Анотація до роботи:

Горєлов Б.М. Дефектоутворення в низьковимірних металоксидних системах в умовах зовнішніх збурень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005 р.

Дисертація присвячена вивченню дефектоутворення, еволюції та переносу дефектів в двовимірних металоксидних купратних системах YBa₂Cu₃O_7- з вмістом кисню 0<1, (Bi_0.8Pb_0.2)₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ та в одновимірних системах –ланцюжках молекул води в кристалічній гратці оксидів металів і сполуках кристалогідратів під впливом зовнішніх збурень. В якості збурень використані радіаційне опромінення малими флюенсами швидких нейтронів f1.0510¹⁴ см^-2 та дозами g - квантів D300 кГр, фізично адсорбовані молекули води та імпульсне надвисокочастотне опромінення з потужністю імпульсів 10⁴ -10⁶ Вт. Основні дослідження виконані методами позитронної спектроскопії, оже-електронного аналізу та дифузії мічених атомів.

Встановлено, що в металоксидних купратних сполуках вплив зовнішніх збурень має загальні закономірності. В YBa₂Cu₃O_7- збурення стимулюють підпорогове утворення дефектів катіонів в проміжних шарах, інтенсивність якого падає зі зменшенням вмісту кисню, перетворення кластерів вакансій такі, як зміни їх радіуса та числа, перенос дефектів вздовж вісі с кристалів та скупчення дефектів в тонкому шарі біля поверхні кристалів, блокування об’ємних та поверхневих дифузійних переходів атомів металів. Механізм підпорогового дефектоутворення обумовлений розпадом колективних електронних збуджень. В молекулярних ланцюжках g -опромінення дозами 10-50 кГр стимулює два види іонного переносу, а при D150 кГр подавлює перенос іонних дефектів. Матричні системи з включеннями сполук з кристалізаційною водою є поглиначами електромагнітного випромінювання при температурах 50-82 ^оС.

В дисертаційній роботі вивчена проблема дефектоутворення в низьковимір- них металоксидних системах під впливом слабких зовнішніх збурень. Збурення різ-ної природи, які безпосередньо не створюють дефекти в об’ємі кристалів (фізично адсорбовані молекули води, НВЧ опромінення), або утворюють мале число радіацій- них дефектів (опромінення малими дозами елементарних частинок) стимулюють інтенсивне підпорогове дефектоутворення в шаруватих купратних сполуках. Меха-нізм низькоенергетичного утворення дефектів зв’язаний з розпадом колективних електронних збуджень.

В квазіодновимірних молекулярних ланцюжках малі дози радіаційного опро-мінення стимулюють два канали протонного переносу, де енергетичний спектр іонів може різнитися на величину ~10^-6 eВ.

1. Вплив зовнішніх збурень (радіаційного опромінення малими дозами, адсор-бованих молекул води, НВЧ опромінення) в металоксидних купратних сполуках характеризується загальними закономірностями.

Зовнішні збурення стимулюють інтенсивне підпорогове створення дефектів в системі YBa₂Cu₃O_7-d, яке:

- реалізується в проміжних шарах та визначається концентрацією квазічастинок в електронному спектрі системи, має місце при вмісті кисню 0d0.3, та інтенсивність дефектоутворення падає при d1;

- виявляється в зниженні електронної густини в проміжних шарах, змінах швидкості захоплення позитронів, зменшенні с параметра гратки, слабких немонотонних змінах критичної температури та збільшенні частоти коливань апексного кисню;

- характеризується утворенням вакансій катіонів барію і міді, міграцією та перерозподілом кисню між позиціями О1 і О5, перетвореннями власних дефектів кристалів, а саме зміною концентрації та радіуса кластерів вакансій;

- супроводжується переносом атомів вздовж вісі с в об’ємі кристалів, скупченням дефектів в поверхневому шарі та зміною елементного складу поверхні кристалів.

2. Загальний механізм впливу зовнішніх збурень звязаний з тим, що збурення різної природи стимулюють (збуджують) колективні електронні збудження, розпад яких веде до підпорогового утворення дефектів, передачі імпульсу дефектам та їх переносу вздовж вісі с, перетворення дефектів. Стимуляція колективних збуджень обумовлена утворенням збурень електронної густини при радіаційному опроміненні - в околиці радіаційних дефектів в обємі кристалів, при адсорбції води - в околиці дефектів на поверхні кристалів, утворених шаром фізично зв'язаної води та при НВЧ опроміненні – через послаблення затухання Ландау збуджень при неоднорідному нагріві в НВЧ полі носіїв з різними ефективними масами.

3. Зовнішні збурення стимулюють блокування дифузійних переходів атомів металів та подавлення об'ємних дифузійних переходів атомів нікелю та золота, які є наслідком скупчення високого числа дефектів в поверхневому шарі кристалів металоксидних купратних сполук.

4. Вид адсорбції води в металоксидних купратних сполуках при сталій (кімнатній) температурі визначається тиском пари. При тиску р<16 торр має місце

поверхнева адсорбція. З ростом тиску після сформування полішару фізично зв'язаної води виявляється об'ємна адсорбція. При короткій експозиції (до 120 хв) домінує фізична адсорбція. При абсорбції в кристалічній гратці купратів молекули води утворюють чотири зв'язаних стани переважно в міжвузловинах проміжних шарів. Адсорбція та розчинність води в YBa₂Cu₃O_7-d є немонотонні функції вмісту кисню. Немонотонне падіння адсорбції та розчинності має місце в інтервалі 0.1

5. В кристалічній решітці оксидів та кристалогідратів молекули води можуть утворити стійкі квазіодновимірні ланцюжки з водневим зв'язком між молекулами. В

побудові ланцюжків приймають участь молекули двох нееквівалентних зв'язаних станів води. Перенос іонних дефектів в ланцюжках виявляється, коли в кристалічній гратці число молекул Н₂О не менше 10²¹ см^-3 в кожній міжвузловині та достатнє для утворення неперервних ланцюжків. В кристалогідратах з атомами перехідних металів перенос можливий, коли атоми гратки мають ядерний магнітний момент. Протонна провідность характеризується стрибкоподібним ростом при концентрації молекул необхідній для утворення неперервних ланцюжків, величина якого росте з підвищенням температури, та не змінюється зі збільшенням числа молекул в кристалічній гратці. Поведінка переносу з температурою, очевидно, визначається досконалістю та стійкістю ланцюжків, імовірністю утворення іонних дефектів на кінцях ланцюжків. Енергетичний спектр протонів в ланцюжках може бути менше kT (~10^-6 еВ). Подавлення протонного переносу при невисоких температурах (Т 100 ^oC) та малих дозах g- опромінення зв'язано з руйнуванням ланцюжків при термодесорбції та радіолізі води.

6. Сполуки з протонною провідністю та ряд металоксидних систем з різкими температурними залежностями провідності виявляються поглиначами НВЧ випро-мінювання з температурним керуванням поглинання.

Цитована література

1. Tajima S., Schutzmann J., Miyamoto S., Terasaki I., Sato Y., Hauff R. Optical study of c -axis charge dynamics in YBa₂Cu₃O_y : Carriers self-confinement in the normal and superconductivity states / Phys. Rev. B. -1997. -55, No9. –P. 6051- 6060.

2. Пашицкий Э.А. Низкочастотные возбуждения зарядовой плотности / ФНТ. -1995. -21, №10. –С. 995 -1019.

3. Pushka M.J., Nieminen R.M. Theory of positrons in solids and on solid surfaces / Rev. Mod. Phys. -1994. -66, Nо 3. -P. 841-898.

4. Алексанян Г.Г., Берлин А.А., Гольданский А.В., Гринева Н.С., Онищук В.А., Шанторович В.П. Исследования методом аннигиляции позитронов влияния отжига и пластической деформации на микроструктуру полиарилата / Хим. Физика. -1986. -9, №5. –С. 1225 -1234.

5. Williams G.V.M., Tallon J.L., Michalak R., Dupree R. NMR evidence for common superconducting and pseudogap phase diagrams of YBa₂Cu₃O_7-d and La_2-xSr_xCu₂O₄ / Phys. Rev. B. -1996. -54, No10. –P. 6909 -6912.

6. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников / Под ред. Гинзберга Д.М. - М.: Мир, 1990. - 554 с.

7. Дегтяренко Н.Н., Елесин В.Ф., МельниковВ.Л. Расчет парциальных смещений атомов ВТСП под действием высокоэнергетических частиц / СФХТ. -1990. 3, №10. –С. 2516- 2525.

8. Baetzold R.C. Atomistic simulation of ionic and electronic defects in YBa₂Cu₃O₇ / Phys. Rev. B. -1990. -38, No11. –P. 11304 -11312.

9. Горбик П.П., Дякин В.В., Заитов Ф.А., Огенко В.М., Шаляпина Г.М. Исследование диффузии никеля, индия, олова в керамике Y-Ba-Cu-O / СФХТ. -1990. -3, №3. –С. 1654 -1657.

10. Алфеев В.Н., Горбик П.П., Дякин В.В., Огенко В.М., Шаляпина Г.М. Диффузия золота в ВТСП керамике YBa₂Cu₃O_7-d и (Bi_1-хPb_х)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_у / Докл. АН УССР. -1991. -№1. –С. 41 -43.

