Printer Friendly

Investigation into superconducting Y-Ba-Cu-O films containing regions of weak superconductivity and biased at I [much greater than] [I.sub.C]/Stiprios I [much greater than] [I.sub.C] elektros sroves tankio pasiskirstymas plonuose Y-Ba-Cu-O sluoksniuose, turinciuose silpnojo superlaidumo sritis.

Ivadas

II rusies Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-x] (Y-Ba-Cu-O) superlaidininkai, esant temperaturai T, zemesnei nei kritine superlaidininko temperatura [T.sub.c], tampa misriosios busenos. Esant misriajai medziagos busenai kartu koegzistuoja superlaidzioji ir ne-superlaidzioji medziagos fazes (Abrikosov 2004). Misriaja medziagos busena gali sukurti isorinis magnetinis laukas, kurio stipris didesnis uz [H.sub.c1], arba elektros srove, kurios kuriamas magnetinio lauko stipris didesnis uz [H.sub.c1].

II rusies superlaidininkuose misriaja busena realizuoja Abrikosovo magnetiniai sukuriai. Magnetinis sukurys--tai spindulio r ~ [xi] cirkuliarine elektros srove, kurios kuriamas magnetinio lauko srautas lygus magnetinio lauko srauto kvantui [[PHI].sub.0] = h/2e = 2,07 x [10.sup.-15] Wb. Cia [xi]--koherentiskumo ilgis superlaidininke. Stiprinant elektros srove (arba isorini magnetini lauka), bandinyje dideja sukuriu skaicius: N = B/[[PHI].sub.0], cia B--elektros sroves sukurta magnetinio lauko indukcija.

Superlaidininku krizine srove apibreziama maksimalia srove, galincia teketi superlaidininku be pasipriesinimo. II rusies superlaidininkuose si srove siejama su Abrikosovo magnetiniu sukuriu / antisukuriu judejimo pradzia (Pautrat et al. 2003). Sukuriai juda superlaidziuoju sluoksniu statmenai elektros sroves, tekancios sluoksniu, krypciai. Judejimui pradzia duoda sroves kuriama Lorenco jega [F.sub.L] = JB, kurios stipris virsija sukuriu prieraisos jega [F.sub.p] = [J.sub.c]B. Cia J ir [J.sub.c] atitinkamai--elektros sroves, tekancios superlaidininku, ir kritinis superlaidininko sroves tankiai. Ploname superlaidininko sluoksnyje, kai I ~ [I.sub.c], Abrikosovo magnetiniai sukuriai viename superlaidziojo sluoksnio kraste ir antisu-kuriai priespriesiniame kraste pradeda judeti vieni link kitu. Susitike sluoksnio viduryje (ties anihiliacijos linija) sukuriai ir antisukuriai anihiliuoja. Abrikosovo magnetiniu sukuriu judejimas pasireiskia elektriniais nuostoliais, ivertinamais eksperimentuose elektrine itampa, esant temperaturai T < [T.sub.c].

Siame darbe tiriami koherentinio Abrikosovo magnetiniu sukuriu judejimo ypatumai superlaidziajame Y-Ba-Cu-O darinyje, kuriame lazeriu suformuotas [PI] formos sukuriu kanalas. Elektros srovei tekant superlaidininku, tik i kanalo sriti isiskverbes sroves kuriamas magnetinis laukas kanale sudaro stipriai tarpusavyje saveikaujancius Abrikosovo magnetinius sukurius. Darbo rezultatai rodo, kad sukuriu judejimo kohe-rentinis pobudis islieka net tuomet, kai superlaidininku teka srove I [much greater than] [I.sub.c], t. y. ji net simtus kartu virsija kritine superlaidininko srove superlaidziajame sukuriu kanale.

Bandiniai ir tyrimu iranga

Superlaidieji Y-Ba-Cu-O sluoksniai buvo pagaminti cheminio metalu nusodinimo is metalu organiniu garu fazes (MOCVD) metodu ant LaAl[O.sub.3] monokristaliniu padeklu. Uzaugintu sluoksniu, kuriu storis ~0,3 [micro]m, krista-lografine c-asis orientuota statmenai padeko plokstumai.

