Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля
Зависимости величины локально замороженного магнитного поля от значения внешнего локального поля возбуждения планарных керамических и пленочных образцов соединения YBa₂Cu₃O₇₋ₓ позволяют установить неоднородность распределения как критического тока в образце, так и сверхпроводящего тока в нем, если о...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110744 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля / В.П. Коверя, С.И. Бондаренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 52-55. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859587637231222784 |
|---|---|
| author | Коверя, В.П. Бондаренко, С.И. |
| author_facet | Коверя, В.П. Бондаренко, С.И. |
| citation_txt | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля / В.П. Коверя, С.И. Бондаренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 52-55. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Зависимости величины локально замороженного магнитного поля от значения внешнего локального поля возбуждения планарных керамических и пленочных образцов соединения YBa₂Cu₃O₇₋ₓ позволяют установить неоднородность распределения как критического тока в образце, так и сверхпроводящего тока в нем, если он находится в докритическом состоянии. Эксперименты выполнены в жидком азоте (Т= 77 К). Диаметр области замораживания локального поля составил 0,5мм.
Залежності величини локально замороженого магнітного поля від значення зовнішнього локального поля збудження планарних керамічних і плівкових зразків сполуки YBa₂Cu₃O₇₋ₓ дозволяють встановити неоднорідність розподілу як критичного струму в зразку, так і надпровідного струму в ньому, якщо він знаходиться в докритичному стані. Експерименти виконані в рідкому азоті (Т= 77 К). Діаметр області заморожування локального поля склав 0,5 мм.
The dependences of a value of local frozen magnetic field on a value of external local excitation field of plane ceramic and film samples of YBa₂Cu₃O₇₋ₓ compound allows to recognize the non uniformity of the distribution of sample critical current or superconducting current if the sample is as far as critical state. The experiments have been made into liquid nitrogen (T= 77 K). The diameter of the region with local frozen field is 0,5 mm.
|
| first_indexed | 2025-11-27T11:26:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 538.945
ДИАГНОСТИКА СВЕРХПРОВОДИМОСТИ С ПОМОЩЬЮ
ЛОКАЛЬНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
В.П. Коверя, С.И. Бондаренко
Физико-технический институт низких температур НАНУ, г. Харьков, Украина;
Е-mail: bondarenko@ilt.kharkov.ua; тел. +38 (057) 341-09-33
Зависимости величины локально замороженного магнитного поля от значения внешнего локального поля
возбуждения планарных керамических и пленочных образцов соединения YBa2Cu3O7-х позволяют устано-
вить неоднородность распределения как критического тока в образце, так и сверхпроводящего тока в нем,
если он находится в докритическом состоянии. Эксперименты выполнены в жидком азоте (Т= 77 К). Диа-
метр области замораживания локального поля составил 0,5мм.
ВВЕДЕНИЕ
Технологиям разработки и приготовления совре-
менных и перспективных сверхпроводников, в
частности высокотемпературных (ВТСП), часто со-
путствует возникновение пространственной неодно-
родности сверхпроводящих свойств получаемых об-
разцов, связанной со сложностью технологического
процесса и самих многокомпонентных соединений.
Это приводит к появлению в образце локальных
участков с различным значением критических пара-
метров, например, критического тока. Обнаружение
этих участков и определение величины их критиче-
ского тока является актуальной задачей [1,2]. С дру-
гой стороны, даже в совершенных, достаточно одно-
родных образцах сверхпроводников, находящихся в
докритическом и закритическом состояниях, распре-
деление сверхпроводящего тока по образцу зависит
от такого множества факторов, что получение рас-
четных формул становится затруднительным и тре-
бует постановки специальных измерений. При этом
наиболее предпочтительными методами измерений
являются бесконтактные.
