Параметры эксперимента:

• Интервал температур 2-300 К
• Индукция магнитного поля – до 14 Т
• Электрический ток – до 250 А
• Температурные зависимости электросопротивления для определения Т_с
• Токовые зависимости электросопротивления  при Т=78 К для определения j_c
• R(B) при Т=78К для определения В_с
• Построение тройной диаграммы критических параметров Т_с, j_c, В_с
• Измерение теплофизических свойств высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП) - теплопроводность λ, теплоемкость с_p
• Измерение термоэлектродвижущей силы в интервале температур 4-300 К
• Измерение эффекта Холла полях до 14 Т

При увеличении дозы облучения до значения 5,6х10¹⁶ cm^-2 температура сверхпроводящего перехода возрастает примерно на 10%, после чего уменьшается до исходных значений. Увеличение T_c связано с изменением дефектной структуры кристаллической решетки и свидетельствует о неоптимальной структуре материала. В идеальном случае, что должно иметь место для монокристаллов, облучение должно приводить к ухудшению критических параметров ВТСП.

Температурная зависимость электросопротивления Y_0,8Sm_0,2Ba₂Cu₃O₇ керамики в различных дозах облучения ⁶⁰Co: Ф=0; 5,6х10¹⁶; 10,9х10¹⁶ cm^-2. На вставках: вверху – дозовая зависимость температур начала, внизу – конца сверхпроводящего перехода.

В области температур до сверхпроводящего перехода доминирует фононный вклад в теплопроводность, а электронная компонента имеет очень малый вклад, который исчезает после перехода материала в сверхпроводящее состояние. Аномалия фононной составляющей, проявляющей максимум перед сверхпроводящим переходом, объясняется подавлением электрон-фононного рассеяния при образовании бозе-конденсата.

Температурная зависимость (Т,К) теплопроводности λ (W\m.K) системы Y-Sm-Ba-Cu-O. Выделена ее фононная (кривая 1) и электронная составляющие (кривая 2).

На образце после синтеза (кривая 1) наблюдаются 3 пика теплоемкости, из которых низкотемпературный совпадает с температурой сверхпроводящего перехода 98К. После 3 и 5-кратного термоциклирования в интервале 4-400К (кривые 2 и 3) пики уменьшаются и затем исчезают. Их исчезновение объясняется наличием и нестабильностью сверхпроводящих фаз при T>100K.
Данный пример показывает информативность теплоемкости как параметра, чувствительного к фазовым переходам в материле.

Температурная зависимость (Т,К) теплоемкости с_р (W/kg.K) системы Y-Sm-Ba-Cu-O.

Много исследований нами было проведено на системе Tl-Ba-Ca-Cu-O, имеющей несколько высокотемпературных фаз, одна из которых Т_с=125К является наибольшей из всех известных ВТСП.
Термоэдс является наиболее чувствительным из всех кинетических параметров к перестройке электронного спектра. Так для таллиевых сверхпроводников знак и поведение термоэдс перед сверхпроводящим переходом позволили определить дырочный тип проводимости и доминирующую роль эффекта фононного увлечения в процессах переноса заряда.

Температурные зависимости удельного cопротивления образцов 2212 и 2223 системы Tl-Ba-Ca-Cu-O.

Температурные зависимости термо-эдс образцов 2212 и 2223 системы Tl-Ba-Ca-Cu-O.

Различие знаков термоэдс и эффекта Холла связано с меньшей подвижностью дырок по сравнению с электронами, концентрация которых меньше. Соотношение концентраций носителей обоих знаков остается постоянным, вплоть до температуры сверхпроводящего перехода.

Температурная зависимость коэффициента Холла и концентрации носителей на один атом Cu.

Приведенные примеры исследований ВТСП материалов свидетельствуют о том, что каждый из методов измерения имеет свои особенности и дает информацию, которую нельзя получить с помощью других методов. Каждый из них дополняет друг друга, а при комплексном использовании они позволяют получить наиболее полную информацию об электронных и сверхпроводящих свойствах ВТСП материалов.

Измерение монокристаллов потребует выполнения дополнительных условий:

• размер кристалла – не менее 1х1х6 мм³
• предварительная кристаллографическая ориентация относительно длиной оси образца
• обеспечение возможности вращения образца в магнитном поле
• выбор способа нанесения контактов, обеспечивающего их омичность и механическую прочность при термоциклировании.

Исследовались монокристаллические образцы ВТСП системы YBa₂Cu₃O₆ в количестве 2 штук. Они представляли собой неориентированные монокристаллы примерным размером 1,5х2х3 мм³.

Их геометрия и размеры не позволяли провести измерения электрофизических свойств, а только определение температурных зависимостей магнитного момента и магнитной восприимчивости в области температур сверхпроводящего перехода в магнитных полях с различной ориентацией относительно кристаллографических областей образцов.

Сотрудниками отдела криогенных исследований были проведены исследования данных монокристаллов:

• рентгенографическая ориентация образцов с целью определения главных кристаллографических осей
• измерения температурных зависимостей магнитного момента при некоторых индукциях магнитного поля, ориентированного
• перпендикулярно и параллельно кристаллографической оси с в области температур сверхпроводящего перехода
• измерения температурных зависимостей действительной и мнимой части магнитной восприимчивости в интервале частот 33-1000 Гц в нулевом магнитном поле.

Температурные зависимости магнитных моментов кристаллов YBa₂Cu₃O₆ №1 и №2 с вектором индукции магнитного поля B параллельно кристаллографической оси с.

Усредненная характеристика температур сверхпроводящего перехода для магнитного поля направленного вдоль оси с.

Температурные зависимости магнитных моментов кристаллов YBa₂Cu₃O₆ №1 и №2 с вектором индукции магнитного поля B перпендикулярно кристаллографической оси с.

Усредненная характеристика температур сверхпроводящего перехода для магнитного поля направленного перпендикулярно оси с.

Для двух ориентаций магнитного поля относительно оси с монокристаллов имеет место следующая тенденция:

• С увеличением магнитного поля температура начала перехода (T_{c beg}) возрастает, что очевидно, так как магнитное поле блокирует начало образования сверхпроводящих электронных состояний. Соответственно, температура окончания перехода (T_{c end}) уменьшается, что приводит к увеличению ширины сверхпроводящего перехода с ростом поля.
• С точки зрения влияния кристаллографической ориентации относительно направления магнитного поля следует, что для случая B перпендикулярно c температура полного сверхпроводящего перехода значительно выше, чем для случая B||c, а ширина перехода ΔT_c в 2,5-3 раза меньше. Это свидетельствует о доминирующей роли в сверхпроводимости связей Cu-O в плоскости ab.