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Modulation des kritischen Stroms in nanostrukturierten Kupratsupraleitern
Lisa Theresa Haag
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Wolfgang Lang
DOI
10.25365/thesis.29468
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29302.43445.239459-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wechselwirkung von nanostrukturierten YBa2Cu3O(7-x)(YBCO)-Filmen mit Magnetfeldern. Die Arbeit beinhaltet insbesondere die Untersuchung des Effekts auf den supraleitenden Übergang durch die Bestrahlung mit leichten Ionen, des Effekts der Defekte auf die Abhängigkeit des kritischen Stroms vom Magnetfeld und des Effekts, der durch das geordnete Defektgitter verursacht wird.
In Anwesenheit eines Magnetfelds B können Typ-II-Supraleiter wie YBCO resistives Verhalten zeigen, selbst wenn sie sich im supraleitenden Zustand befinden. Der Widerstand ist eine Folge der Bewegung der Flussschläuche unter der Einwirkung der Lorentz-Kraft. Wenn Defekte in der Probe sind, können die Vortices von diesen Defekten eingefangen werden. Die Haftung der Vortices an Defekten führt zu einer reduzierten Mobilität der Vortices, was wiederum zu einem höheren kritischen Strom Ic(B) führt. Durch Bestrahlung mit leichten Ionen können sehr effektive künstliche Defekte erzeugt werden. Bei der Methode der Masked Ion Beam direct Structuring (MIBS) wird die Probe durch eine perforierte Maske zur Erzeugung eines Defektmusters bestrahlt. Wenn das Vortexgitter mit dem Defektgitter übereinstimmt, findet man ausgeprägte Maxima im kritischen Strom bei den sogenannten Resonanzfeldern.
Die YBCO-Filme wurden mit der Pulsed Laser Deposition Methode auf MgO Substraten deponiert und sind 200 nm dick. Für die MIBS wurden He+ mit einer Energie von 75 keV gewählt um ein quadratisches Defektgitter in den YBCO-Filmen zu erzeugen. Der Durchmesser der Defekte ist 170 nm und der Gitterparameter a des Defektgitters beträgt 300 nm bzw. 1 µm. Die Resultate werden mit einer Referenzprobe, die sich auf demselben Substrat wie der Film mit a = 1 µm befindet, verglichen.
Die Bestrahlung mit leichten Ionen verursacht sowohl eine niedrigere kritische Temperatur der Filme als auch einen breiteren supraleitenden Übergang. Wegen der größeren bestrahlten Fläche sind diese Effekte stärker ausgeprägt bei dem Film mit der höheren Dichte an Defekten. Es stellt sich heraus, dass eine Erhöhung des kritischen Stroms um 50% erreicht werden kann, wenn die Dichte der Defekte um lediglich 10% erhöht wird. Obwohl die Dichte der künstlichen Defekte im Film mit a = 1 µm viel geringer ist als die Dichte der intrinsischen Defekte, tritt in einem schmalen Temperaturbereich unterhalb der kritischen Temperatur ein kleines breites Maximum um das erste Resonanzfeld auf, während bei dem Film mit a = 300 nm ausgeprägte Peaks bis zum dritten Resonanzfeld in einem breiten Temperaturbereich beobachtet werden können. Vor der Messung wurde entweder das maximale Magnetfeld oder das Magnetfeld B = 0 eingestellt und anschließend wurde die Probe im entsprechenden Magnetfeld abgekühlt. Diese Messungen zeigen starke Hystereseffekte. Das Muster des kritischen Strom ist ungefähr um ein Resonanzfeld zu höheren Magnetfelder verschoben, wenn das Magnetfeld schrittweise verringert wird und umgekehrt. Wenn die Probe jedoch vor jedem Messpunkt über die kritische Temperatur geheizt wird und anschließend im entsprechenden Magnetfeld abgekühlt wird, verschwindet die Hysterese und die Peaks treten exakt bei den theoretisch erwarteten Resonanzfeldern auf.
Abstract
(Englisch)
The aim of this thesis is the investigation of the interaction of nanostructured YBa2Cu3O(7-x) (YBCO) films with a magnetic field. In particular, the thesis deals with the effect of the irradiation with light ions on the superconducting transition, the effect of defects on the dependence of the critical current on the magnetic field and the effect of the ordered defect lattice.
In the presence of a magnetic field B type-II-superconductors like YBCO can show resistive behavior even when they are in the superconducting state. The resistance follows from the motion of the vortices under the Lorentz force. If there are defects in the sample, the vortices can be trapped by these defects. The pinning of vortices at defects results in a reduced mobility of the flux lines, which in turn results in a higher critical current Ic(B). Very effective artificial defects can be created with light ion irradiation. With the masked ion beam direct structuring (MIBS) method the sample is irradiated through a perforated mask to create a pattern of defects. If the vortex lattice matches the defect lattice, pronounced peaks were found in the critical current Ic(B) at so-called matching fields .
The YBCO films were deposited on MgO substrates with pulsed laser deposition and they have a thickness of 200 nm. For the MIBS He+ ions with a energy of 75 keV were chosen to produce a square lattice of defects in the YBCO films. The diameter of the defects is 170 nm and the lattice parameter a of the defect lattices is 300 nm and 1 µm, respectively. The results are compared to a reference sample, which is on the same substrate as the film with a =1 µm.
The irradiation with He+ ions causes a reduction of the critical temperature of the films as well as a broadening of the superconducting transition. Due to the larger irradiated area, these effects are more pronounced for the film with a higher density of defects. It turns out that an increase of the critical currents of about 50% can be achieved by enhancing the density of defects by solely 10%. Although in the film with a =1 µm the density of the artificial defects is much smaller than the density of the intrinsic defects, in a narrow temperature range below the critical temperature a small and broad maximum at the first matching field can be observed, whereas in the film with a = 300 nm pronounced peaks up to the third matching field were observed in the critical current in a wide temperature range. Before the measurement the magnetic field was either set to zero or to the maximum field and subsequently the samples were cooled in the field. These measurements show strong hysteretic effects. The critical current pattern is shifted by about one matching field to higher fields, when the magnetic field is decreased and vice versa. However, when the sample is heated above the critical temperature and then cooled in the particular magnetic field before each measuring point, the hysteresis vanishes and the peaks appear exactly at the theoretically predicted matching fields.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
YBa2Cu3O7 YBCO critical current square lattice of defects matching field
Schlagwörter
(Deutsch)
YBa2Cu3O7 YBCO kritischer Strom quadratisches Defektgitter Resonanzfeld
Autor*innen
Lisa Theresa Haag
Haupttitel (Deutsch)
Modulation des kritischen Stroms in nanostrukturierten Kupratsupraleitern
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
XII, 77 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Wolfgang Lang
Klassifikationen
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,
33 Physik > 33.74 Supraleitung
AC Nummer
AC11456758
Utheses ID
26285
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |