Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях

Экспериментально исследована динамика абрикосовских вихрей и их связок, захваченных в малых постоянных магнитных полях, порядка земного. В монокристаллических образцах YBCO с сильными центрами пиннинга изучены особенности изотермической релаксации намагниченности при различной ориентации кристалл...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика низких температур
Дата:	2013
Автори:	Монарха, В.Ю., Пащенко, В.А., Тимофеев, В.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2013
Теми:	Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118267
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях / В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев // Физика низких температур. — 2013. — Т. 39, № 2. — С. 145–149. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-118267
record_format	dspace
spelling	Монарха, В.Ю. Пащенко, В.А. Тимофеев, В.П. 2017-05-29T14:29:10Z 2017-05-29T14:29:10Z 2013 Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях / В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев // Физика низких температур. — 2013. — Т. 39, № 2. — С. 145–149. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0132-6414 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118267 PACS: 74.72.–h, 74.25.Ha, 74.25.Wx Экспериментально исследована динамика абрикосовских вихрей и их связок, захваченных в малых постоянных магнитных полях, порядка земного. В монокристаллических образцах YBCO с сильными центрами пиннинга изучены особенности изотермической релаксации намагниченности при различной ориентации кристаллов. Полученные значения нормированной скорости релаксации S позволили оценить эффективный потенциал пиннинга U в объеме YBCO образца и его зависимость от температуры, что позволяет рассчитать величину плотности критического тока Jc. Проведено сопоставление полученных значений S с результатами испытаний подобных сверхпроводников в сильных магнитных полях. Для сравнения различных методик оценки Jc сняты зависимости M(H), связывающие ширину петли с критическим током. При исследовании петель намагниченности выбранных монокристаллов определены значения важнейших основных параметров (полей начала проникновения вихрей Hp и первых критических Hc1), которые учитывают геометрическую конфигурацию образцов. Експериментально досліджено динаміку абрикосівських вихорів та їх зв'язок, які захоплені у малих постійних магнітних полях, порядку земного. В монокристалічних зразках YBCO з сильними центрами пінінгу вивчено особливості ізотермічної релаксації намагніченості при різній орієнтації кристалів. Отримані значення нормованої швидкості релаксації S дозволяють оцінити ефективний потенціал пінінгу U в об'ємі YBCO зразка та його залежності від температури, що дозволяє розрахувати величину густини критичного струму Jc. Проведено порівняння отриманих значень S з результатами досліджень схожих надпровідників у сильних магнітних полях. Для порівняння різних методів оцінки Jc зняті залежності M(H), які зв'язують ширину петлі з критичним струмом. При дослідженні петель намагніченості обраних монокристалів встановлені значення найважливіших основних параметрів (полів початку проникнення вихорів Hp та перших критичних Hc1), які зважають на геометричну конфігурацію зразків. The dynamics of Abricosov vortices and bundles was experimentally investigated in Earth’s magnetic field range. Isothermal relaxation features in YBCO single crystal samples with strong pinning centers were studied for different sample-field orientation. The obtained values of normalized relaxation rate S allowed us to estimate the effective pinning potential U in the bulk of the YBCO sample and its temperature dependence, as well as the critical current density Jc. A comparison between the data obtained and the results for similar measurements in significantly higher magnetic fields was performed. To compare different Jc measuring techniques magnetization loop M(H) measurements, were made. These measurements provided many important parameters of the samples under study (penetration field Hp, first critical field Hc1, etc.) that involve the geometrical configuration of the samples. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях Pinning features of magnetic flux trapped by YBCO single crystals in weak dc fields Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях
spellingShingle	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях Монарха, В.Ю. Пащенко, В.А. Тимофеев, В.П. Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная
title_short	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях
title_full	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях
title_fullStr	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях
title_full_unstemmed	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях
title_sort	особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами ybco в слабых постоянных полях
author	Монарха, В.Ю. Пащенко, В.А. Тимофеев, В.П.
author_facet	Монарха, В.Ю. Пащенко, В.А. Тимофеев, В.П.
topic	Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная
topic_facet	Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная
publishDate	2013
language	Russian
container_title	Физика низких температур
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
format	Article
title_alt	Pinning features of magnetic flux trapped by YBCO single crystals in weak dc fields
description	Экспериментально исследована динамика абрикосовских вихрей и их связок, захваченных в малых постоянных магнитных полях, порядка земного. В монокристаллических образцах YBCO с сильными центрами пиннинга изучены особенности изотермической релаксации намагниченности при различной ориентации кристаллов. Полученные значения нормированной скорости релаксации S позволили оценить эффективный потенциал пиннинга U в объеме YBCO образца и его зависимость от температуры, что позволяет рассчитать величину плотности критического тока Jc. Проведено сопоставление полученных значений S с результатами испытаний подобных сверхпроводников в сильных магнитных полях. Для сравнения различных методик оценки Jc сняты зависимости M(H), связывающие ширину петли с критическим током. При исследовании петель намагниченности выбранных монокристаллов определены значения важнейших основных параметров (полей начала проникновения вихрей Hp и первых критических Hc1), которые учитывают геометрическую конфигурацию образцов. Експериментально досліджено динаміку абрикосівських вихорів та їх зв'язок, які захоплені у малих постійних магнітних полях, порядку земного. В монокристалічних зразках YBCO з сильними центрами пінінгу вивчено особливості ізотермічної релаксації намагніченості при різній орієнтації кристалів. Отримані значення нормованої швидкості релаксації S дозволяють оцінити ефективний потенціал пінінгу U в об'ємі YBCO зразка та його залежності від температури, що дозволяє розрахувати величину густини критичного струму Jc. Проведено порівняння отриманих значень S з результатами досліджень схожих надпровідників у сильних магнітних полях. Для порівняння різних методів оцінки Jc зняті залежності M(H), які зв'язують ширину петлі з критичним струмом. При дослідженні петель намагніченості обраних монокристалів встановлені значення найважливіших основних параметрів (полів початку проникнення вихорів Hp та перших критичних Hc1), які зважають на геометричну конфігурацію зразків. The dynamics of Abricosov vortices and bundles was experimentally investigated in Earth’s magnetic field range. Isothermal relaxation features in YBCO single crystal samples with strong pinning centers were studied for different sample-field orientation. The obtained values of normalized relaxation rate S allowed us to estimate the effective pinning potential U in the bulk of the YBCO sample and its temperature dependence, as well as the critical current density Jc. A comparison between the data obtained and the results for similar measurements in significantly higher magnetic fields was performed. To compare different Jc measuring techniques magnetization loop M(H) measurements, were made. These measurements provided many important parameters of the samples under study (penetration field Hp, first critical field Hc1, etc.) that involve the geometrical configuration of the samples.
issn	0132-6414
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118267
citation_txt	Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях / В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев // Физика низких температур. — 2013. — Т. 39, № 2. — С. 145–149. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT monarhavû osobennostipinningamagnitnyhpotokovzahvačennyhmonokristallamiybcovslabyhpostoânnyhpolâh AT paŝenkova osobennostipinningamagnitnyhpotokovzahvačennyhmonokristallamiybcovslabyhpostoânnyhpolâh AT timofeevvp osobennostipinningamagnitnyhpotokovzahvačennyhmonokristallamiybcovslabyhpostoânnyhpolâh AT monarhavû pinningfeaturesofmagneticfluxtrappedbyybcosinglecrystalsinweakdcfields AT paŝenkova pinningfeaturesofmagneticfluxtrappedbyybcosinglecrystalsinweakdcfields AT timofeevvp pinningfeaturesofmagneticfluxtrappedbyybcosinglecrystalsinweakdcfields
