Високочастотна електродинаміка наноструктурованих багатозонних надпровідників

Випуски $\rightarrow$ Том 25, випуск 2 (2024)

КАСАТКІН О.Л.$^{1,2}$, КАЛЕНЮК О.А.$^{1,3}$, ПОКУСІНСЬКИЙ А.О.$^{4}$, ФУТИМСЬКИЙ С.І.$^{1}$, ШАПОВАЛОВ А.П.$^{1,3}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, вул. Автозаводська, 2, 07074 Київ, Україна
$^3$Київський академічний університет, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^4$Факультет радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, просп. Академіка Глушкова, 4^г, 03187 Київ, Україна

Отримано 30.11.2023, остаточна версія 01.12.2023 Завантажити  PDF

Анотація
На основі феноменологічної теорії мікрохвильового відгуку надпровідників II роду проаналізовано вплив штучно створеної наноструктури 0D- й 1D-структурних дефектів, утвореної імплантованими діелектричними наночастинками або радіаційними дефектами, на мікрохвильові властивості плівок високотемпературного надпровідника. Поверхневий опір розраховано як для мейсснерівського, так і для змішаного станів для такого типу наноструктурованої плівки надпровідника II роду. Також теоретично досліджено появу нелінійного відгуку, спричиненого проникненням вихорів, індукованих мікрохвильовим полем, у внутрішню частину плівки через її краї. Одержані результати демонструють, що штучна дефектна наноструктура всередині може значно поліпшити її мікрохвильові характеристики як у мейсснерівському, так і в змішаному станах, а також збільшити діапазон лінійного мікрохвильового відгуку. Представлено також результати експериментальних досліджень мікрохвильових властивостей плівок високотемпературного надпровідника (ВТНП) зі штучною дефектною наноструктурою, сформованою опроміненням важкими йонами. Помітне пониження поверхневого опору та збільшення діапазону лінійного відгуку за низьких температур спостерігалося для помірно опроміненої ВТНП-плівки YBa₂Cu₃O_7−x (YBCO) під впливом опромінення йонами Au²⁺ з енергією у 3 МеВ із дозою у 10¹¹ см⁻². Ці результати узгоджуються з феноменологічною теорією мікрохвильового відгуку наноструктурованих надпровідників, зазначеною вище. Представлено також теоретичну модель нового незвичайного механізму нелінійного радіочастотного відгуку в багатозонних надпровідниках. Це — механізм нелінійности, заснований на можливій дисоціації вихорів Абрикосова у багатозонних надпровідниках на фракційні складові під дією сильного високочастотного струму. Розраховано питомий ВЧ-комплексний опір у двозонних надпровідниках і обґрунтовано появу специфічних особливостей за критичних значень густини струму, що відповідають депінінґу та дисоціації вихорів.

Ключові слова: високотемпературний надпровідник (ВТНП), точковоподібні дефекти, стовпчасті дефекти, іонне опромінення, мікрохвильове поле, поверхневий імпеданс, нелінійний відгук.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.02.416

Citation: O.L. Kasatkin, O.A. Kalenyuk, A.O. Pokusinskyi, S.I. Futimsky, and A.P. Shapovalov, High-Frequency Electrodynamics of Nanostructured Multiband Superconductors, Progress in Physics of Metals, 25, No. 2: 416–439 (2024)

