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 2001. 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 900 0 C 3. umieszczenie w komorze ciśnieniowej, gdzie podnoszono ciśnienie do 35 kbar i jednocześnie zwiększano temperaturę do 1000 0 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 www.qdusa.com)

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 90 0. 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