Izotermiczny efekt magnetokaloryczny w monokrysztale YBa2Cu3O7-d Tomasz Plackowski, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu Współpraca: grupa prof. A.Junod z Uniwersytetu w Genewie

Plan metoda pomiarowa i definicja MT - izotermicznego współczynnika magnetokalorycznego składowa nieodwracalna składowa odwracalna wyniki MT dla monokryształu YBa2Cu3O7-d: a) ciepło utajone b) skalowanie

pomiary kalorymetryczne z miernikiem przepływu ciepła próbka blok Cu Ts termometr ekran Ts  Tb Up jq Tb B B – pole magnetyczne, Ts – temperatura próbka, Tb – temperatura bloku jQ – strumień ciepła, UP – napięcie na mierniku, A – czułość miernika miernik strumienia ciepła miernik przepływu ciepła z zamontowanym monokryształem nadprzewodnika YBa2Cu3O7 przy B = const: ciepło właściwe, CB przy T = const: izotermiczny efekt magnetokaloryczny, MT T.Plackowski et al., Rev. Sci. Instrum. 73 (2002) 2755.

Nieodwracalny efekt magnetokaloryczny w nadprzewodnikach II-rodzaju: model x B dx dBa=dB Ba dB Ba+dBa D kierunek ruchu worteksów model stanu krytycznego Bean’a: B dx dBa=dB Ba dB Ba+dBa x D B = 0 vortex movement direction Dpen penetracja pełna penetracja początkowa siła tarcia:  wydzielone ciepło: T.Plackowski, Phys. Rev. B 72, (2005) 012513

Nieodwracalny efekt magnetokaloryczny w nadprzewodnikach II-rodzaju: rezultat przy pełnej i równomiernej penetracji próbki przez strumień magnetyczny nieodwracalność magnetokaloryczna jest miarą prądu krytycznego Jc porównanie nieodwracalnego zachowania magnetyzacji (M) i efektu magnetokalorycznego (MT): różnice tylko przy penetracji nierównomiernej

Nieodwracalny efekt magnetokaloryczny w nadprzewodnikach - przykład polikrystalicznego YBa2Cu3O7-d uniwersalne nachylenie zależne tylko od przenikalności magnetycznej próżni d = 0.17 – próbka słabo domieszkowana d = 0.07 – próbka optymalnie domieszkowana d = 0.02 – próbka silnie domieszkowana

Odwracalny i nieodwracalny efekt magnetokaloryczny w nadprzewodnikach - przykład monokryształu NdBa2Cu3O7-d (Tc = 95.5 K) tuż poniżej Tc – zakres odwracalny: zachowanie podobne do ciepła właść. daleko od Tc – zakres nieodwracalny: zachowanie podobne do magnetyzacji T.Plackowski et al., J.Phys.: Cond. Matter, in press (2005)

Monokryształ NdBa2Cu3O7-d: diagram fazowy Diagram fazowy B-T dla monokryształu nadprzewodnika NdBa2Cu3O7 Izotermiczny współczynnik magnetokaloryczny w funkcji pola – anomalie związane z topnieniem sieci wirów pola magnetycznego skala kolorów – wartości prądu krytycznego skala szarości – fluktuacje nadprzewodzącego parametru porządku M- magnetyzacja, Tm – linia topnienia worteksów, Tirr – linia nieodwracalności

topnienie sieci worteksów Wysokiej jakości monokryształ YBa2Cu3O7-d: magnetyzacja i ciepło właściwe topnienie sieci worteksów w Cp dominuje składowa sieciowa

Monokryształ YBa2Cu3O7-d: MT tuż poniżej Tc = 88.5 K (do 82 K) pojawia się pik związany z topnieniem sieci worteksów

Monokryształ YBa2Cu3O7-d: MT poniżej 82 K topnienie sieci worteksów

Ciepło utajone L współrzędne dolnego punktu krytycznego Zależność ciepła utajonego L przemiany fazowej sieci wirów od pola magnetycznego współrzędne dolnego punktu krytycznego

Diagram fazowy B-T dla wysokiej jakości monokryształu YBa2Cu3O7-d nadprzewodniki należą do klasy uniwersalności 3D – XY, zatem wykładnik krytyczny dla długości koherencji:  = 0.671 Bm=B0(1-T/Tc)2 B0 = 139 T ?  linia topnienia jest określona przez fluktuacje nadprzewodzącego parametru porządku

Izotermiczny współczynnik magnetokaloryczny MT dla prostego ferromagnetyka UCuP2 Osobliwość związana z przejściem ciągłym typu krytycznego w Tc = 74.5 K Ciepło właściwe w funkcji temperatury T > TC = 74.5 K T < TC = 74.5 K Izotermiczny współczynnik magnetokaloryczny poniżej (a) i powyżej (b) punktu Curie

Zastosowanie teorii skalowania do izotermicznego współczynnika magnetokalorycznego na przykładzie prostego ferromagnetyka: UCuP2 Class MFA 0.333 (1/3) 2d Ising ( n = 1) 0.467 (7/15) 3d SAW (n = 0) 0.479 3d Ising (n = 1) 0.433 3d XY (n = 2) 0.392 3d Heisenberg (n = 3) 0.364 Wartości wykładnika krytycznego dla MT dla różnych klas uniwersalności MT w pobliżu punktu Curie – wykres log-log Funkcja skalująca dla MT dla modelu Isinga 3D

skalowanie MT linia prosta ! nie da się znaleźć funkcji skalującej  bliskie wartości dla MFA

Konkluzje i pytania metoda pomiarów MT wydaje się być pożyteczna dla nadprzewodników: pozwala badać termodynamikę odwracalną i jednocześnie zjawiska nieodwracalne związane z jakością kryształu (czyli ilością defektów) udało się z duża dokładnością wyznaczyć zależność ciepła utajonego od temperatury i pola oraz położenie dolnego punktu krytycznego zaobserwowano bardzo ostre pojawienie się nieodwracalności na linii pomiędzy dolnym punktem krytycznym a Tc (? nr 1) problem ze skalowaniem zależności MT(B) w fazie cieczy worteksów (? nr 2) – czy rzeczywiście mamy tu fluktuacje klasy 3D-XY ? mimo niejasności widać, że fluktuacje nadprzewodzącego parametru porządku i porządek w sieci worteksów są wzajemnie zależne