Nr wniosku: 148638, nr raportu: 7220. Kierownik (z rap.): prof. dr hab

Nr wniosku: 148638, nr raportu: 7220. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. Marta Zofia Cieplak
Nadprzewodnictwo przejawia się spadkiem oporu elektrycznego materiału do zera poniżej temperatury zwanej
temperaturą krytyczną (Tk ). Występuje też wypychanie z materiału pola magnetycznego w nadprzewodnikach pierwszego
rodzaju, lub skupianie strumienia pola magnetycznego w tzw. wiry w nadprzewodnikach drugiego rodzaju. Wir
zawdzięcza swoją nazwę budowie: składa się on z nienadprzewodzącego rdzenia, w którym skupiony jest strumień pola,
otoczonego przez nadprzewodzące (ekranujące) prądy wirowe. Za te zadziwiające własności odpowiedzialne jest
wiązanie nośników ładunku w pary zwane parami Coopera. Tworzą one stan kolektywny o energii niższej od energii
pojedynczych nośników, o energię zwaną szczeliną energetyczną; stan ten jest odporny na zaburzenia w niskich
temperaturach. W wielu materiałach oddziaływaniem wiążącym nośniki w pary jest sprzężenie pomiędzy nośnikami i
drganiami sieci krystalicznej (fononami), ale są też takie materiały, w których za mechanizm parowania odpowiadają
wzbudzenia magnetyczne. Pary Coopera mogą być rozerwane przez dostarczenie energii przewyższającej energię
szczeliny. Dzieje się tak w wysokich temperaturach, w obecności silnych pól magnetycznych lub dużej gęstości prądu.
Pary mogą też być rozrywane na skutek silnego rozpraszania na nieporządku sieci krystalicznej: na defektach lub
domieszkach obcych atomów. Efekt zależy od typu nieporządku, i od mechanizmu wiążącego pary, stąd badanie wpływu
nieporządku na nadprzewodnictwo jest pomocne dla zrozumienia mechanizmu parowania. Co ciekawe, nieporządek w
nadprzewodniku drugiego rodzaju może też podwyższać gęstość prądu krytycznego, poniżej którego opór jest zerowy.
Wynika to stąd, że w obecności płynącego prądu wiry mogą się poruszać na skutek siły Lorentza, co prowadzi do
dysypacji energii. Jeśli w materiale istnieją defekty obniżające lokalnie Tk , to energetycznie jest korzystne, by rdzeń wiru
zakotwiczył się w tym miejscu. Zapobiega to ruchowi wiru, i pozwala zachować zerowy opór.
W niniejszym projekcie badaliśmy wpływ nieporządku na nadprzewodnictwo w kilku układach.
W chalkogenkach żelaza, FeTe0.65Se0.35, zbadaliśmy wpływ domieszek metali przejściowych, Co oraz Ni,
podstawianych w miejsce żelaza, na opór elektryczny i efekt Halla. Mechanizm nadprzewodnictwa, odkrytego w tym
związku w 2008 r., nie jest jeszcze znany, ale przypuszcza się, że jest on związany z fluktuacjami magnetycznymi. Jest to
związek wielopasmowy, co oznacza, że istnieje w nim kilka typów nośników prądu, o różnej zależności energii od pędu, i
parę Coopera mogą tworzyć różne nośniki. Nasze badania pokazały, że ewolucja własności wskazuje na obecność dwóch
typów nośników, elektronów i dziur, przy czym koncentracja elektronów rośnie, zaś dziur maleje w miarę
domieszkowania, zmienia się też ich ruchliwość. Nadprzewodnictwo jest niszczone przez domieszki, przy czym w
przypadku Co główną rolę odgrywa dodawanie elektronów, natomiast domieszka Ni tworzy silne centrum rozpraszające
nośniki elektronowe. Wyniki te są istotne dla testowania teoretycznych modeli parowania w tym związku.
Zbadaliśmy ewolucję własności ultracienkich warstw nadprzewodzących ze zmniejszaniem ich grubości, co
prowadzi do wzrostu nieporządku i zmniejszania Tk . Dla ultracienkich warstw niobu (Nb) pokazaliśmy, że wraz ze
zmniejszaniem ich grubości typ nośników dominujących w przewodnictwie elektrycznym zmienia się z nośników
dziurowych na elektronowe, prawdopodobnie na skutek rozpraszania powierzchniowego. Wydaje się, że ta właśnie
zmiana prowadzi do zaniku nadprzewodnictwa w Nb. Z kolei, w cienkich warstwach wysokotemperaturowego
nadprzewodnika La2-xSrx CuO4 , zaobserwowaliśmy bardzo silny wpływ na nadprzewodnictwo naprężeń wymuszonych
przez podłoże, na którym osadzana jest warstwa.
Wreszcie, w strukturach nadprzewodnik/ferromagnetyk, zbudowanych z warstwy Nb osadzonej na
ferromagnetycznej wielowarstwie Co/Pd, zbadaliśmy wpływ nieporządku w postaci domen magnetycznych
wytwarzanych w wielowarstwie, na zależność Tk od pola magnetycznego w warstwie Nb. W nieobecności domen
zależność ta jest liniowa, i ma jedno maksimum w zerowym polu. W obecności domen staje się ona nieliniowa, i ma dwa
maksima. Związane jest to z faktem, że pole magnetyczne wytwarzane przez domenę kompensuje częściowo zewnętrzne
pole magnetyczne, co zmienia warunki wiązania się nośników w pary. W strukturach takich zbadaliśmy także zjawiska
kotwiczenia wirów przez domeny. Pokazaliśmy, że zależnie od geometrii domen, wiry są pułapkowane na brzegu próbki,
lub też łatwiej wnikają do jej wnętrza.