Известно, что в сверхпроводящей керамике YBa₂Cu₃O_7-z с орторомбической решеткой по мере уменьшения содержания кислорода происходит уменьшение температуры перехода в сверхпроводящее состояние T_c, и при z>0.6 сверхпроводимость исчезает, решетка становится тетрагональной и одновременно появляется антиферромагнитное упорядочение подрешетки Cu (2) [1,2]. Замещение в керамике YBa₂Cu₃O₇ части атомов меди атомами железа (т. е. образование твердого раствора YBa₂Cu_3-xFe_xO_7+y) сопровождается аналогичными эффектами: по мере возрастания x уменьшается T_c, при x>0.05 происходит перестройка орторомбической решетки в тетрагональную, при x>0.45 сверхпроводимость исчезает [3]. Наиболее существенным моментом является факт сосуществования в керамике YBa₂Cu_3-xFe_xO_7+y в области составов 0.03<x<0.45 сверхпроводимости и магнитного упорядочения атомов железа в узлах меди (последнее установлено методом мессбауэровской спектроскопии на изотопе ⁵⁷Fe в большом числе работ [4-7]. Однако остается неясным, связано ли магнитное упорядочение атомов железа в решетке YBa₂Cu_3-xFe_xO_7+y с магнитным упорядочением атомов меди (см., например, [8]). Для решения этого вопроса перспективным представляется использование эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопе ⁶¹Cu (⁶¹Ni): после распада материнского ядра ⁶¹Cu в узле меди образуется мессбауэровский зонд ⁶¹Ni, ядерные параметры которого позволяют надежно регистрировать магнитное упорядочение в узлах меди [9]. Для исследований были использованы две пары образцов: YBa₂Cu₃O_6.96 (орторомбическая модификация, T_c=92 K), YBa₂Cu₃O_6.1 (тетрагональная модификация, T_c<4.2 K) и YBa₂Cu_2.8Fe_0.2O_7.03 (тетрагональная модификация, T_c=50 K), YBa₂Cu_2.5Fe_0.5O_7.18 (тетрагональная модификация, T_c<4.2 K). Образцы YBa₂Cu₃O_6.96 и YBa₂Cu_3-xFe_xO_7+y готовились методом высокотемпературного твердофазного синтеза. В качестве компонент использовались Y₂O₃, CuO, Fe₂O₃ (обогащение по изотопу ⁵⁷Fe составляло 92 %) и BaCO₃. После спекания при 900^oC в течение 20 h на воздухе образцы подвергались отжигу в токе кислорода при температуре 920^oC в течение 70 h с последующим охлаждением со скоростью 5 K/min. Отжиг образца YBa₂Cu₃O_6.96 при температуре 800^oC в течение 2 h при постоянной откачке приводил к получению YBa₂Cu₃O_6.1. Легирование образцов изотопом ⁶¹Cu проводилось диффузионным отжигом при 450^oC в течение 30 min в токе кислорода (кроме образца YBa₂Cu₃O_6.1, который легировался диффузионным отжигом при 650^oC в течение 30 min при откачке). Для контрольных образцов не отмечалось изменений структуры, величины T_c или содержания кислорода. Согласно [10], описанная процедура гарантирует вхождение изотопа ⁶¹Cu в медные узлы решетки. Эмиссионные мессбауэровские спектры ⁶¹Cu (⁶¹Ni) снимались при 80 и 4.2 K на промышленном спектрометре, стандартным поглотителем служил сплав Ni_0.86V_0.14 с поверхностной плотностью 1500 mg/cm². Типичные спектры приведены на рис. 1. В Y-системе атомы меди занимают две кристаллографически неэквивалентные позиции Cu (1) и Cu (2), заселенные как 1:2. В соответствии с этим экспериментальные мессбауэровские спектры ⁶¹Cu (⁶¹Ni) указанных керамик мы представляли как наложение двух мультиплетов, отвечающих центрам ⁶¹Ni²⁺ в узлах Cu (1) и Cu (2). Каждый мультиплет описывался суперпозицией либо пяти линий с относительными интенсивностями 10:4:1:6:9 (в случае чистого квадрупольного взаимодействия), либо двенадцати линий с относительными интенсивностями 10:4:1:6:6:3:3:6:6:1:4:10 (в случае комбинированного квадрупольного и зеемановского взаимодействий), а положение линий мультиплета определялось как разность собственных значений E^I_m гамильтониана комбинированного сверхтонкого взаимодействия возбужденного и основного состояний ⁶¹Ni E^I_m=& mgbeta_NH+ l eQU_zz/4I(2I-1) r &x =<ft 3m²-I(I+1) =<ft (3cos²theta-1)/2 , где I - спин ядра, H - магнитное поле на ядре, U_zz - главная компонента тензора градиента электрического поля (ГЭП) на ядре, theta - угол между главной осью тензора ГЭП и направлением магнитного поля, m - магнитное квантовое число, Q - квадрупольный момент ядра, g - ядерный g-фактор, beta_N - ядерный магнетон. Приведенная формула справедлива для аксиально-симметричного тензора ГЭП как для gH>> eQU_zz, так и для H=0 (но в последнем случае следует брать theta=0^o). [!b] Эмиссионные мессбауэровские спектры ⁶¹Cu (⁶¹Ni) при 80 K керамик YBa₂Cu₃O_6.96 ( a) и YBa₂Cu₃O_6.1 ( b). Показано положение компонент мультиплетов, отвечающих центрам ⁶¹Ni²⁺ в узлах Cu (1) (I) и Cu (2) (II). Расчетный спектр подгонялся к