first_indexed	2025-11-26T01:39:30Z
last_indexed	2025-11-26T01:39:30Z
_version_	1850603155591528448
fulltext	© В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев, 2013 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2013, т. 39, № 2, c. 145–149 Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина E-mail: monarkha@mail.ru, timofeev@ilt.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 17 июля 2012 г., после переработки 11 сентября 2012 г. Экспериментально исследована динамика абрикосовских вихрей и их связок, захваченных в малых постоянных магнитных полях, порядка земного. В монокристаллических образцах YBCO с сильными центрами пиннинга изучены особенности изотермической релаксации намагниченности при различной ориентации кристаллов. Полученные значения нормированной скорости релаксации S позволили оце- нить эффективный потенциал пиннинга U в объеме YBCO образца и его зависимость от температуры, что позволяет рассчитать величину плотности критического тока Jc. Проведено сопоставление получен- ных значений S с результатами испытаний подобных сверхпроводников в сильных магнитных полях. Для сравнения различных методик оценки Jc сняты зависимости M(H), связывающие ширину петли с крити- ческим током. При исследовании петель намагниченности выбранных монокристаллов определены зна- чения важнейших основных параметров (полей начала проникновения вихрей Hp и первых критических Hc1), которые учитывают геометрическую конфигурацию образцов. Експериментально досліджено динаміку абрикосівських вихорів та їх зв'язок, які захоплені у малих постійних магнітних полях, порядку земного. В монокристалічних зразках YBCO з сильними центрами пінінгу вивчено особливості ізотермічної релаксації намагніченості при різній орієнтації кристалів. Отримані значення нормованої швидкості релаксації S дозволяють оцінити ефективний потенціал пінінгу U в об'ємі YBCO зразка та його залежності від температури, що дозволяє розрахувати величину густини критичного струму Jc. Проведено порівняння отриманих значень S з результатами досліджень схожих надпровідників у сильних магнітних полях. Для порівняння різних методів оцінки Jc зняті залежності M(H), які зв'язують ширину петлі з критичним струмом. При дослідженні петель намагніченості обраних монокристалів встановлені значення найважливіших основних параметрів (полів початку проникнення вихорів Hp та перших критичних Hc1), які зважають на геометричну конфігурацію зразків. PACS: 74.72.–h Купратные сверхпроводники; 74.25.Ha Магнитные свойства сверхпроводников; 74.25.Wx Пиннинг вихрей в сверхпроводниках. Ключевые слова: YBa2Cu3O7–x монокристаллы, пиннинг вихрей Абрикосова, релаксация намагниченности. 1. Введение Экспериментальные исследования динамики маг- нитных потоков в высокотемпературных сверхпровод- никах (ВТСП) в широком диапазоне температур и маг- нитных полей важны как для понимания основных механизмов пиннинга и крипа вихрей, так и для при- кладных целей при разработке сверхпроводниковой электроники. В настоящий момент область малых по- стоянных полей, порядка земного магнитного (H ≈ 1 Э), и диапазон температур, близких к критической Tc, ос- таются наименее изученными [1]. Движение магнит- ных потоков, связанное с крипом и скачками абрико- совских вихрей и их связок, зависит от пиннинга на структурных дефектах образцов и определяется энер- гией термоактивации указанных метастабильных про- цессов. Вероятность прыжков магнитных вихрей рас- тет экспоненциально с увеличением температуры T и В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев 146 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2013, т. 39, № 2 снижением глубины эффективного потенциала пин- нинга U, поэтому микроструктура ВТСП материала и соответствующие энергии активации играют решаю- щую роль в динамике магнитных потоков [2]. Скачки вихрей вносят существенный вклад в гене- рацию низкочастотных магнитных шумов ВТСП и устройств на их основе и зависят от наличия и