Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Drugie pole krytyczne i linia nieodwracalności polikryształu i epitaksjalnej warstwy nadprzewodnika MgB 2 II nagroda Ministra Nauki i Informatyzacji w.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Drugie pole krytyczne i linia nieodwracalności polikryształu i epitaksjalnej warstwy nadprzewodnika MgB 2 II nagroda Ministra Nauki i Informatyzacji w."— Zapis prezentacji:

1 Drugie pole krytyczne i linia nieodwracalności polikryształu i epitaksjalnej warstwy nadprzewodnika MgB 2 II nagroda Ministra Nauki i Informatyzacji w Polskich Eliminacjach Konkursu Prac Młodych Naukowców Unii Europejskiej 2005 Piotr Juszyński Konrad Kapcia

2 Plan prezentacji 1.Wprowadzenie do nadprzewodnictwa. 2.Znane właściwości i powody dalszych badań MgB 2. Badane próbki. 3.Przeprowadzone pomiary i ich wyniki. 4.Podsumowanie.

3 Co to jest nadprzewodnictwo? R=0 dla wszystkich T < T c Poniżej pewnej temperatury zwanej temperaturą krytyczną T c nadprzewodnik nie wykazuje oporu elektrycznego. B=0 we wnętrzu nadprzewodnika B = µ 0 (H + M) => M = - H Materiał nadprzewodzący umieszczony w polu magnetycznym całkowicie wypycha je ze swego wnętrza (tzw. efekt Meissnera). Jeśli pole jest zbyt duże (większe niż tzw. pole krytyczne H c ), próbka nie jest w stanie go wypchnąć i pole to niszczy nadprzewodnictwo. W stanie nadprzewodzącym w próbce powstają prądy nadprzewodzące, które ekranują jej wnętrze przed zewnętrznym polem magnetyczny. Wtedy namagnesowanie próbki przestaje być zerowe.

4 Nadprzewodniki I-go i II-go rodzaju H H c2 stan nadprzewodnictwa stan mieszany stan normalny Nadprzewodniki I-go rodzajuNadprzewodniki II-go rodzaju T c rzędu kilku KelwinówT c rzędu kilkudziesięciu Kelwinów Posiadają jedno pole krytyczne H c, poniżej którego przechodzą w stan nadprzewodnictwa – z wnętrza nadprzewodnika jest całkowicie wypychane pole magnetyczne. Charakteryzują się dwoma polami krytycznymi: pierwszym (dolnym) polem krytycznym H c1 drugim (górnym) polem krytycznym H c2 rodzaju Gdy znajdują się w polu zewnętrznym H H c2 przechodzą w stan normalny.

5 Jak powstaje nadprzewodnictwo? Opór elektryczny jest wynikiem rozpraszania elektronów. W stanie nadprzewodzącym elektrony o dokładnie przeciwnym pędzie i spinie łączą się w pary (tzw. pary Coopera), oddziałując ze sobą poprzez fale sprężyste w sieci krystalicznej (fonony). Parze takiej odpowiada fala o nieskończonej długości, więc nie może być ona rozpraszana na sieci.

6 Nadprzewodnictwo w MgB 2 odkryto w Typowy BCS-owski nadprzewodnik. T c = 39 K – wyższa niż związków o podobnej budowie oraz wyższa niż przewiduje teoria BCS (ok. 23 K). Stosunkowo duża długość koherencji ξ≈5,4 nm (nadprzew. wys. temp. maks. ξ≈ 3,5 nm ). W MgB 2 występują dwie przerwy energetyczne, co jest niespotykane w ogromnej większości znanych materiałów nadprzewodzących. Ich występowanie ma wpływ na wiele właściwości MgB 2, np. na wysoką T c czy na temperaturową zależność anizotropii H c2 monokryształów. Dlaczego właśnie MgB 2 ?

7 Schemat struktury krystalicznej MgB 2 MgB a b c

8 Badane próbki Polikryształ MgB 2 (masa: 18,3 mg, wym.: 2x2x1,8 mm) wykonany w ETH w Zürichu 1. drobne płatki magnezu Mg i amorficznego boru B zmieszano i ściśnięto w kapsułkę w obecności argonu Ar 2. wygrzewanie przez kolejne godziny w temperaturach odpowiednio 600, 800 i C 3. umieszczenie w komorze ciśnieniowej, gdzie podnoszono ciśnienie do 35 kbar i jednocześnie zwiększano temperaturę do C, wygrzewanie próbki przez godzinę 4. uzyskano polikrystaliczą próbkę MgB 2 ze śladami Mg Epitaksjalna warstwa MgB 2 (masa wraz z podłożem 2,8 mg, gr. < 100 nm, wym. 1,7x1,9 mm) wykonana w IEN „Galileo Ferraris” w Turynie 1. na cienką płytkę krzemową po obu jej stronach naniesiono warstwę SiN o grubości 500 nm 2. na jedną ze stron płytki nanosi się cienką warstwę nadprzewodnika, poprzez jednoczesne osadzanie się atomów magnezu i boru, w wyniku czego tworzy się sieć krystaliczna MgB 2 3. otrzymana w ten sposób warstwa, używana w eksperymencie, miała mniej niż 100 nm grubości.

9 Pomiary namagnesowania w funkcji temperatury dla obu próbek temperatura krytyczna T c dla obu próbek Pomiary namagnesowania polikryształu w funkcji pola oba pola krytyczne H c1, H c2 i pole nieodwracalności H irr Pomiary momentu skręcającego w funkcji kąta (położenia) dla epitaksjalnej warstwy drugie pole krytyczne H c2 i pole nieodwracalności H irr Co zostało zrobione?

10 Wyznaczanie temperatury krytycznej Krzywa ZFCPróbka schłodzona w H = 0 i pomiar w rosnącej temperaturze Krzywa FCPomiar w H ≠ 0 z malejącą temperaturą Z pomiaru namagnesowania w stałym H przy zmiennej temperaturze wyznaczamy T c, dla której na wykresie obserwujemy skok wartości namagnesowania. Krzywe ZFC i FC pokrywają się  próbki bez defektów Duża różnica między FC i ZFC  dużo defektów, więc duże wartości prądów krytycznych Teoretyczna zależność namagnesowania próbki w funkcji temperatury.

11 T c ≈38K FC ZFC H=1 Oe Namagnesowanie próbki polikrystalicznej MgB 2 w funkcji temperatury

12 Namagnesowanie próbki z epitaksjalną warstwą MgB 2 w funkcji temperatury Pole skierowane równolegle do warstwy FC ZFC H=10 Oe T c ≈30 K Pole skierowane prostopadle do warstwy H=100 Oe T c ≈30 K

13 Prądy krytyczne w obu próbkach Porównanie kotwiczenia wirów w obu próbkach – wprowadzamy wielkość względnej zmiany namagnesowania zdefiniowaną następująco: ΔM(T) = (M FC (T))/M ZFC (T),dla T < T c Wtedy dla próbki polikrystalicznej mamy ΔM poli (T)≈12% a dla cienkiej warstwy ΔM film (T)≈8% Zjawisko kotwiczenia w obu próbkach zachodzi na podobną skalę, jednak prądy mogące przepływać przez polikryształ są niższe.

14 Teoretyczna zależność namagnesowania próbki w funkcji przyłożonego pola. ΔM H c1 H irr H c2

15 Namagnesowanie polikryształu MgB 2 w funkcji pola przy stałej temperaturze - wyniki pomiarów

16 Zależność pierwszego pola krytycznego, pola nieodwracalności i drugiego pola krytycznego od temperatury dla polikryształu. H c1 (0) / H c2 (0) = 0,26% H irr (0) / H c2 (0) = 70%, jest to typowe dla nadprzewodników charakteryzowanych dużym parametrem Ginzburga - Landaua.

