Анотація до роботи:

Свечніков В.Л. Мікроструктура та механізми росту ВТНП плівок та монокристалів – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, Київ, 2002.

Комплексне дослідження структури надпровідних плівок та монокристалів за допомогою таких методів як електронна мікроскопія атомного розрізнення, рентгенівських методів та вимірів надпровідних властивостей продемонструвало роль дислокацій у збільшенні густини критичного струму та у зменшенні поверхневого опору плівок. Наведено дані про наявність у тонких плівках YBCO великої кількості дислокацій та проаналізовано механізми їх виникнення. Дислокаційна субструктура в плівках прив'язана до кутових і польових залежностей критичного струму та до зміни поверхневого ВЧ опору. Проведена оптимізація структури на базі знайдених закономірностей ії формування дала можливість створити плівки з бажаними електро-фізичними властивостями.

Вирішено наукову проблему - встановлено механізми утворення основних типів дефектів кристалічної структури у ВТНП плівках та монокристалах. З'ясовано вплив зовнішніх факторів – температури підкладки, тиску газової суміші, впливу стану поверхні підкладки на формування наперед заданої дислокаційної та фазової субструктури в плівках YBCO.

Основні наукові підсумки:

1. Розроблено оригінальні методи як спостереження дефектів кристалічної будови плівок та монокристалів YBCO за допомогою електронної мікроскопії атомного розрізнення, так і встановлення домінуючого типу дислокацій в плівках за допомогою рентгенівської дифракції.

2. Продемонстровано, що на відміну від монокристалів де домінуючими дефектами є вакансії та границі двійників, під час росту плівок YBCO в них виникають крайові дислокації у субграницях з густиною 10¹¹ см^-2.

3. Відзначено принципову різницю в будові ядра гвинтової та крайової дислокацій. Так, якщо гвинтові дислокації мають широке (15 - 20 нм) і збіднене міддю ядро, у крайової дислокації ширина ядра в 10 разів менше і воно є збагаченим на мідь.

4. Встановлено механізми утворення дислокацій для різних відносних різниць періодів граток в площині інтерфейсу. Показано, що для малого (менше одного відсотку) значення параметра несумісності структура плівки не є релаксованою на значній відстані від інтерфейсу і формування дислокацій контролюється кінетикою осадження. Для більшості уживаних підкладок (несумісність становить 2 - 3 відсотки) ріст плівки YBCO відбувається шляхом збільшення розмірів окремих “острівків” та їх зустрічі. Під час цього процесу в великих за розмірами острівках формується субструктура з низько-кутових границь та кутових [001] дислокацій. Знайдено, що виникнення на інтерфейсі реакційного прошарку веде до релаксації структури плівки у зв’язку з чим в ній утворюються інтерфейсні дислокації.

5. Проаналізовано вплив структури буферного прошарку на формування дислокацій в плівках YBCO. Якщо структура цього прошарку є вільною від напруги (тобто релаксованою), дефекти на його поверхні спричиняють появу великої кількості [001] дислокацій в плівці. Навпаки, за умови збереження напруженого стану структури буферного прошарку, в плівці утворюються крайові дислокації в площині (001). Знайдено, що одним з шляхів запобігання релаксації структури буферного прошарку є зменшення його товщини.

6. З’ясовано механізми утворення дислокацій в плівках що були вирощені за температури підкладки 680 - 800^оС. За відносно низької температури підкладки, релаксація вздовж вісі С в С-орієнтованій плівці викликає появу великої кількості дефектів укладки в площинах (001) разом з відповідними частковими дислокаціями. Для температури підкладки 740 - 750^оС в плівках відбуваються процеси пов’язані з ротаційною релаксацією відносно вісі С, що в свою чергу сприяє появі в структурі плівки низько-кутових границь та [001] кутових дислокацій. В релаксованій структурі плівок, що були вирощені за підвищеної температури підкладки (760 - 800^оС) головними лінійними дефектами є дислокації в площині (001) та гвинтові дислокації.

7. Запропоновано теоретичну модель зародження і росту тонких ВТНП плівок. На відміну від відомих моделей Франка-ван дер Мерве, Крастанова-Странського та Фольмера-Вебера в яких розглянуто тільки епітаксійну орієнтацію плівки, в новій моделі враховано можливість розвороту зародків відносно один одного та відносно підкладки. Запропонована модель не має обмежень на кути азимутального розорієнтування, а також дозволяє надати формальний математичний опис процесу утворення дислокацій в плівках.

