НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ
АМПЛИТУДНО-ЗАВИСИМОЕ
ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ В НИОБИИ
Паль-Валь П.П., Паль-Валь Л.Н., Нацик В.Д., Семеренко Ю.А.
E-mail: palval@ilt.kharkov.ua
В интервале
температур 3<T<300 К методом двойного составного вибратора (частота продольных
колебаний @
88кГц, амплитуда ультразвуковой деформации
5·10-9<e0<7·10-5)
экспериментально изучено амплитудно-зависимое внутреннее трение в
монокристаллах высокочистого (величина приведенного остаточного
электросопротивления RRR ºR300 /R0 =10000) ниобия. Изучаемые образцы имели исходную
плотность ростовых дислокаций ~105¸106.
Изучались как недеформированные, так и деформированные четырехточечным изгибом при
комнатной температуре на epl=0.65%
образцы. Кристаллографическая ориентация продольной оси образца имела
направление <100>.
Изучение амплитудных зависимостей внутреннего трения в ниобии осложняется наличием сложного температурного фона. В том же образце, который использовался при изучении амплитудных зависимостей, в амплитудно-независимой области ранее были получены температурные зависимости декремента d(T) и модуля Юнга E(T). В интервале температур 2-340 К было зарегистрировано два пика на зависимости d(Т): так называемый пик Крамера-Бауэра с температурой локализации в n-состоянии ~2 К (в s-состоянии ~3 К) [1] и a-пик c температурой локализации 240-280 К [2].
Обнаружено, что при низких температурах T<25 К, а также в температурной области вблизи a-пика (210 < Т < 300 К) амплитудные зависимости практически отсутствуют как в недеформированном, так и в деформированном на epl=0.65% образце. При T<Тс=9.3 К сверхпроводящий переход, осуществляемый с помощью магнитного поля, понижает декремент колебаний и модуль упругости. Предварительная пластическая деформация образца приводит к уменьшению декремента колебаний и модуля упругости как в нормальном, так и в сверхпроводящем состояниях. В области температур 25<T<185 К (см. рис. 1) существует критическая амплитуда звука e0с выше которой на зависимостях декремента колебаний d(e0) и дефекта модуля упругости Е(e0) наблюдаются хорошо выраженные амплитудно-зависимые участки, переходящие друг в друга при изменении масштаба e0. Пластическая деформация приводит к увеличению значений критической амплитуды акустической деформации e0с. В условиях линейной релаксации e0<e0с рост температуры сопровождается повышением затухания звука и уменьшением модуля упругости как для исходных, так и для предварительно деформированных образцов.
Функциональный вид амплитудных зависимостей, их поведение при изменении температуры, а также соотношение между величинами амплитудно-зависимого декремента и дефекта модуля позволяют утверждать, что амплитудные зависимости декремента и дефекта модуля в высокочистых монокристаллах Nb обусловлены термоактивированным отрывом дислокаций от центров закрепления.
В области температур 55 – 185 К амплитудные зависимости непротиворечиво описываются как с помощью теории Гранато-Люкке [3], так и в рамках теории термоактивированного дислокационного гистерезиса Инденбома-Чернова [4] (см. рис. 2).
Рис. 1. Амплитудные зависимости декремента колебаний (а) и дефекта модуля (б) в интервале температур 25-185 К в недеформированном образце.
Рис. 2. Температурная зависимость величины силы отрыва дислокации от центров закрепления в относительных единицах: 1, 2, 3 – данные, полученные в рамках теории Инденбома-Чернова для сечений dH = 5·10-5, 1·10-4 и 2·10-4 на рис. 1, соответственно; 4 – значения F(T)/F(100 K), найденные из наклона кривых в координатах Гранато-Люкке.
В рамках
указанных теорий получена оценка энергии связи дислокаций с центрами
закрепления U0 = 0.202±0.004
эВ (в предположении, что период основных колебаний дислокационного сегмента
имеет величину порядка 10-10 с [5]). Кроме того, согласие теории с экспериментом
позволяет сделать вывод об экспоненциальном распределении длин дислокационных
сегментов в изученных кристаллах высокочистого Nb.
1. Нацик В.Д., Паль-Валь П.П., ФНТ 23, 1229 (1997)
2. Нацик В.Д., Паль-Валь П.П., Паль-Валь Л.Н., Семеренко Ю.А., ФНТ 27, 547 (2001).
3.
Granato
A.V., and Lueke K., J. Appl. Phys. 52, 7136 (1981).
4.
Indenbom V.L. and Chernov V.M., Phys. Status Solidi A 14, 347 (1972).
5. Паль-Валь П.П., ФНТ 25, 83 (1999).