эффек- тивности центров пиннинга используемых сверхпро- водящих материалов. При разработке ВТСП сквид- датчиков, детекторов, болометров, СВЧ резонаторов и других элементов сверхпроводниковой электроники азотного уровня охлаждения подобные исследования становятся особенно актуальны, поскольку указывают пути для повышения чувствительности приборов дан- ного класса. В настоящей работе приведены результаты иссле- дований динамики захваченных магнитных потоков малой плотности в беспримесных монокристалличе- ских образцах YBa2Cu3O7–x (далее YBCO) в области высоких температур, главным образом вблизи сверх- проводящего фазового перехода (0,5 ≤ T/Tc < 0,99). Проведена регистрация изотермической релаксации намагниченности M(t), с помощью линейной модели термоактивированного крипа Андерсона–Кима сделаны оценки усредненного эффективного потенциала пиннин- га U. Выявлено влияние термоактиварованной транс- формации джозефсоновских слабых связей в системе однонаправленных границ двойникования (ГД) на эф- фективный пиннинг в образцах различной кристалличе- ской структуры. Проведены сравнительные измерения петель намагниченности M(H) монокристаллических образцов в относительно малых полях (H ≤ 300 Э). 2. Постановка эксперимента В качестве основного объекта исследований были выбраны беспримесные ориентированные монокри- сталлические образцы YBCO с типичными размерами порядка 1×1 мм и толщиной вдоль основной кристал- лографической оси c около 0,015–0,02 мм. Необходи- мый для получения максимального значения Tc отжиг в потоке кислорода приводит к преобразованию тетра- гональной структуры кристаллов в орторомбическую и, как следствие, к образованию плоскостей границ двойникования. Известно [3], что подобная перестрой- ка структуры происходит и в поликристаллах, и в тон- копленочных ВТСП. Для исследования влияния этих плоскостных дефектов на динамику магнитных пото- ков и процессы пиннинга нами были отобраны моно- кристаллические образцы YBCO, у которых однона- правленные границы двойникования ориентированы параллельно оси c кристалла по всей его толщине, а степень блочности, участков с другой ориентацией ГД, была минимальна. Примененный бесконтактный сквид-магнитометри- ческий метод измерения намагниченности монокристал- лических образцов обеспечивает в эксперименте необхо- димую чувствительность по магнитному моменту (∆m ≈ ≈ 8·10–8 эме или 8·10–11 А·м2), приемлемую термостаби- лизацию измерительной камеры (∆T ≈ 20 мК), полно- стью устраняет подготовительные операции над образ- цами и позволяет сохранить их исходную структуру. Магнитное поле в купратные ВТСП проникает и за- хватывается в виде абрикосовских и джозефсоновских вихрей, которые закрепляются на различных центрах пиннинга. Под воздействием термической активации, происходящей с вероятностью ~ exp(–U/kT), вихри приходят в движение. Начинается крип магнитных потоков с первоначальных центров пиннинга на бли- жайшие соседние, возникает диссипация. Процессы, связанные с движением абрикосовских вихрей и их связок, а не достижение токов распаривания, и опреде- ляют плотность критического тока образца Jc. Для изучения динамики магнитных потоков, свя- занных с влиянием объемных центров пиннинга YBCO монокристаллов, измерения проводили в режиме ох- лаждения образца в заданном однородном магнитном поле соленоида (режим FC — field cooling). При пере- ходе образца в сверхпроводящее состояние большая часть магнитного поля выталкивается за границы об- разца, а часть в виде абрикосовских вихрей и их связок захватывается различными дефектами по всему моно- кристаллу и закрепляется на наиболее глубоких цен- трах пиннинга. При выключении поля (или при его скачкообразном уменьшении) мейcснеровские экрани- рующие токи могут компенсироваться и остаточная на- магниченность ВТСП определяется захваченными вих- рями в объеме. Роль приповерхностных энергетических барьеров (например, барьера Бина–Левингстона) в ди- намике магнитных потоков в этом случае минимальна. Термоактивированный крип вихрей и их связок приво- дит к перераспределению и затуханию