11. Антонченко В.Я., Давыдов А.С., Ильин В.В. Основы физики воды. К.: Наукова Думка, 1991. - 668 с.

Публікації автора:

1. Алексеенко Б.В., Букалов А.В., Галушка А.П., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Огенко В.М. Влияние малых доз быстрых нейтронов на критическую температуру высокотемпературных сверхпроводников / СФХТ. -1992. -5, №1. –С.100 -102.

2. Адонкин В.Т., Алексеенко Б.В., Галушка А.П., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Мельников В.С., Пшенцова Н.Д., Огенко В.М. Корреляция критической температуры и структурных изменений YBa₂Cu₃O₇ при облучении малыми флюенсами быстрых нейтронов / ФТТ. -1993. -35, №6. –С.1427 -1431.

3. Adonkin V.T., Gorelov B.M., Ogenko V.M., Melnikov V.S., Kevdina I.B., Shantorovich V.P. Defect formation in the intermediate layers of YBa₂Cu₃O_7- superconductors depending on oxygen content / Chemistry, Physics and Technology of Surfaces. -2002. -Issue 8. - P.177 -189.

4. Адонкін В.Т., Галушка О.П., Горбик П.П., Горєлов Б.М., Дякін В.В., Мєльников В. С., Огенко В.М., Шаляпіна Г.М. Вплив малих доз g-опромінення на дифузію нікелю в високотемпературному надпровіднику YBa₂Cu₃O₇ / УФЖ. -1995. -40, №6. –С. 593 -597.

5. Adonkin V.T., Gorelov B.M., Dyakin V.V., Karpov I.I., Prikhodko G.P. Effect of intercalation and exfoliation on positron annihilation lifetimes in graphite / J. Phys. Chem. Solids. -1994. -55, No 5. –P. 443 -446.

6. Бакунцева М.В., Горелов Б.М., Мищук О.А. Адсорбция воды и ее влияние на элементный состав (Вi_0.8Pb_0.2)₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ / Металлофизика и новейшие технологии. -2003. -25, №1. –С. 67-80.

7. Горелов Б.М., Морозовская Д.В., Пашков В.М., Сидорчук В.А. Адсорбция молекул воды в иттрий – бариевых купратных сверхпроводниках / ЖТФ. -2000. -70, №9. –С. 50 -56.

8. Gorelov B.M., Dyakin V.V., Kashin G.N., Machnuk V.I., Morozovska D.V. Effect of physical and chemical adsorption of water molecules on YBa₂Cu₃O_7-d surface composition / J. Electr. Spectr. and Related Phenomena. -1994. -70. –P. 161-165.

9. Горелов Б.М. Коллективное дефектообразование в высокотемпературном сверхпроводнике YBa₂Cu₃O₇ под действием адсорбированных молекул воды / ЖЭТФ. -1999. -116, №8(2). –С. 586 -603.

10. Горєлов Б.М., Горбик П.П., Дякін В.А., Кашин Г.М., Міронцов Л.І., Морозов- ська Д.В., Огенко В.М., Шаляпіна Г.М. Вплив фізичної та хімічної адсорбції молекул води на дифузію нікелю у високотемпературному надпровіднику YBa₂Cu₃O_7-d / УФЖ. -1994. -39, №11,12. –С. 1108 -1112.

11. Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Миронцов Л.И., Мельников В.С., Морозовская Д.В., Огенко В.М., Шаляпина Г.М. Поверхностная диффузия никеля в металлоксидных высокотемпературных сверхпроводниках / УФЖ. -1993. -38, №1. –С. 84 -88.

12. Adonkin V.T., Gorelov B.M., Ogenko V.M. Positron spectroscopy of YBa₂Cu₃O₇ with physically and chemically adsorbed molecules of water / Functional Materials. -1995. –2, No 2. –P. 218 -221.

13. Adonkin V.T., Gorelov B.M., Ogenko V.M., Melnikov V.S., Kevdina I.B., Shantorovich V.P., Shalyapina G.M. Subthreshold defect formation in YBa₂Cu₃O_7- superconductors at nonuniform heating of electron zas / Chemistry, Physics and Technology of Surfaces. -2002. - Issue 7. - P. 69 -81.

14. Горелов Б.М., Коротченков О.А., Островский И.В., Шейнкман М.К. Ионизация ультразвуком глубоких центров в сульфиде цинка / Письма в ЖТФ. -1985. -11, №21. – С. 1315 -1319.

15. Горелов Б.М. Захват электронов дислокациями в сверхвысокочастотном поле в сульфидах цинка и кадмия / Письма в ЖТФ. -2005. -31, №1. –С. 82 -87.

16. Горелов Б.М., Мельников В.С., Огенко В.М., Шаляпина Г.М. Блокировка диф-фузионных переходов атомов металлов при возбуждении слабозатухающих плазмонов / ЖТФ. -2001. -71, №9. –С. 49 -53.

