильев А. В., Зюбанов А. Е. // НМММ-XVIII: междунар. школа-семинар. – Москва, 2002. – С. 486-488.

4. Melnichuk I. A., Vasyliev A. V., Gulii S. A. // ICFM-2009: Intern. Conf. – Partenit, 2009. – P. 69.