объемных сверхтоков, интегральный дипольный момент начинает уменьшаться, усредненная намагниченность М сверх- проводящего образца релаксирует [1]. При этом в про- стейшем случае, используя линейную модель Андерсо- на–Кима, эффективную глубину U потенциала пин- нинга можно оценить по измерениям нормированной скорости изотермической релаксации намагниченности: 01/ ( / ln ) / ,S M dM d t kT U= = − где M0 — начальное значение намагниченности, за ко- торое при теоретических оценках обычно принимают намагниченность в критическом состоянии Бина, k — постоянная Больцмана, t — время. Большая часть опуб- ликованных исследований механизмов пиннинга и ре- лаксации намагниченности ВТСП различных кристал- лических структур проводились в сильных магнитных Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2013, т. 39, № 2 147 полях (порядка десятков килоэрстед), когда существен- ную роль играют процессы взаимодействия в жесткой, хорошо сформированной решетке магнитных вихрей. При этом слабые джозефсоновские связи подавлены, а экспериментальные данные очень чувствительны к ориентации поля относительно главных кристаллогра- фических направлений исследуемого образца (a, b, c) и наличию линейных или плоскостных дефектов. Об- ласть малых постоянных магнитных полей и началь- ные участки кривых намагниченности остаются наи- менее изученными, что обусловлено падением магнит- ных откликов в этих диапазонах H и сильным влиянием электромагнитных наводок. Как показано в работе [4], с точки зрения теории коллективного пиннинга в слабых магнитных полях реализуется крип невзаимодействующих вихрей. При этом скорость движения магнитного потока, длина кор- реляции L0 и потенциал пиннинга U не зависят от вели- чины магнитного поля, а результаты измерений слабо- чувствительны к отклонению магнитного поля от направления главных кристаллографических осей моно- кристалла YBCO. Кроме того, величина плотности кри- тического тока, определяемая равенством удельных сил пиннинга и силы Лоренца Jc = U c/Φ0 L0 (Φ0 — квант магнитного потока), также не чувствительна к углу ме- жду кристаллографической осью, плоскостью ГД и H. 3. Результаты экспериментов и их обсуждение В процессе экспериментальных исследований ис- пользована стандартная методика измерения намагни- ченности по регистрации отклика радиочастотного сквид-градиентометра [2]. При измерениях M(T) охлаж- дение исследуемых образцов (от T ≈ 150 К до мини- мальной Tmin ≈ 30–50 К) проводилось в заданном малом магнитном поле по методу FC. Затем поле выключалось, производился отогрев монокристалла (со скоростью dT/dt ≈ 0,2 К/мин) и регистрировалась зависимость на- магниченности, обусловленной захваченными потока- ми, от температуры M(T) (режим FCW — field cooled warming). Далее измерялась изотермическая релаксация намаг- ниченности M(t) в интересующей нас области темпера- тур. Для этого включалось поле соленоида (H ≈ 1 Э), начиналось охлаждение образца в режиме FC с умерен- ной скоростью, устанавливалась и стабилизировалась необходимая выбранная температура измерительной камеры. После этого ток соленоида отключался (H = 0) и одновременно начиналась регистрация уменьшения во времени намагниченности M(t), обусловленной крипом захваченных потоков. На рис. 1(а) в качестве типичного примера приведе- на динамика нормированного значения изотермиче- ской релаксации намагниченности M(t) одного из ис- следуемых монокристаллов при различных темпера- турах, в том числе вблизи сверхпроводящего фазового перехода onset( cT = 90,2 К). Подобные зависимости с хорошей степенью воспроизводимости были получены для ряда других монокристаллов YBCO оптимального уровня насыщения кислородом. При этом поле было параллельно кристаллическим плоскостям ( \|\| ,H a b или \|\| ).H c Для интервала температур образца T/Tc ≤ 0,8 изотермическая релаксация намагниченности имеет начальный ход со слабовыраженной динамикой, пере- ходя затем к квазилогарифмическому поведению. При относительно малых температурах это можно объяс- нить экспоненциальным снижением термического крипа магнитного потока