экспериментальному методом наименьших квадратов, причем подгоночными параметрами были не параметры отдельных линий, а параметры гамильтониана H и U_zz3cos²theta -1)/2, а также положения центров тяжести мультиплетов. Поскольку в мессбауэровских спектрах ⁶¹Ni не наблюдается изомерного сдвига [11], мы следили за тем, чтобы центр тяжести расчетного мультиплета не отклонялся от нулевой скорости больше чем на ±0.05 mm/s. Мессбауэровский спектр ⁶¹Cu (⁶¹Ni) сверхпроводящей керамики YBa₂Cu₃O_6.96 представляет собой суперпозицию двух квадрупольных мультиплетов, отвечающих центрам ⁶¹Ni (1) и ⁶¹Ni (2). На рис. 1, a показаны положения компонент соответствующих мультиплетов и их относительные интенсивности. Отношение площадей под спектрами ⁶¹Ni (2) и ⁶¹Ni (1) P=1.95 (5), что близко к отношению заселенностей узлов Cu (2) и Cu (1). Полученные параметры спектров следующие: eQU_zz=32 (2) MHz для центров ⁶¹Ni (1) и eQU_zz=-54 (2) MHz для спектров ⁶¹Ni (2) (здесь Q - квадрупольный момент ядра ⁶¹Ni в основном состоянии). Мессбауэровский спектр ⁶¹Cu (⁶¹Ni) полупроводниковой керамики YBa₂Cu₃O_6.1 (рис. 1, b) представляет собой суперпозицию квадрупольного мультиплета, отвечающего центрам ⁶¹Ni²⁺ в узлах Cu (1) (|eQU_zz|<30 MHz), и мультиплета, отвечающего центрам ⁶¹Ni²⁺ в узлах Cu (2), причем тонкая структура последнего спектра обязана своим происхождением комбинированному сверхтонкому (зеемановскому и электрическому квадрупольному) взаимодействию (eQU_zz=-48 (3) MHz, H=85 (5) kOe, theta=90 (10)^o). Отношение площадей под спектрами ⁶¹Ni (2) и ⁶¹Ni (1) остается равным отношению заселенностей узлов Cu (2) и Cu (1) в решетке YBa₂Cu₃O₇ (P=1.97 (5)). Спектры на рис. 1 иллюстрируют возможности эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопе ⁶¹Cu (⁶¹Ni) для наблюдения магнитного упорядочения медной подрешетки керамики YBa₂Cu₃O_7-z при уменьшении содержания кислорода. [!tb] Эмиссионные мессбауэровские спектры ⁶¹Cu (⁶¹Ni) при 4.2 K керамик YBa₂Cu_2.8Fe_0.2O_7.03 ( a) и YBa₂Cu_2.5Fe_0.5O_7.18 ( b). Для спектра a показано положение компонет мультиплетов, отвечающих центрам ⁶¹Ni²⁺ в узлах Cu (1) (I) и Cu (2) (II). Мессбауэровский спектр ⁶¹Cu (⁶¹Ni) сверхпроводящей керамики YBa₂Cu_2.8Fe_0.2O_7.03 представляет собой наложение двух квадрупольных мультиплетов (рис. 2, a), параметры которых близки к параметрам соответствующих спектров керамики YBa₂Cu₃O_6.96, хотя отношение площадей под спектрами ⁶¹Ni (2) и ⁶¹Ni (1) существенно отличается от ожидаемого значения (P=4.0 (4) ). Это, очевидно, связано как с уменьшением доли центров Cu (1) (из-за частичного замещения части узлов Cu (1) примесными атомами железа ), так и с влиянием на параметры мессбауэровских спектров ⁶¹Ni примесных атомов железа ( что уменьшает долю невозмущенного спектра от атомов ⁶¹Ni (1) ). Для керамики YBa₂Cu_2.5Fe_0.5O_7.18, в которой сверхпроводимость подавлена, в мессбауэровских спектрах ⁶¹Cu (⁶¹Ni) наблюдается зеемановское расщепление (рис. 2, b). К сожалению, разрешение спектров последней керамики оказалось недостаточным для выделения из экспериментальных спектров компонент, отвечающих центрам ⁶¹Ni²⁺ в узлах Cu (1) и Cu (2). Таким образом, как и в случае керамик YBa₂Cu₃O_7-z, для керамик YBa₂Cu_3-xFe_xO_7+y имеется очевидная корреляция между появлением магнитного упорядочения одной из медных подрешеток и исчезновением явления сверхпроводимости. Для керамики YBa₂Cu_2.8Fe_0.2O_7.03 были также измерены мессбауэровские спектры ⁵⁷Fe (в качестве стандартного источника использовался ⁵⁷Co в палладии). В согласии с литературными данными при T<50 K спектры представляют собой плохо разрешенные зеемановские мультиплеты, отвечающие примесным атомам железа в узлах Cu (1) в состоянии типа "спинового стекла". Таким образом, мы должны констатировать отсутствие корреляции между магнитным упорядочением примесных атомов железа в подрешетке Cu (1) и магнитным упорядочением медных подрешеток керамики YBa₂Cu_2.8Fe_0.2O_7.03. Однако повышение концентрации железа (переход к YBa₂Cu_2.5Fe_0.5O_7.18) сопровождается как полным подавлением сверхпроводимости, так и появлением магнитного упорядочения медной подрешетки. Поскольку в последней керамике часть атомов железа стабилизируется в подрешетке Cu (2), очевидно, именно с этими атомами железа и следует связывать появление магнитного упорядочения медной подрешетки. Работа выполнена при финансовой поддержке Конкурсного центра фундаментального естествознания при Санкт-Петербургском государственном университете (грант N 95-0-7.0-80).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.