Krizine superlaidziosios busenos atsiradimo superlaidininke temperatura [T.sub.c.sup.on] = 91,4 K, o krizinis sroves tankis, matuojant nanosekundziu trukmes elektriniais impulsais (Jukna et al. 1999), esant T = 78 K temperaturai, lygus [J.sub.c](78 K) ~1,5 x [10.sup.6]A/[cm.sup.2].

Tyrimui reikalingi 100 [micro]m ilgio ir 50 [micro]m plocio su-perlaidieji Y-Ba-Cu-O dariniai, "ideginti" 2,5 W galios lazerio sviesos spinduliu, sufokusuotu sluoksnio pavirsiuje i s5 um skersmens deme (1 pav.), superlaidininko sluoksniui esant kambario temperaturoje ir inertiniu duju apsuptyje. Saveikaudamas su lazerio spinduliuote superlaidininkas ikaito daugiau kaip T = 670 K temperaturos, kuri literaturoje ivardyta Y-Ba-Cu-O medziagos fazinio virsmo is ortorombines i tetragonine kristaline struktura temperatura (Xie et al. 1989). Lazerio sviesa paveiktos plono sluoksnio sritys prarado deguoni (t. y. x > 0,6 is Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-x]) ir tapo nesuperlaidziomis netgi, kai T [much less than] [T.sub.c.sup.on]. Dariniu ideginimo procesas vykdytas superlaidininko sluoksni pritvirtinus prie kompiuteriu valdomo dvieju koordinaciu staliuko.

Pagamintuose superlaidziuosiuose dariniuose buvo lazeriu suformuotas superlaidusis n formos Abrikosovo magnetiniu sukuriu kanalas. Kanalas formuotas ta pacia optine iranga, lazerio galia sumazinus iki 0,5 W. Mazesne lazerio energija ikaitintos superlaidininko Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-x] sritys prarado tik nedidele dali deguonies t. y. x < 0,2.

[FIGURE 1 OMITTED]

Bandinio, kuriame suformuotas Abrikosovo magnetiniu sukuriu kanalas, savybes skiriasi nuo bandinio be kanalo savybiu (Jukna et al. 2006, 2008). Pavyzdziui, bandiniu su sukuriu kanalu krizine temperatura [T.sub.c] yra pastebimai zemesne, o esant elektrines varzos priklausomybei nuo temperaturos, atsiranda papildomos elektrines varzos priedas (Jukna et al. 2006). Papildomai nustatyta, kad superlaidininko kritines sroves tankis temperaturu intervale nuo 88 iki 89 K sumazeja net ~1000 kartu, lyginant ji su krizine srove bandinio be sukuriu kanalo.

Ankstesniuose darbuose (Sulcas et al. 2011) nustatyta, kad del [PI] formos magnetiniu sukuriu kanalo superlaidziojo darinio srityje tarp tasku A ir A' (zr. 1 pav.), sroves tankis superlaidziosiose bandinio dalyse (t. y. salia sukuriu kanalo) gali padideti net 10 kartu, lyginant ji su sroves tankiu kitose atokiau nuo sukuriu kanalo esanciose bandinio srityse. Minetas sroves tankio padidejimas priklauso nuo kanalo geometrijos (Sulcas et al. 2011). Todel tiketina, kad super-laidziuoju dariniu su sukuriu kanalu tekant elektros srovei, kurios tankis artimas bandinio be kanalo kritiniam sroves tankiui [J.sub.c], tarp kanalo tasku A ir A' taip pat gali atsirasti Abrikosovo magnetiniu sukuriu judejimas.

Tyrimu rezultatai ir ju aptarimas

Tiriant plonasluoksniu superlaidziuju bandiniu su lazeriu suformuotais Abrikosovo magnetiniu sukuriu kanalais elektrines savybes nustatyta, kad ju voltamperinese charakteristikose yra elektrines itampos laipteliai. Laipteliai stebeti tik superlaidziuosiuose bandiniuose su [PI] formos kanalais, esant siauram temperaturu intervalui nuo 85,1 iki 90,2 K. Taciau itampos laipteliu nebuvo superlaidziuju dariniu be sukuriu kanalu voltamperinese charakteristikose.