8. Досліджено ефект “епітаксійної стабілізації” фаз в плівках ВТНП різного хімічного складу який дозволяє створювати в тонких плівках метастабільні сполуки, які не відповідають за своїм складом діаграмам фазових рівноваг.

9. Проаналізовано послідовність укладки атомних шарів плівок YBCO в залежності від кристалічної структури підкладки. Показано, що ступінь дефектності плівки практично не залежить від того, з якого атомного шару вона починає рости. Цей висновок є важливим для здійснення вірного вибору методу приготування плівок YBCO.

10. Досліджено морфологію та текстуру зерен (кристалітів) які були вирощені за різних температур підкладки. Показано, що на відміну від усталеної точки зору що до існування тільки двох текстур росту плівок (А та С), орієнтація кристалітів змінюється завдяки підвищенню температури (001) орієнтованої підкладки як (100)-(101)-(301)-(001). Знайдений ефект може бути використаним під час створення структур ВТНП з домінуючим типом внутрішніх границь.

11. Досліджено механізми зміни орієнтації в плівках YBCO. Показано, що вище від критичної товщини вся плівка змінює свою орієнтацію з С на А. Відзначено, що цей ефект є пов’язаним як з генерацією планарних дефектів в “товстих” плівках завдяки чому змінюється звичайна послідовність укладки площин (001), так і з зменшенням ефективної температури на поверхні товстих плівок. Виявлено, що А-орієнтований ріст плівок може бути стимульованим шляхом штучного модифікування поверхні підкладки.

12. Проведено детальну класифікацію дефектів кристалічної будови ВТНП плівок та монокристалів, проаналізовано їхню роль в формуванні електромагнітних властивостей досліджених об’єктів.

Публікації автора:

А1. Богуславский Ю.М., Шаповалов А.П., Козийчук С.А., Демин С.А., Свечников В.Л. Рост и свойства эпитаксиальных плёнок YBCO с неравновесной структурой // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. – 1991. – Т.4, №.9. – С.1790-1795.

А2. Pan V.M., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L. Structure and transport properties of YBCO thin films and single crystals // Superconductivity and its applications. - Buffalo, N.Y. – 1991. - Inst.Phys.Publ. – P.603-614.

А3. Pan V.M., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L. Kaminskij G.G. Structure and flux flow in thin YBCO films // Supercond.Sci.Technol. – 1992. – Vol.5. – P.48-54.

А4. Svetchnikov V.L., Pan V.M., Solovjov V.F., Zandbergen H.W. YBCO single crystal microstructure related to transport critical current density // Supercond.Sci.Technol. – 1992. – Vol.5. – P.72-75.

А5. Pan V.M., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. Dislocation model of superconducting transport properties of YBCO thin films and single crystals // Cryogenics. – 1993. – Vol.33. – P.21-27.

А6. Шаповалов А.П., Руденко Е.М., Свечников В.Л. Влияние условий осаждения и неоднородности подложки на ориентационные соотношения при эпитаксии YBCO на подложках (001) MgO // Mеталлофизика. – 1993. – Т.15, №8.- С.71-82.

А7. Pan V.M., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. Microstructure of YBCO thin films deposited on heated ZrO₂ substrate // Supercond.Sci.Technol. – 1993. – Vol.6. – P.176-182.

А8. Traeholt C., Wen J.G., Svetchnikov V., Zandbergen H.W. A reliable method of TEM cross section specimen preparation of YBCO films on various substrates // Physica C. – 1993. – Vol.206. – P.318-320.

А9. Traeholt C., Wen J.G., Svetchnikov V., Zandbergen H.W. Nanostructural characterisation of YBCO thin films with various substrates // J.Alloys Compounds,. – 1993. – Vol.195. – P.85-92.

А10. Traeholt C., Wen J.G., Svetchnikov V., Zandbergen H.W. High-resolution TEM on superconducting films // Thin Solid Films. – 1993. – Vol.R28, Nos.1, 2. – P.178-181.

А11. Traeholt C., Wen J.G., Svetchnikov V., Zandbergen H.W. HREM study of the YBCO/MgO interface on an atomic scale // Physica C. – 1994. – Vol.230. – P.297-305.

А12. Pan V.M., Kasatkin A.L., Flis V.S., Svetchnikov V.L. Superconducting transport properties, mechanism of growth and microstructure of deposited HTSC materials // Adv.Cryog.Engng.- 1994. - Vol.40. – P.401-407.

А13. Pan V.M., Solovjov V.F., Freyhard H.C., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. Growth induced structure defects in YBCO single crystals // Physica C. – 1994. – Vol.235. - P.373-374.