и присутствием неподавлен- ных магнитным полем случайных джозефсоновских связей в областях ГД [2]. Однако при более высоких температурах и при больших временах регистрации характер поведения M(t) заметно меняется. Вблизи области фазового перехода (T → Tc) в присутствии Рис. 1. Температурная зависимоcть усредненной нормированной скорости изотермической релаксации намагниченности S одного из исследованных YBCO монокристаллов (H ║ a, b). На вставке показаны кривые релаксации M(t) для некоторых тем- ператур, нормированные на свое начальное значение M0 (а); экспериментальные данные S(T/Tc) для значений магнитного поля 10 Э [5] и 1 Э (H \|\| c) (б). 20 30 40 50 60 70 80 90 0 0,02 0,04 T, К 0 1000 2000 3000 4000 0,96 0,98 1,00 t, c 20 К 80 К 82 К S M M/ 0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 0,02 0,04 H = 1 Э = 10H Э S T T/ c (а) (б) В.Ю. Монарха, В.А. Пащенко, В.П. Тимофеев 148 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2013, т. 39, № 2 сильных термических флуктуаций крип вихрей возрас- тает и начинает переходить в режим термоактивиро- ванного течения потока (TAFF — thermally assisted flux flow) [4]. На рис. 1(б) приведено сопоставление нор- мированной скорости изотермической релаксации, полученной в наших экспериментах, с данными рабо- ты [5], где магнитное поле было существенно больше (H = 10 кЭ) и оказало сильное влияние на эффектив- ный потенциал пиннинга. При ориентации \|\|H c поле параллельно плоскостям ГД кристалла и наиболее эф- фективно осуществляется пиннинг невзаимодействую- щих абрикосовских вихрей. Кривая намагниченности M(H) идеальных сверхпро- водников второго рода, у которых отсутствуют приме- си, дефекты и другие центры пиннинга, обратима и име- ет пик при H ≈ Hc1, плавно спадая с ростом магнитного поля к нулю при H ≈ Hc2 (Hc1, Hc2 — первое и второе критические поля). Однако при наличии дефектов кри- сталлической структуры ВТСП зависимость M(H) ста- новится необратимой, появляется гистерезис. У типич- ных монокристаллических образцов YBCO наличие центров пиннинга абрикосовских вихрей приводит к трансформации кривой M(H) в петлю намагниченности. Ширина петли намагниченности ВТСП ∆M пропор- циональна усредненной по объему образца эффективной глубине потенциала пиннинга U. Согласно модели кри- тических состояний Бина, величина плотности критиче- ского тока сверхпроводника Jc связана с геометрически- ми параметрами исследуемого образца и ∆M. Величину Jc оценивают, например, соотношением: Jc = 15 ∆M/R, где R — функция геометрии образца, учитывающая раз- магничивающий фактор и зависимость критического тока от магнитного поля [6]. Близкое по форме выраже- ние для Jc = 20 ∆M/[a(1–a/3b)], где a,b (a < b) — размеры поперечного сечения образца, приведено в работе [7]. В качестве сравнительных испытаний, использую- щих две различные методики исследования динамики магнитных потоков в ВТСП, нами проведены измерения магнитных свойств монокристаллических образцов YBCO с помощью коммерческой установки MPMS (Quantum Design). На рис. 2(а) приведена типичная зависимость M(H) одного из исследованных монокристаллов YBCO при T = 20 К. Начальная часть кривой намагниченности, показанная на вставке, позволяет оценить поле начала проникновения Hp и первое критическое поле Hc1, ко- торые сложно рассчитать со строгим учетом всех гео- метрических параметров образца и краевых эффектов. Петля намагниченности M(H) асимметрична относи- тельно оси абсцисс H, что указывает на сильное влия- ние поверхностного барьера Бина–Левингстона и тер- моактивированного коллективного крипа абрикосов- ских вихрей и их связок [8]. Применить модель крити- ческого состояния Бина для оценки Jc по данным M(H), снятым в малых полях в выбранном диапазоне температур, не представляется возможным. Поэтому ранее проведенные оценки эффективного потенциала пиннинга из измерений M(t) выступают в качестве оп- ределяющей методики. Рисунок 2(б) иллюстрирует влияние релаксации намагниченности, обусловленной вихрями, захваченными при охлаждении образца в поле 10 Э. Это условие соответствует начальному уча- стку петли гистерезиса и, как следует из литературных данных, практически не исследовано. 4. Заключение Впервые показано существенное влияние кристалли- ческой структуры (в том числе однонаправленных гра- ниц двойникования) монокристаллов YBCO на скорость релаксации намагниченности, обусловленной захвачен- ными магнитными потоками в малых постоянных полях (1 Э ≤ H ≤ 10 Э) в широком временном интервале при температурах, близких к критическим Tc. –100 –50 0 50 100 –4 –2 0 2 4 H, Э T = 20 К M ·1 0 – 4 , эм е M ·1 0 эм е – 4 , H, Э 4 –2 0 20 40 60 Hp = 9 Э Hc1 = 22 Э t, c 0 2000 4000 6000 8000 105 106 M ·1 0 – 4 , эм е 10 100 1000 0,99 1,00 t, c T = 20 К S = 0,0017 M M/ 0 (а) (б) Рис. 2. Типичная зависимость M(H) одного из исследованных монокристаллов YBCO для T/Tc = 0,22. На вставке показан на- чальный участок намагниченности образца (а); изотермическая релаксация намагниченности, снятая при той же температуре (H = 10 Э). На вставке показана оценка значения S по линейной модели Андерсона–Кима (б). Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2013, т. 39, № 2 149 Полученные результаты позволяют по-новому оце- нить динамику магнитных потоков, захваченных в ре- жиме FC, обусловленную существенным ростом эф- фективных потенциалов пиннинга при столь малых плотностях потоков. Полученные результаты могут быть полезны при исследованиях по повышению чув- ствительности приемной аппаратуры азотного уровня охлаждения, для которой характерна работа с охлаж- дением в магнитном поле Земли. 1. Y. Yeshurun, A.P. Malozemoff, and A. Shaulov, Rev. Mod. Phys. 68, 911 (1996); D.A. Lotnyk, R.V. Vovk, M.A. Obolenskii, A.A. Zavgorodniy, J. Kovac, V. Antal, M. Kanu- chova, M. Sefcikova, P. Diko, A. Feher, and A. Chroneos, J. Low Temp. Phys. 161, 387 (2010). 2. В.П. Тимофеев, А.В. Бондаренко, ФНТ 30, 810 (2004) [Low Temp. Phys. 30, 610 (2004)]; В.П. Тимофеев, А.Н. Омельянчук, Ю.Т. Петрусенко, ФНТ 31, 1405 (2005) [Low Temp. Phys. 31, 1067 (2005)]; В.П. Тимофеев, А.А. Шабло, В.Ю. Монарха, ФНТ 35, 1192 (2009) [Low Temp. Phys. 35, 926 (2009)]. 3. А.В. Бондаренко, А.А. Продан, М.А. Оболенский, Р.В. Вовк, Т.Р. Ароури, ФНТ 27, 463 (2001) [Low Temp. Phys. 27, 339 (2001)]. 4. G. Blatter, M.V. Feigel’man, V.B. Geshkenbein, A.I. Larkin, and V.M. Vinokur, Rev. Mod. Phys. 66, 1125 (1994). 5. D. Miu, L. Miu, G. Jakob, and H. Adrian, Physica C 460–462, 1243 (2007). 6. И.А. Руднев, Б.П. Михайлов, П.В. Бобин, Письма в ЖТФ 31, 88 (2005). 7. D. Yazici, B. Ozcelik, and M.E. Yakinci, J. Low Temp. Phys. 163, 370 (2011). 8. L. Krusin–Elbaum, L. Civale, V.M. Vinokur, and F. Holtz- berg, Phys. Rev. Lett. 69, 2280 (1992). Pinning features of magnetic flux trapped by YBCO single crystals in weak dc fields V.Yu. Monarkha, V.A. Paschenko, and V.P. Timofeev The dynamics of Abricosov vortices and bundles was experimentally investigated in Earth’s magnetic field range. Isothermal relaxation features in YBCO single crystal samples with strong pinning centers were studied for different sample-field orientation. The obtained values of normalized relaxation rate S allowed us to estimate the effective pinning potential U in the bulk of the YBCO sample and its temperature dependence, as well as the critical current density Jc. A comparison between the data obtained and the re- sults for similar measurements in significantly higher magnetic fields was performed. To compare different Jc measuring techniques magnetization loop M(H) measurements, were made. These measurements pro- vided many important parameters of the samples under study (penetration field Hp, first critical field Hc1, etc.) that involve the geometrical configuration of the samples. PASC: 74.72.–h Cuprate superconductors; 74.25.Ha Magnetic properties of super- conductors; 74.25.Wx Vortex pinning in superconductors. Keywords: YBa2Cu3O7–x single crystals, pinning of Abrikosov vortices, relaxation of magnetization.

Особенности пиннинга магнитных потоков, захваченных монокристаллами YBCO в слабых постоянных полях

Репозитарії

Схожі ресурси