17 H llab M H H llc M M llab M llc H llc M Namagnesowanie próbki w polach magnetycznych o różnej orientacji przestrzennej (efekt charakterystyczny dla próbek anizotropowych). H c2 llc < H < H c2 llab H M = 0, τ = 0 HM M ≠ 0, τ = 0 M Hθ M ≠ 0, τ ≠ 0 θ [deg] θ c2 θ irr Δτ θ c2 Magnetyczny moment skręcający

18 Schemat wspornika użytego w doświadczeniu (z broszury reklamowej Quantum Design ze strony

19 Eliminacja wpływu tła Na mierzony sygnał momentu skręcającego składa się sygnał momentu pochodzącego od tła oraz momentu magnetycznego pochodzącego od próbki: f(90 0 +x) = Tło(90 0 +x) + τ(90 0 +x) Zakładamy, że sygnał pochodzący od tła (np. siła ciężkości) jest symetryczny względem 90 0 : Tło(90 0 -x) = Tło(90 0 +x) Natomiast sygnał pochodzący od magnetycznego momentu skręcającego jest antysymetryczny względem 90 0 : τ(90 0 -x) = - τ(90 0 +x) Mamy zatem, że f(90 0 +x) - f(90 0 -x) = 2τ(90 0 +x) f(90 0 +x) + f(90 0 -x)=2Tło(90 0 +x) kąt [deg] y

20 Obróbka danych Sygnał otrzymany podczas pomiaru momentu skręcającego w T=15K i H=70 kOe. θ [deg] Tło wyliczone ze wzoru: f(90 0 -x)+f(90 0 +x)=2Tło(90+x) θ [deg] θ c2 Magnetyczny moment skręcający bez PE (po uśrednieniu gałęzi). θ [deg] θ irr Magnetyczny moment skręcający (po usunięciu wpływu tła). θ [deg]

21 Niektóre wyniki pomiarów H irr llab (20K)<90 kOe, gdyż próbka nie przechodzi w stan nadprzewodnictwa. Możemy więc oszacować H irr llc (10 K)≈ 95 kOe. θ [deg] Tło rzeczywiście jest symetryczne względem Nie można odczytać θ irr, ponieważ H irr llc (4,2K)>90 kOe.

22 Wykresy funkcji H irr (θ) w różnych temperaturach H irr llc =35 kOe γ = 2,8 θ [deg] H irr llc =68 kOe γ = 3,3 θ [deg] Zakładamy, że zależność pola nieodwracalności od kąta opisana jest tą samą funkcją, co zależność drugiego pola krytycznego. W teorii Ginzburga – Landaua zależność ta jest określona następującym równaniem: H irr (θ) = H irr llc ( cos 2 θ + sin 2 θ / γ irr 2 ) -1/2, gdzie γ irr = H irr llab / H irr llc. Zakładając anizotropię pól nieodwracalności γ≈3 otrzymujemy H irr llab ≈12 kOe

23 Wykresy zależności H irr llab i H irr llc od T H irr llc (0)=110 kOe, H irr llab (0)>400 kOe

24 Porównanie otrzymanych wyników Polikryształ: H c1 (0)=270 Oe, H irr (0)=72 kOe, H c2 (0)=103 kOe, T c =38 K Epitaksjalna warstwa: H irr llc (0)=110 kOe, H irr llab (0)>400 kOe, T c =30 K H c2 llc (0)=160 kOe, H c2 llab (0)>570 kOe (H c2 llab /H irr llab ≈70%) Monokryształy: H c2 llc (0)=31 kOe, H c2 llab (0)=180 kOe, T c =39 K Monokryształy z domieszką węgla H c2 llc (0)=100 kOe, H c2 llab (0)=450 kOe, T c =34 K

25 Podsumowanie Wielkości charakteryzujące nadprzewodnik, takie jak temperatura krytyczna T c, pierwsze i drugie pola krytyczne H c1, H c2, pole nieodwracalności H irr silnie zależą od typu próbki. Cienkie warstwy mają mniejszą temperaturę krytyczną niż próbki polikrystaliczne. Porównując wyniki otrzymane dla cienkiej warstwy z danymi dla monokryształu oraz z danymi dla próbki krystalicznej z 6% zawartością węgla stwierdzamy, że cienka warstwa ma znacznie wyższe pola krytyczne w obu kierunkach od innych znanych próbek MgB 2. Uzyskana przez nas wartość anizotropii epitaksjalnej cienkiej warstwy na poziomie 3 jest stosunkowo niewielka, co wiąże się z silnym kotwiczeniem wirów.


Pobierz ppt "Drugie pole krytyczne i linia nieodwracalności polikryształu i epitaksjalnej warstwy nadprzewodnika MgB 2 II nagroda Ministra Nauki i Informatyzacji w."

Podobne prezentacje


Reklamy Google