Itampos laipteliu atsiradimas susietas su sukuriu / an-tisukuriu poru susidarymu ir ju judejimu sukuriu kanalu link anihiliacijos linijos (Jukna et al. 2008). Kiekvienas laiptelis voltamperineje charakteristikoje susijes su energijos nuostoliais, reikalingais papildomos sukurio / antisu-kurio poros kondensacijai superlaidziajame sukuriu kanale (Steponaviciene et al. 2009). Taciau laiptuota voltampe-rine charakteristika formuoja ne tik papildomos sukuriu poros atsiradimas, bet ir sukuriu judejimas sukuriu kanalu. Stiprinant elektros srove, kanalu judanciu magnetiniu sukuriu greitis dideja. Todel itampos laiptelis stipresniu elektros sroviu atveju turetu buti aukstesnis nei silpnesniu sroviu atveju. Eksperimentiniu tyrimu rezultatai parodyti 2 pav., kuriame demonstruojama Y-Ba-Cu-O bandinio su n formos sukuriu kanalu voltamperine charakteristika, ismatuota esant temperaturai T = 87,6 K.

Kokybiniam palyginimui 2 pav. pateikta voltamperine bandinio charakteristika silpnu sroviu atveju (I ~ [I.sub.c]) ir tuo atveju, kai srove I > 200[I.sub.c]. Cia [I.sub.c]--Y-Ba-Cu-O superlaidziojo bandinio kanale kritines sroves stipris.

[FIGURE 2 OMITTED]

Kol voltamperineje bandinio charakteristikoje stebimi itampos laipteliai, tol bandinyje vyksta koherentinis Abrikosovo magnetiniu sukuriu judejimas. Reiktu pastebeti, kad stipresnes elektros sroves atveju (2 pav.) laipteliai atrodo maziau taisyklingos formos. Sis rezultatas gali buti susijes su siuo atveju naudojamos matavimu irangos skales mazesniu jautriu ir papildomu magnetiniu sukuriu judejimu superlai-dziojo bandinio dalyje, lokalizuotoje tarp A ir A' tasku (1 pav.).

Kruopsciais itampos laipteliu aukscio tyrimais pavyko nustatyti, kad laipteliu aukstis [DELTA]U ~ 7,5 [micro]V islieka nekintamas [+ or -] 5% paklaidu ribose (3 pav.). Jei silpnu ir vidutinio stiprio elektros sroviu atvejais ( 0 < I < 1,6 mA) laiptelio aukstis nesikeicia (3 pav.), tai elektros srovei virsijus I > 1,6 mA verte, itampos laipteliu aukstis oU turi tendencija mazeti.

Koherentinis Abrikosovo magnetiniu sukuriu judejimas gali buti stebimas tik labai silpnos sukuriu prieraisos prie prieraisos centru jegos atveju, t. y. kai [F.sub.L] [much greater than] [F.sub.p]. Koherentinis judejimas gali vykti tik patenkinus tam tikras specifines salygas: jis gali atsirasti tik tuose superlaidziuosiuose plonuosiuose sluoksniuose, kuriuose sukurio / antisukurio atsiradimo laikas sluoksnio krastuose lygus ju lekio laikui iki sukuriu anihiliacijos linijos ir paciai anihiliacijai (Yuzhelevski et al. 1999). Jei sukuriu / antisukuriu atsiradimo laikas susijes su konkretaus superlaidininko specifinemis savybemis, tai sukuriu judejimo greitis superlaidininke valdomas elektros sroves, tekancios superlaidininku, kuriamos Lorenco jegos [F.sub.L] stipriu. Tad, tiksliai parenkant [F.sub.L], galima sukurti palankias salygas Abrikosovo magnetiniu sukuriu koherentiniam judejimui.