А14. Prokhorov V.G., Matsui V., Svetchnikov V., Zandbergen H. Preparation and microstructure of YBCO films prepared by laser ablation // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 1994. – Т.16. – С.61-65.

А15. Pan V.M., Solovjov V.F., Freyhard H.C., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. Anisotropic flux pinning in YBCO single crystals // IEEE Trans. Applied Supercond.. – 1995. – Vol.5, No.2. – P.1892-1895.

А16. Palti A., Snarskij A., Svetchnikov V. On the origin of giant thermopower in YBCO thin films // J.Appl.Phys. - 1995. – Vol.77. – P.2814-2815.

А17. Свечников В.Л., Пальти А., Пан В.М. Простая решеточная модель границы кручения // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 1997. – Т.19, №2, С.74-76.

А18. Barilo S., Shiryaev S., Bychkov G., Orlova N., Svechnikov V., Zandbergen H. Preparation and magnetic properties of Ba_1-xK_xBiO₃ and YBa₂Cu₃O₇ single crystal films // IEEE Trans. Appl. Supercond. – 1997. – Vol.7. – P.1154-1157.

А19. Svetchnikov V., Vysotskij V., Pan V., Formation of screw dislocations in thin epitaxial YBCO films // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 1998. - Т.20, №.4. – С.3-6.

А20. Graboi I.E., Markov N.V., Maleev V.V., Kaul A.R., Polyakov S.N., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W., Dahmen K.H. An improvement of surface smoothness and lattice match of CeO₂ buffer layer on R-sapphire processed by MOCVD // J.Alloys Compounds. – 1997. – Vol.251. – P.318-321.

А21. Samoylenkov S.V., Gorbenko O.Yu., Kaul A.R., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. MOCVD of high quality LuBCO thin films: peculiarities of growth and superconducting properties // J.Alloys Compounds. – 1997. – Vol.251. – P.342-346.

А22. Samoylenkov S.V., Gorbenko O.Yu., Graboi I.E., Kaul A.R., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W. MOCVD of high quality LuBCO thin films // Acta Physica Polonica, -1997. – Vol.92A, No.1. – P.243-247.

А23. Frolich K., Souc J., Rosova A., Machajdik D., Graboi I.E., Svetchnikov V.L., Weiss F. Superconducting YBCO films prepared by aerosol MOCVD on sapphire substrate with CeO₂ buffer layer // Superc.Sci.Technol.- 1997. – Vol.10. –P.657-662.

А24. Pan V.M., Solovjov V.F., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L., Freyhardt H.C., Zandbergen H.W. Abrikosov vortices behaviour in different pinning potential for moderately anisotropic high T_c superconductor//Physics and Material Science of High Temperature Superconductor. NATO ASI Series, Kluwer Academic Press: Dordrecht. - 1997. – Vol. IV. - P.3-25.

А25. Pan V., Tarasov V., Svetchnikov V., Kaul A., Zandbergen H.W. RF-properties and fine structure MOCVD-grown thin superconducting films // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 1998. – Т.20, №4. – С.3-6.

А26. Pan V.M., Svetchnikov V.L., Traeholt C., Zandbergen H.W. Formation of edge dislocations in thin epitaxial films // IEEE Trans. Appl. Supercond. – 1997. – Vol.7. – P.1396-1398.

А27. Svetchnikov V. Edge and screw dislocations in epitaxial thin films // Brazilian Journal Mat.Sci. Engng. – 1997. - Vol.1, No.1. – P.60-64.

А28. Svetchnikov V., Edge dislocations in YBCO films // Металлофизика и Новейшие Технологии. –1998. – Т.20, Nо.3. – С.52-58.

А29. Pan V.M., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L., Komashko V.A., Popov A.G., Freyhard H.C., Zandbergen H.W. Critical current density in highly biaxially-oriented YBCO films // IEEE Trans.Appl. Supercond.- 1999. – Vol.9, No.2. – P.1535-1538.

А30. Pan V.L., Kasatkin A.L., Flis V.S., Komashko V.A., Svetchnikov V.L., Popov A.G., Pronin A.V., Karasevskaja O.P., Snead C.L., Suenaga M. J_c(H,T) dependencies for YBCO films // Inst.Phys.Ser.- 1999. – Vol.167. - P. 699-702.