В последние годы несколько научных групп ис-
следуют локально замороженное магнитное поле
(ЗМП) в сверхпроводниках [3,4,5]. Исследования ве-
дутся с планарными ВТСП-образцами керамик и
тонких пленок. Как будет показано в данной рабо-
те, формируя в заданной области образца локальное
ЗМП и изучая его параметры, можно получить бес-
контактным методом необходимую информацию о
распределении критического тока в образце, а в до-
критическом состоянии – о распределении сверх-
проводящего (в нашем случае – мейсснеровского)
тока.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Эксперименты проводились в криостате с жид-
ким азотом при температуре 77 К. Измерительная
ячейка (рис.1) с корпусом, изготовленным из тексто-
лита, размещена в жидком азоте и содержит источ-
ники локального (Не,л) и однородного (Не,о) полей
возбуждения, детектор ЗМП и исследуемый образец
в виде квадратной (4х4 мм) пленки YBa2Cu3O7-x с
толщиной 0,3 мкм или квадратной (9х9 мм) пласти-
ны керамики YBa2Cu3O7-x с толщиной 0,5 мм. Сверх-
проводящие параметры керамики подобны описан-
ным в [4]. Критическая температура пленки состав-
ляет Тк = 88,7 К, плотность критического тока
пленки – около 106 А/см2 при температуре 77 К [6].
Пленка изготовлена в отделе сверхпроводимости
ИФМ НАН Украины методом “off-axis DC mag-
netron sputtering” на подложке из монокристалличе-
ского сапфира (R-срез) с буферным слоем CeO2 тол-
щиной 30…40 нм (прямое RF магнетронное распы-
ление).
Образец связан тягой с микрометрическим вин-
том, расположенным на фланце криостата, и может
перемещаться в вертикальном направлении внутри
ячейки.
Источником Не, л являлся составной микросоле-
ноид с диаметром 0,5 или 3 мм, имеющий малый за-
зор (около 0,6 мм) в центральной части для переме-
щения в нем подложки с пленкой или пластины из
керамики. Источником однородного поля являются
катушки Гельмгольца, намотанные медным прово-
дом на корпус ячейки. Детектором ЗМП служит
феррозондовый магнитометр, описанный в [5]. По-
ворот криостата около вертикальной оси позволяет
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.52- 55.
52
LN
2
А
0
0I
1
4
5
3
2
0,5 мм
0,5 мм
5
4
3
1
2
A
I
9 мм
9м
м
6
Вид по А
Рис.1 Схема экспериментальной ячейки,
расположенной в азотном криостате:
1 – образец в виде пластины керамики или
пленки; 2 – микросоленоид; 3 – датчик
феррозондового магнитометра; 4 –сосуд
Дьюара; 5 – микрометрический винт;
6 - положение токовихревой структуры,
поддерживающей замороженное
магнитное поле в образце
mailto:bondarenko@ilt.kharkov.ua
устанавливать плоскость образца параллельно гори-
зонтальной компоненте магнитного поля Земли.
При этом перпендикулярная к плоскости образца
компонента этого поля равна нулю (с точностью до
10-2 Э), что позволяет исключить ее влияние на токи,
возбуждаемые локальным перпендикулярным к по-
верхности образца полем возбуждения. С помощью
микросоленоида можно длительно без его перегрева
создавать в любой точке на оси образца локальное
постоянное поле возбуждения до 120 Э.
С помощью катушек Гельмгольца можно было
создавать постоянное поле до 60 Э.
Для изучения величины локального ЗМП, сфор-
мированного в режиме ZFC (ЗМП-ZFC) в зависимо-
сти от Не,л , образец охлаждался до 77 К без поля
возбуждения, когда влияние магнитного поля Земли
было исключено вышеописанным способом. Затем в
центре образца создавалось с помощью микросоле-
ноида постоянное поле возбуждения с заданным
значением. После выключения поля образец переме-
щался в область расположения детектора и реги-
стрировался максимум (Нз) вертикальной компонен-
ты ЗМП над центром образца. Для получения Нз при
другом значении поля возбуждения ячейка с образ-
цом поднималась выше уровня жидкого азота в па-
ровую область криостата, отогревалась до темпера-
туры выше, чем Тк и вновь погружалась в жидкий
азот. При формировании ЗМП внешним однород-
ным полем оно изменялось подобным же образом.
При этом величина возникающего ЗМП измерялась
над центром пленки. Экспериментальная установка
позволяет включать и выключать однородное и ло-
кальное поле как независимо, так и одновременно.
Полученные данные измерений позволяют по-
строить зависимости Нз (Не л) и Нз (Не о) для ЗМП-
ZFC.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Были проведены два вида экспериментов для
ЗМП-ZFC: 1) измерение зависимостей Нз(Не,л) ве-
личины локального ЗМП, созданного в различных
точках образца керамики, от величины локального
поля возбуждения; 2) измерение зависимостей
Нз (Не,л) величины ЗМП в керамике и пленке от ве-
личины локального поля возбуждения при различ-
ных величинах одновременно подаваемого внешне-
го однородного поля (Не,о), не превышающего его
критическое значение (Не,к, о).
Результаты первого эксперимента приведены на
рис.2. Как видно, зависимости Нз(Не,л) характеризу-
ются величиной критического поля начала замора-
живания Нек,л близким к линейному участком роста
ЗМП и, наконец, участком насыщения. Зависимости
Нз(Не,л) для разных точек на оси Х образца смеще-
ны в большей или меньшей степени друг от друга по
оси значений поля возбуждения. Кроме того, видна
корреляция между величинами Нек,л и величиной
насыщения ЗМП (Нзн). Меньшим величинам Нек,л
соответствует меньшая величина Нзн. На расстоянии
всего в 4 мм эти величины меняются в 2…2,5 раза.
До проведения второго эксперимента в образцах
керамики и пленки внешним однородным полем
(Не, о) формировалось ЗМП, строились зависимости
Нз(Не,о) и из них определялась величина критическо-
го поля (Н е к, о) начала замораживания в этих образ-
цах. Она оказалось равной для керамики около 1 Э,
а для пленки около 2 Э. Таким образом, при подаче
однородного поля возбуждения меньшего, чем ука-
занные значения, в образце генерируется экраниру-
ющий мейсснеровский ток с некоторым распреде-
лением в плоскости образца, но не происходит замо-
раживание. При проведении второго эксперимента
однородное внешнее поле подавалось одновременно
с локальным. Затем строились зависимости Нз(Не,л)
локального ЗМП при различных величинах одно-
родного поля, не превышающих для керамики и
пленки соответственно 1 и 2 Э. Результаты приведе-
ны на рис. 3, 4.
Рис.2. Зависимости величины ло-
кального (с диаметром 0,5 мм)
ЗМП (Нз) в трех точках на оси ке-
рамической пластины
(Х = 6, 7, 10 мм) от величины Не,л
Как видно из рис.3, однородное поле оказывает
существенное влияние на замораживание поля в ке-
рамике, уменьшая локальное критическое поле
вплоть до нуля по мере роста однородного поля. В
противоположность этому влияние однородного
поля на локальное критическое поле пленки и зави-
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.52- 55.
53
симость Нз(Не,л) в целом существенно меньше
(рис. 4).
Результаты экспериментов первого типа можно
объяснить неоднородностью плотности исследуе-
мой керамики, что может приводить к неоднородно-
сти критического тока отдельных участков керами-
ки [7,8]. В свою очередь, это соответствует неодно-
родности распределения плотности критического
тока (jk), если считать, что толщина (t) образца оди-
накова во всей области замораживания локального
поля. Наши исследования ЗМП показывают [9], что
локальное значение jk может быть связано с крити-
ческим полем Нек,л начала замораживания соотноше-
нием:
Нек,л = Lэ jк t /(2 µ0 к d ), (1)
где µ0 = 4π × 10-7 Гн/м, d - диаметр области локаль-
ного ЗМП, приблизительно равной диаметру микро-
соленида (d = 0,5 мм); к = 2; Lэ – эффективная ин-
дуктивность токовихревой структуры, поддержива-
ющей ЗМП (Lэ ≈ 6×10-8 Гн ). Оценка величины jк с
помощью соотношения (1) в трех упомянутых точ-
ках замораживания поля дает значения 27, 40,
62 А/см2 . Заметим, что интегральное значение плот-
ности критического тока образца керамики, опреде-
ленное четырехзондовым методом, составило
30 А/см2 .
Наконец, обсудим результаты второго экспери-
мента. Объяснение различного для керамики и
пленки влияния однородного поля возбуждения на
величину локального критического поля может
быть основано на предположении о различном рас-
пределении сверхпроводящего мейсснеровского
тока, возбуждаемого в этих образцах при воздей-
ствии однородного внешнего поля, меньшего, чем
его критическое значение. Если в керамике, облада-
ющей малой плотностью критического тока (30
А/см2) и представляющей джозефсоновскую среду,
этот ток распределяется более или менее однород-
но по образцу, то в данной пленке с высокой плот-
ностью
Рис.3. Зависимости величины
локального ЗМП в центре ке-
рамического образца от ло-
кального (с диаметром воз-
действия 3 мм) поля возбу-
ждения при различных уров-
нях однородного поля возбу-
ждения (0…1 Э), не превы-
шающего однородное крити-
ческое поле керамики (1 Э)
Рис.4. Зависимости величи-
ны локального ЗМП в центре
пленочного образца от ло-
кального поля возбуждения
при различных значениях од-
нородного поля возбуждения
(0…2 Э), не превышающих ве-
личины однородного крити-
ческого поля пленки (2 Э)
критического тока (порядка 106 А/см2) этот ток дол-
жен в основном концентрироваться на краях. В ре-
зультате центральная часть пленки практически сво-
бодна от этого тока и замораживание локального
поля в центре слабо ощущает влияние однородного
поля. Наоборот, мейсснеровский ток в керамике до-
статочно заметен и в центре образца, он складывает-
ся с локальным током, поддерживающим ЗМП, и
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.52- 55.
54
способствует достижению критического значения
тока в локальной области образца при меньшем ло-
кальном поле. Этим и объясняется заметное умень-
шение локального критического поля керамики при
наличии однородного поля возбуждения.
В прикладном отношении обнаруженное влия-
ние мейсснеровского тока (или сверхпроводящего
тока другого происхождения) на локальное критиче-
ское поле замораживания может быть использовано
для бесконтактного измерения распределения сверх-
проводящего тока в различных точках образца без
использования дорогостоящего сканирующего маг-
нитного микроскопа.
ВЫВОДЫ
Экспериментально продемонстрирована возмож-
ность обнаружения и измерения неоднородной
плотности критического тока ВТСП-керамики и рас-
пределения сверхпроводящего тока в керамике и
тонкой пленке YBa2Cu3O7-x с помощью локально за-
мороженного магнитного поля.
Локальное замораживание магнитного поля мо-
жет быть еще одним бесконтактным магнитным ме-
тодом исследования свойств сверхпроводников (в
первую очередь высокотемпературных).
ЛИТЕРАТУРА
1. H.Yamasaki, Y.Mawatari, Y.Nakagawa, H.Yama-
da. Nondestructive, Inductive Measurement of Crit-
ical Current Densities of Superconducting Films in
Magnetic Fields // IEEE Trans.on Applied Super-
conductivity. 2003, v.13, №2, Part III, p.3718-3721.
2. А.П.Журавель, А.Г.Сиваков, О.Г.Турутанов,
А.Н.Омельянчук, И.М.Анлаге, А.В.Лукашенко,
Д.В.Абраимов. Лазерная сканирующая микро-
скопия ВТСП пленок и устройств // ФНТ. 2006,
т.32, №6, с.775.
3. Brian W. Gardner, Janice C.Wynn, D.A.Bonn,
Ruixing Liang, W.N.Hardy, John R. Kirtley,
Vladimir Kogan, and Kathryn A.Moler. Manipu-
latin of single vortices in YBa2Cu3O6.354 with a local
applied magnetic field // Appl. Phys. Lett. 2002,
v.80, №6, р.1010.
4. С.И.Бондаренко, А.А. Шабло, В.П. Коверя. Ис-
следование локально замороженного магнитно-
го поля в ВТСП-керамике // ФНТ. 2006, т. 32, №
7, с.825.
5. С.И.Бондаренко, А.А. Шабло, В.П. Коверя,
Д.Ю.Фомин. Локально замороженное магнит-
ное поле в ВТСП-керамике // Изв. РАН (сер. фи-
зическая). 2007, т. 71, № 8, с.1162.
6. В.М. Пан. Сверхток плотностью выше 106 А/см2
при 77К в монокристаллическом пленочном
проводнике из ВТСП купрата YBa2Cu3O7-x –
мечта или реальность? // ФНТ. 2006, т.32, №8/9,
с.1029.
7. Физические свойства высокотемпературных
сверхпроводников / Под ред. Д.М. Гинзберга.
М.: “Мир”, 1990.
8. Е. З. Мейлихов. Структурные особенности
ВТСП - керамик и их критический ток и вольт-
амперная характеристика // УФН. 1993, т.163, №
3, с.42.
9. В.П. Коверя, С.И. Бондаренко. Особенности ло-
кального замораживания магнитного поля в
пленке YBa2Cu3O7-x // ФНТ (в печати).