17. Горелов Б.М., Конин К.П., Морозовская Д.В. Динамическая проводимость, стимулированная кристаллизационной водой / ЖТФ. - 2000. -70, №11. –С. 54-57.

18. Горелов Б.M., Koнин K.П., Koвaль В.В., Oгeнкo В.M. Отражение сверхвысо- кочастотного электромагнитного излучения при переходе диэлектрик-металл в диоксиде ванадия / Письма в ЖТФ. -2001. –27, №.4. –С. 57 -61.

19. Бакунцева М.В., Горелов Б.М., Васильев М.А., Мищук О.А. Перенос дефектов в высокотемпературном сверхпроводнике (Bi_0.8Pb_0.2)₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ под дейст-вием g- облучения / Металлофизика и новейшие технологии. -2002. -24, №1. –С. 41 -52.

20. Горелов Б.М., Сидорчук В.А. Немонотонная абсорбция в иттрий -бариевых купратах / ЖТФ. -2004. -74, №11. –С. 138 -140.

21. Adonkin V.T., Gorelov B.M., Gorbic P.P., Dyakin V.V., Mirontsov L.I., Ogenko V.M., Shalyapina G.M. Surface diffusion of nickel in metal oxide superconductors and external effects / React. Kinet. Catal. Lett. -1993. -50, Nо1, 2. –P. 235 -241.

22. Adonkin V.T., Gorelov B.M., Morozovska D.V., Ogenko V.M. Effect of water adsorption on positron lifetimes in barium oxide and peroxide / Colloids and Surfaces. -1995. –101. –P. 233 -238.

23. Горелов Б.М., Конин К.П. Перенос ионных дефектов по водным цепочкам в гидрате сульфата меди / Письма в ЖТФ. -2004. -30, №20. –С. 83 -88.

24. Алексеенко Б.В., Галушко Л.В., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Заитов Ф.А., Огенко В.М., Шаляпина Г.М. Исследование растворимости, диф-фузии и влияния примесей кадмия на свойства поликристаллических ВТСП YBa₂Cu₃O_7-d и (Bi_1-хPb_х)₂Sr₂Ca₂C₃O_у / СФХТ. -1992. -5, №6. –С. 1063 -1070.

25. Алексеенко Б.В., Букивская Г.А., Галушко Л.В., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дубинин В.Н., Миронцов Л.И., Пилянкевич Е.П., Погорелый А.А., Бритов А.Д., Расулова Г.К., Бакунцева М.В., Савощенко В.С., Швец Л.А. Получение и свойства высокотемпературных сверхпроводящих керамических материалов в системах Y-Ba-Cu-O и Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O / Диэлектрики и полупроводники. -1991. -№39. –С. 74 -80.

26. Алексеенко Б.В., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Огенко В.М. Влияние СВЧ электромагнитного поля на Y-Ba-Cu-O сверхпроводники. Проблемы высокотемпературной сверхпроводимости. Сб. науч. тр. К.: Науко- ва Думка, 1989. –С. 56-58.

27. Алексеенко Б.В., Галушко Л.В., Горбик П.П., Дякин В.В., Заитов Ф.А., Горелов Б.М., Огенко В. М., Шаляпина Г.М. Исследование растворимости и влияния примесей Ni, In, Sn на свойства высокотемпературных сверхпро-водящих материалов YBa₂Cu₃O_7-d и (Pb_хBi_1-х)₂Sr₂Ca₂C₃O_у / Вопросы оборонной техники. -1991. - сер. 11, №4 (130). –С. 8 -11.

28. Способ обработки сверхпроводника: А.с. 17521150 СССР, МКИ Н 01 L39/24, Н 01 В12/00. /Алексеенко Б.В., Галушко А.П., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Марченко В.И., Огенко В.М., Чуйко А.А. -№4765638/25; Заявл. 08.12.89; Зарегист. 01.04.92, 6 с.

29. Способ обработки сверхпроводника: А.с. 17521151 СССР, МКИ Н 01 L39/24, Н 01 В12/00. /Алексеенко Б.В., Букалов А.В., Галушко А.П., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Марченко В.И., Огенко В.М., Чуйко А.А. -№4765850/25; Заявл. 08.12.89; Зарегист. 01.04.92, 6 с.

30. Способ получения сверхпроводящей керамики: А.с. 1766225 СССР МКИ Н 01 L39/12, Н 01 В12/00. / Галушко Л.В., Горбик П.П., Горелов Б.М., Дякин В.В., Мельников В.С., Огенко В.М., Чуйко А.А. -№4828418/25; Заявл. 28.05.90; Зарегист. 01.06.92, 8 с.