[FIGURE 3 OMITTED]

Turint mintyje, kad magnetiniu sukuriu tankis sukuriu kanale nevienodas, priklausomai nuo kanalo formos (Sulcas et al. 2011), galima daryti isvada, jog superlaidziojo bandinio n formos kanale sukuriu koncentracija nevienoda. Del sroves tankio ir jos kuriamo magnetinio lauko nevienalytis-kumo (Sulcas et al. 2011), sukuriu tankis turetu buti didesnis A-A' kanalo srityse, t. y. arciau superlaidziojo bandinio krasto. Judantys A-A' sukuriu kanalo dalimi magnetiniai sukuriai negali anihiliuoti, negaledami susijungti su antisu-kuriais. Del stiprios tarpusavio magnetines saveikos jiems tenka judeti kanalu lygiagreciai su elektros sroves kryptimi ir tik pasiekus kanalo virsu (1 pav.)--anihiliuoti.

Stiprios sroves atveju, kai I ~ 200[I.sub.c], sroves tankis su-perlaidziojo bandinio srityje, lokalizuotoje tarp kanalo A ir A' daliu, gali virsyti kritine superlaidininko srove superlai-dziojo bandinio dalies, nemodifikuotos lazerio sviesa. Todel nagrinejamuoju stiprios sroves atveju salia koherentinio Abrikosovo magnetiniu sukuriu judejimo sukuriu kanale gali atsirasti papildomas sukuriu judejimas superlaidininko dalyje, lokalizuotoje tarp kanalo A ir A' daliu. Papildomas sukuriu judejimas nepriklauso nuo sukuriu judejimo sukuriu kanalu, todel itampos laipteliu plotis (zr. 2 pav. sroves skaleje sroves intervala 1,94 mA < I < 1,975 mA ) sumazeja. Laiptelio plocio mazejima galima paaiskinti papildomos sukurio / antisukurio poros superlaidziajame bandinyje su n formos kanalu atsiradimu ne kanalo srityje, bet salia jo. Deguonimi nenuskurdintose superlaidziojo bandinio dalyse pasireiskia sraigtiniu dislokaciju kuriama ypac stipri (lyginant su superlaidininko medziaga sukuriu kanale) magnetiniu sukuriu prieraisos jega. Todel net ir menka temperaturos fluktuacija gali veikti salia sukuriu kanalo atsiradusi sukuriu judejima. Del minetos priezasties, priklausomai nuo temperaturos fluktuaciju, laiptelio plotis voltamperineje charakteristikoje (zr. 2 pav. sroves skaleje sroves intervala I > 1,975 mA), gali tiek padideti, tiek ir sumazeti (2 pav.).

Isvados

Abrikosovo magnetiniu sukuriu / antisukuriu koherentinis judejimas (t. y. stipriai tarpusavyje saveikaujanciu sukuriu judejimas) gali buti stebimas superlaidziuosiuose dariniuose su lazeriu sukurtais n formos magnetiniu sukuriu kanalais placiame elektros sroviu intervale nuo [I.sub.c] < I < 200[I.sub.c]. Cia [I.sub.c]--superlaidininko kritines sroves stipris n formos magnetiniu sukuriu kanale. Koherentinis sukuriu judejimas pasireiskia elektros itampos laipteliais superlaidziuju dariniu voltamperinese charakteristikose.

Itampos laipteliu aukstis beveik nepriklauso nuo su-perlaidziuoju dariniu tekancios elektros sroves stiprio, taciau ju plotis (zr. voltamperiniu charakteristiku sroves skaleje) ir laipteliu forma priklauso nuo darinio temperaturos ir juo tekancios sroves stiprio. Sis reiskinys gali buti aiskinamas papildomu Abrikosovo magnetiniu sukuriu atsiradimu super-laidziojo bandinio dalyje, lokalizuotoje bandinio centre tarp n formos kanalo daliu, ir ju judejimo ypatumais, nulemtais sukuriu prieraisos jegos nuo temperaturos kitimu superlai-dziojo bandinio dalyse, lokalizuotose salia sukuriu kanalo.