Цитована література

B. Maiorov, S.A. Baily, H. Zhou, O. Ugurlu, J.A. Kennison, P.C. Dowden, T.G. Holesinger, S.R. Foltyn, and L. Civale, Nature Mater., 8: 398 (2009). https://doi.org/10.1038/nmat2408
T.G. Holesinger, M.D. Feldmann, B. Maiorov, L. Civale, J.A. Kennison, Y.J. Coulter, P.D. Dowden, J.F. Baca, P.H. Tobash, E.D. Bauer, and K.R. Marken, Materials, 4, No. 11: 2042 (2011). https://doi.org/10.3390/ma4112042
S.H. Wee, Y.L. Zuev, C. Cantoni, and A. Goyal, Sci. Rep., 3: 2310 (2013). https://doi.org/10.1038/srep02310
T. Horide, K. Otsubo, R. Kita, N. Matsukida, M. Ishimaru, S. Awaji, and K. Matsumoto, Supercond. Sci. Technol., 30, No. 7: 074009 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa70d3
V.L. Svetchnikov, V.S. Flis, A.A. Kalenyuk, A. L.Kasatkin, A.I. Rebikov, V.O. Moskaliuk, C.G. Tretiatchenko, and V.M. Pan, J. Phys.: Conf. Ser., 234: 012041 (2010). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/17426596/234/1/012041
V.I. Matsui ,V.S. Flis, V.O. Moskaliuk, A.L. Kasatkin, N.A. Skoryk, V.L. Svechnikov, J. Nanosci. Nanoeng., 1, No. 2: 38 (2015). http://files.aiscience.org/journal/article/html/70270011.html
L. Civale, Supercond. Sci. Technol., 10, No. 7A: A11 (1997). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-2048/10/7A/003
R. Biswal, J. John, P. Mallick, B.N. Dash, P.K. Kulriya, D.K. Avasthi, D. Kanjilal, D. Behera, T. Mohanty, P. Raychaudhuri, and N.C. Mishra, J. Appl. Phys., 106, No. 5: 053912 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3212537
F. Massee, P.O. Sprau, Y.-L. Wang, J.C.S. Davis, G. Ghigo, G. Gu, W.-K. Kwok, Sci. Adv., 1, No. 4: e1500033 (2015). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1500033
J. Wosik, L.-M. Xie, J. Mazierska, and R. Grabovickic, Appl. Phys. Lett., 75, No. 12: 1781 (1999). https://doi.org/10.1063/1.124818
R. Gerbaldo, G. Ghigo, L. Gozzelino, F. Laviano, A. Amato , A. Rovelli, and R. Cherubini, AIP Conf. Proc., 1530, No. 1: 95 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4812910
R. Woerdenweber, P. Lahl, and J. Einfeld, IEEE Trans. Appl. Supercond., 11, No. 1: 2812 (2001). https://ieeexplore.ieee.org/document/919648
S. Ohshima, N. Takanashi, A. Saito, K. Nakajima, and T. Nagayama, IEEE Trans. Appl. Supercond., 28, No. 4: 1 (2018). https://ieeexplore.ieee.org/document/8299455
S. Sato, T. Honma, S. Takahashi, K. Sato, M. Watanabe, K. Ichikawa, K. Takeda, K. Nakagawa, A. Saito, and S. Ohshima, IEEE Trans. Appl. Supercond., 23, No. 3: 7200404 (2013). https://ieeexplore.ieee.org/document/6380552
P.A. Borisenko, A.O. Pokusinskii, and A.L. Kasatkin, Ukr. J. Phys., 64, No. 10: 969 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.10.969
A. Pokusinskyi, A. Kasatkin, S. Futimsky, O. Kalenyuk, O. Boliasova, and A. Shapovalov, J. Appl. Phys., 132, No. 23: 233904 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0121793
A.L. Kasatkin, A.O. Pokusinskyi, O.O. Boliasova, V.P. Tsvitkovskyi, and A.P. Shapovalov, Low Temp. Phys., 49, No. 9: 1009 (2023). https://doi.org/10.1063/10.0020592
A. Hosseini, R. Harris, S. Kamal, P. Dosanjh, J. Preston, R. Liang, W.N. Hardy, and D.A. Bonn, Phys. Rev. B, 60, No. 2: 1349 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.1349
P. J. Hirschfeld and N. Goldenfeld, Phys. Rev. B, 48, No. 6: 4219 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.4219
R. Prozorov and R. Giannetta, Supercond. Sci. Technol., 19, No. 8: R41 (2006). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-2048/19/8/R01
M. Golosovsky, M. Tsindlekht, and D. Davidov, Supercond. Sci. Technol., 9, No. 1: 1 (1996). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-2048/9/1/001
E.H. Brandt, Phys. Rev. Lett., 69, No. 7: 1105 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.1105
E.H. Brandt, Rep. Prog. Phys., 58, No. 11: 1465 (1995). https://doi.org/10.1088/0034-4885/58/11/003
M.W. Coffey and J.R. Clem, Phys. Rev. Lett., 67, No. 3: 386 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.386
M.W. Coffey and J.R. Clem, Phys. Rev. B, 46, No. 18: 11757 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.11757
J.I. Gittleman and B. Rosenblum, Phys. Rev. Lett., 16, No. 17: 734 (1966). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.16.734
G. Blatter, M.V. Feigel’man, V.B. Geshkenbein, A.I. Larkin, and V.M. Vinokur, Rev. Mod. Phys., 66, No. 4: 1125 (1994). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.66.1125
A.V. Velichko, M.J. Lancaster, and A. Porch, Supercond. Sci. Technol., 18, No. 3: R24 (2005). https://doi.org/10.1088/0953-2048/18/3/R02
M.A. Hein, R.G. Humphreys, P.J. Hirst, S.H. Park, and D.E. Oates, J. Supercond., 16: 895 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1026219405360
S.M. Anlage, W. Hu, C.P. Vlahacos, D. Steinhauer, B.J. Feenstra, S.K. Dutta, A. Thanawalla, and F.C. Wellstood, J. Supercond., 12: 353 (1999). https://doi.org/10.1023/A:1007753316152
M.I. Tsindlekht, E.B. Sonin, M.A. Golosovsky, and D. Davidov, Phys. Rev. B, 61, No. 2: 1596 (2000). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.1596
A. Gurevich and G. Ciovati, Phys. Rev. B, 77, No. 10: 104501 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.104501
J.R. Powell, A. Porch, A.P. Kharel, M.J. Lancaster, R.G. Humphreys, F. Wellhofer, and C.E. Gough, J. Appl. Phys., 86, No. 4: 2137 (1999). https://doi.org/10.1063/1.371021
V.S. Flis, A.A. Kalenyuk, A.L. Kasatkin, V.O. Moskalyuk, A.I. Rebikov, V.L. Svechnikov, K.G. Tret’yachenko, and V.M. Pan, Low Temp. Phys., 36, No. 1: 59 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3292938
A.A. Kalenyuk, A.L. Kasatkin, S.I. Futimsky, A.O. Pokusinskiy, T.A. Prikhna, A.P. Shapovalov, V.E. Shaternik, and Sh. Akhmadaliev, Supercond. Sci. Technol., 36, No. 3: 035009 (2023). https://doi.org/10.1088/1361-6668/acb110
M. Leroux, K.J. Kihlstrom, S. Holleis, M.W. Rupich, S. Sathyamurthy, S. Fleshler, H.P. Sheng, D.J. Miller, S. Eley, L. Civale, A. Kayani, P.M. Niraula, U. Welp, and W.-K. Kwok, Appl. Phys. Lett., 107, No. 19: 192601 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4935335
H. Matsui, H. Ogiso, H. Yamasaki, T. Kumagai, M. Sohma, I. Yamaguchi, and T. Manabe, Appl. Phys. Lett., 101, No. 23: 232601 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4769836
J. Halbritter, J. Appl. Phys., 68, No. 12: 6315 (1990). https://doi.org/10.1063/1.346875
J. Kermorvant, C.J. van der Beek, J.-C. Mage, B. Marcilhac, Y. Lemaître, J. Briatico, R. Bernard, and J. Villegas, J. Appl. Phys., 106, No. 2: 023912 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3079520
E. Babaev, Phys. Rev. Lett., 89, No. 6: 067001 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.067001
M.A. Silaev, Phys. Rev. B, 83, No. 14: 144519 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.144519
Y. Tanaka, Supercond. Sci. Technol., 28, No. 3: 034002 (2015). https://doi.org/10.1088/0953-2048/28/3/034002
S.-Z. Lin, J. Phys.: Condens. Matter, 26, No. 49: 493202 (2014). https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/49/493202
S.-Z. Lin and L.N. Bulaevskii, Phys. Rev. Lett., 110, No. 8: 087003 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.087003
A.O. Pokusinskyi and A.L. Kasatkin, Low Temp. Phys., 50, No. 2, 111 (2024). https://doi.org/10.1063/10.0024321