А31. Lorenz M., Hochmuth H., Natusch D., Lippold G., Svetchnikov V.L., Kaiser T., Hein M.A., Schwab R., Heidinger R. Ag-double-sided PLD-YBCO thin films for passive microwave devices in future communication systems // IEEE Trans.Appl. Supercond.- 1999. – Vol.9, No.2. – P.1936-1939.

А32. Zandbergen H.W., Jansen J., Svetchnikov V., Graboy I.E., Samoylenkov S., Gorbenko O., Kaul A. The structure of BaCa₃O₄ particles occuring in epitaxial HoBa₂Cu₃O₇ films prepared by MOCVD // Physica C. – 1999. – Vol.328, Nos.3-4. – P.211-220.

А33. Pan V.M., Kasatkin A.L., Flis V.S., Komashko V.A., Svetchnikov V.L., Pronin A.V., Snead C.L., Suenaga M., Zandbergen H.W.Vortex pinning/dynamics in YBCO films with J_c(77K)> 3 x10⁶ A/cm² studied by direct transport measurements // J.Low-Temperat.Phys. – 1999. – Vol.117, Nos.5-6. – P.1537-1541.

А34. Zandbergen H.W., Connolly E., Graboy I.E., Svetchnikov V.L., Kaul A.R. HREM Characterization of Interfaces of YBCO/CeO₂/Al₂O₃ structures // Physica C. – 2000. – Vol.329. – P.37-41.

А35. Komashko V.A., Popov A.G., Svetchnikov V.L., Pronin A.V., Melnikov V.S., Galkin A.Y., Pan V.M., Snead C.L., Suenaga M. Critical current density of thin YBCO films on buffered sapphire substrates // Superc.Sci.Techn. – 2000. – Vol.13, No.2. – P.209-214.

А36. Pan V.M., Komashko V.A., Flis V.S., Kasatkin A.L., Svetchnikov V.L., Karasevskaja O.P., Popov A.G., Pronin A.V., Svead C.L. , Suenaga M., Zandbergen H.W. Vortex pinning in perfect YBCO films studied by transport current measurements // Physica B. – 2000. – Vol.284, Part 1. – P.831-832.

А37. Lorenz M., Hochmuth H., Natusch D., Thaerigen T., Svetchnikov V.L., Zandbergen H.W., Schaeffer C., Kaestner G., Hesse D. Microstructure of YBCO/SrTiO3/YBCO PLD thin films on sapphire for microwave applications // Mat.Res.Soc.Proc. - 2000. - Vol.603. – P.163-168.

А38. Lorenz M., Hochmuth H., Natusch D., Kusunoki M., Svetchnikov V.L., Riede V., Stanca I., Kaestner G., Hesse D. High-quality YBCO thin films by PLD-ready for market applications // IEEE Trans.Appl.Supercond. - 2001. – Vol.11, No.1. – P.3209-3212.

А39. Pan V.M., Komashko V.A., Flis V.S., Svetchnikov V.L., Karasevskaja O.P., Lorenz M., Ivanuta A.N., Melkov G.A., Pashitskii G.A., Zandbergen H.W. Linear defects in epitaxial YBCO films: their role in anisotropic vortex pinnning and microwave surface resistance // IEEE Trans.Appl.Supercond.- 2001. – Vol.11, No.1. – P.3209-3212.

А40. Belousov I., Linzen S., Seidel R., Svechnikov V., Zandbergen H.W. Growth of YBCO thin films on silicon buffered by CoSi₂ layers // Physica C. – 2001. – Vol.351. – P.29-33.

А41. Svetchnikov V. TEM on screw dislocations in YBa₂Cu₃O_7-d thin films // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 2001. – Т.23, № 5.– С.691-698.

А42. Свечников В.Л. Расчет напряженного состояния тонких плёнок YBCO на подложках LaAlO₃ // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 2001. – Т.23, №7. – С.997-1002.

А43. Свечников В.Л. Анализ напряженного состояния тонких плёнок YBCO содержащих дислокации // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 2001. – Т.23, №10. – С.1333-1341.

А44. Свечников В.Л. Анализ внутренних разориентировок в тонких плёнках YBa₂Cu₃O_7d. // Металлофизика и Новейшие Технологии. – 2001. – Т.23, №12. – С.1613-1619.

А45. Pan V.M., Flis V.S., Karasevskaja O.P., Matsui V.I., Peshko L.I., Svetchnikov V.L., Lorenz M., Ivanjuta A.N., Melkov G.A., Pashitskij E.A., Zandbergen H.W. Effect of growth-induced linear defects on high frequency properties of pulse-laser deposited YBCO films. // J.Supercond. - 2001. – Vol.14, No.1. - P.105-114.