Поведение аморфных сверхпроводников в процессе структурной релаксации, под облучением и при термической обработке
|
До настоящего времени между исследователями еще нет полного согласия относительно структуры аморфных материалов и того, что представляет собой аморфное состояние. Теперь уже очевидно, что обычная методика рентгеноструктурного анализа обладает недостаточным разрешением для того, чтобы дать ответы на вопросы, связанные со структурой аморфного материала. Обычно используемая для характеристики материала методика позволяет лишь утверждать, что в данном объекте не наблюдаются кристаллы с размерами, превышающими приблизительно 2,0 нм. Существование меньших кристаллов нереально в виду того, что для многих материалов это значение составляет всего несколько межатомных расстояний. Поэтому говорить о трансляционной симметрии, необходимой для того, чтобы состояние можно было назвать кристаллическим, в данном случае не вполне оправданно. На нереалистичность мелкокристаллической модели аморфного состояния указывают также данные о ширине сверхпроводящего перехода, рассмотренные выше. Исследования аморфных сверхпроводников показали, что изучение сверхпроводящих параметров аморфных сплавов может оказаться (при наличии достаточно обоснованных теоретических построений) весьма полезным косвенным методом, позволяющим проследить структурные изменения в аморфных сплавах. Изменения структуры аморфных сверхпроводников после низкотемпературного отжига приводят к значительным изменениям сверхпроводящих параметров. Трудно переоценить результаты подобных исследований как для понимания процессов, происходящих в аморфных сверхпроводниках, так и для чисто практических целей, когда предполагается, что с помощью низкотемпературного отжига удастся получить новые материалы с уникальными свойствами. В отличие от большинства высокотемпературных и высокополевых сверхпроводящих кристаллических сплавов аморфные сплавы обладают высокой прочностью и достаточно хорошей пластичностью. Кроме того, известно, что для достижения высоких значений такого важного сверхпроводящего параметра, как критическая плотность тока, необходимо обеспечить создание в сверхпроводнике большого количества эффективных центров пиннинга, которыми могут служить межзеренные границы. В этом случае следует получить объект с возможно большим количеством мелких зерен за счет оптимизации процесса термообработки аморфного сплава. В настоящее время накоплено достаточно экспериментальных данных о поведении аморфных сплавов при низкотемпературном отжиге, т. е. отжиге при температурах ниже температуры кристаллизации. В области диаграммы температура — время, где еще не наблюдается кристаллизация сплава (т. е. на рентгенограмме еще отсутствуют кристаллические пики), принято выделять изменения обратимые, такие, которые при понижении температуры исчезают, и необратимые. Оба типа изменений связаны с некоторой перестройкой структуры материала. В области, где не наблюдается образование кристаллитов, поведение всех аморфных металлических сверхпроводящих сплавов весьма однотипно: температура сверхпроводящего перехода понижается при протекании релаксационных процессов в материале. Этот экспериментальный факт, обнаруженный неоднократно, подтверждает вывод, что структура аморфных материалов значительно влияет на их сверхпроводящие свойства. Ввиду этого можно предположить, что наиболее неравновесные состояния аморфных сплавов при одинаковом составе системы будут обладать наибольшей температурой сверхпроводящего перехода. С этим выводом хорошо коррелируют данные о поведении облученных аморфных металлических сверхпроводников. В отличие от кристаллического состояния в процессе облучения температура сверхпроводящего перехода аморфных сверхпроводников несколько повышается, что указывает на образование за счет радиационных повреждений материала еще более разупорядоченной структуры, чем полученная непосредственно в процессе изготовления аморфного материала. Сейчас еще нет единой теории процессов, протекающих в аморфных структурах при обратимой и необратимой релаксациях, а при изготовлении аморфных металлических сплавов технологические параметры недостаточно определены для точного описания состояния, в котором находится исходный материал. Именно этим, видимо, можно объяснить те расхождения в сверхпроводящих параметрах одного и того же материала, которые отмечаются в литературе. Кроме того, обратимые релаксационные процессы при низких температурах (менее 0,4Ткр) могут протекать в течение довольно длительного времени (сотни часов и более). Очевидно, что при дальнейшем понижении температуры эта длительность также возрастает. Поэтому ряд физических величин, измеряемых для аморфных образцов, будут также зависеть от скорости перехода к области рабочих температур, при которых производится измерение соответствующей величины, а также от того, с какой температуры началось охлаждение. К сожалению, этому факту пока еще не уделено должного внимания. При проведении достаточно длительных отжигов при более высоких, чем необходимы для структурной релаксации, температурах наблюдается процесс кристаллизации аморфных металлических материалов время наиболее интенсивно изучаются физико-химические свойства поверхности аморфных лент. Систематический характер носят исследования, выполненные с помощью электронной оже-спектроскопии (ЭОС) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС). |