ДІАГНОСТИКА НАДПРОВІДНОСТІ ЗА ДОПОМОГОЮ ЛОКАЛЬНОГО
ЗАМОРОЖУВАННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ
В.П. Коверя, С.І. Бондаренко
Залежності величини локально замороженого магнітного поля від значення зовнішнього локального поля
збудження планарних керамічних і плівкових зразків сполуки YBa2Cu3O7-х дозволяють встановити
неоднорідність розподілу як критичного струму в зразку, так і надпровідного струму в ньому, якщо він
знаходиться в докритичному стані. Експерименти виконані в рідкому азоті (Т= 77 К). Діаметр області
заморожування локального поля склав 0,5 мм.
DIAGNOSTICS OF SUPERCONDUCTIVITY BY MEANS OF LOCAL MAGNETIC
FIELD FREEZING
V.P. Koverya, S.I. Bondarenko
The dependences of a value of local frozen magnetic field on a value of external local excitation field of plane
ceramic and film samples of YBa2Cu3O7-x compound allows to recognize the non uniformity of the distribution of
sample critical current or superconducting current if the sample is as far as critical state. The experiments have been
made into liquid nitrogen (T= 77 K). The diameter of the region with local frozen field is 0,5 mm.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.52- 55.
55
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110744 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T11:26:45Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коверя, В.П. Бондаренко, С.И. 2017-01-06T09:54:16Z 2017-01-06T09:54:16Z 2008 Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля / В.П. Коверя, С.И. Бондаренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 52-55. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110744 538.945 Зависимости величины локально замороженного магнитного поля от значения внешнего локального поля возбуждения планарных керамических и пленочных образцов соединения YBa₂Cu₃O₇₋ₓ позволяют установить неоднородность распределения как критического тока в образце, так и сверхпроводящего тока в нем, если он находится в докритическом состоянии. Эксперименты выполнены в жидком азоте (Т= 77 К). Диаметр области замораживания локального поля составил 0,5мм. Залежності величини локально замороженого магнітного поля від значення зовнішнього локального поля збудження планарних керамічних і плівкових зразків сполуки YBa₂Cu₃O₇₋ₓ дозволяють встановити неоднорідність розподілу як критичного струму в зразку, так і надпровідного струму в ньому, якщо він знаходиться в докритичному стані. Експерименти виконані в рідкому азоті (Т= 77 К). Діаметр області заморожування локального поля склав 0,5 мм. The dependences of a value of local frozen magnetic field on a value of external local excitation field of plane ceramic and film samples of YBa₂Cu₃O₇₋ₓ compound allows to recognize the non uniformity of the distribution of sample critical current or superconducting current if the sample is as far as critical state. The experiments have been made into liquid nitrogen (T= 77 K). The diameter of the region with local frozen field is 0,5 mm. ru Фізико-технічний інститут низьких температур НАН України Вопросы атомной науки и техники Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля Діагностика надпровідності за допомогою локального заморожування магнітного поля Diagnostics of superconductivity by means of local magnetic field freezing Article published earlier |
| spellingShingle | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля Коверя, В.П. Бондаренко, С.И. Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| title | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля |
| title_alt | Діагностика надпровідності за допомогою локального заморожування магнітного поля Diagnostics of superconductivity by means of local magnetic field freezing |
| title_full | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля |
| title_fullStr | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля |
| title_full_unstemmed | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля |
| title_short | Диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля |
| title_sort | диагностика сверхпроводимости с помощью локального замораживания магнитного поля |
| topic | Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| topic_facet | Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110744 |
| work_keys_str_mv | AT koverâvp diagnostikasverhprovodimostispomoŝʹûlokalʹnogozamoraživaniâmagnitnogopolâ AT bondarenkosi diagnostikasverhprovodimostispomoŝʹûlokalʹnogozamoraživaniâmagnitnogopolâ AT koverâvp díagnostikanadprovídnostízadopomogoûlokalʹnogozamorožuvannâmagnítnogopolâ AT bondarenkosi díagnostikanadprovídnostízadopomogoûlokalʹnogozamorožuvannâmagnítnogopolâ AT koverâvp diagnosticsofsuperconductivitybymeansoflocalmagneticfieldfreezing AT bondarenkosi diagnosticsofsuperconductivitybymeansoflocalmagneticfieldfreezing |