Tolesni vykdytini eksperimentiniai ir teoriniai tyrimai

Tolesniais tyrimais bus siekiama paaiskinti, kaip kinta ir nuo ko priklauso Y-Ba-Cu-O bandiniu, turinciu superlaiduji sukuriu kanala, voltamperinese charakteristikose stebimu itampos laipteliu plotis ir laipteliu forma. Tyrimais bus siekiama nustatyti, ar Abrikosovo magnetiniu sukuriu prierai-sos jega Y-Ba-Cu-O superlaidininko dalyse, lokalizuotose salia sukuriu kanalo, atkartoja kritines sroves tankio superlaidininko be kanalu priklausomybe nuo temperaturos.

doi: 10.3846/mla.2011.122

Literatura

Abrikosov, A. A. 2004. Nobel lecture: type-II superconductors and the vortex lattice, Reviews of Modern Physics 76: 975-979. doi:10.1103/RevModPhys.76.975

Jukna, A.; Abrutis, A.; Maneikis, A.; Balevicius, S.; Karlsson, U. O. 1999. Electric properties of contacts to HTS thin films at current densities J > [J.sub.c], Journal of Low Temperature Physics 117(5/6): 1555-1559. doi:10.1023/A:1022543111584

Jukna, A.; Barboy, I., Jung, G.; Abrutis, A.; Li, X.; Wang, D.; Sobolewski, R. 2006. Electric transport properties of Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-x]_thin-film bridges with laser-written channels of easy vortex motion, Journal of Applied Physics 99: 113902-1-5. doi:10.1063/1.2200595

Jukna, A.; Barboy, I.; Jung, G.; Abrutis, A.; Lie, X.; Wange, D.; Sobolewski, R. 2008. Easy vortex motion in an artificial channel of Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-[delta]] superconducting films, Acta Physica Polonica 113(3): 959-962.

Pautrat, A.; Goupil, C.; Simon, Ch.; Charalambous, D.; Forgan, E. M.; Lazard, G.; Mathieu, P.; Brlet, A. 2003. Distribution of transport current in a type-II superconductor studied by small-angle neutron scattering, Physical Review Letters 90(8): 087002-1-4. doi:10.1103/PhysRevLett.90.087002

Steponaviciene, L.; Sulcas, J.; Jukna, A.; Barboy, I.; Jung, G.; Abrutis, A.; Sobolewski, R. 2009. Currentvoltage dependences of Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-[delta]] superconducting thin films with laser-written channel of easy vortex motion, Materials Science (Medziagotyra) 15(4): 291-295.

Sulcas, J.; Steponaviciene, L.; Jukna, A.; Jung, G.; Plausinaitiene, V.; Abrutis, A.; Gong, M.; Sobolewski, R. 2011. Current distribution in Y-Ba-Cu-O superconducting microbridges containing [PI]-shaped channel for easy vortex motion, Acta Physica Polonica A 119(2): 183-185.

Xie, X. M.; Chen, T. G.; Wu, Z. L. 1989. Oxygen diffusion in the superconducting oxide Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-x], Physical Review B 40 : 4549-45 56. doi:10.1103/PhysRevB.40.4549

Yuzhelevski, Y.; Jung, G.; Camerlingo, C.; Russo, M.; Ghinovker, M.; Shapiro, B. Ya. 1999. Current-driven vortex dynamics in a periodic potential, Physical Review B 60(13): 9726-9733. doi:10.1103/PhysRevB.60.9726

Jonas Sulcas (1), Arturas jukna (2)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastas: (1) j.sulcas@etronika.lt; (2) arturas.jukna@vgtu.lt
COPYRIGHT 2011 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2011 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Physics and Physical Computing/Fizika ir fizine kompiuterija
Author:Sulcas, Jonas; Jukna, Arturas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Dec 1, 2011
Words:2059
Previous Article:Effects of thermodynamical processes on radiocesium behavior in Lake Tapeliai/Termodinaminiu procesu itaka radiocezio elgsenai tapeliu ezere.
Next Article:Coherent vortex motion in Y[Ba.sub.2][Cu.sub.3][O.sub.7-Z] superconducting thin films containing [PI]-shaped channel for easy vortex motion biased at...
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2019 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters