Superconducting transition in (Bi,Pb) 4 Sr 3 Ca 3 Cu 4 O x M. Gazda 1, B. Kusz 1, S. Stizza 2, R. Natali 2, V. Di Stasio 2 1 Faculty of Applied Physics & Mathematics, Gdansk University of Technology, Poland 2 Dipartimento di Matematica e Fisica, Università di Camerino, INFM, Italia

Cel badań Badanie przejścia do stanu nadprzewodzącego w materiale zbudowanym z małych granul nadprzewodnika rozłożonych w nienadprzewodzącej matrycy.

Plan 1.Badane materiały. 2.Przejście nadprzewodzące w materiałach granulastych. 3.Wyniki pomiarów  ( T ). 4.Temperatury krytyczne. 5.Analiza wyników metodą pochodnej logarytmicznej przewodnictwa. 6.Podsumowanie.

Badane materiały 1.Szkło (Bi 0.8 Pb 0.2 ) 4 Sr 3 Ca 3 Cu 4 O x otrzymano tradycyjną metodą: azotany, węglany i tlenki) po zmieszaniu zostały poddane dekompozycji (820°C, 12 godzin). 2.Po kolejnym zmieleniu, zdekomponowane substraty zostały stopione (1250  C) w tyglu platynowym, a następnie szybko ochłodzone.

Badane materiały 3.Próbki w postaci płytek o wymiarach około 2mm*1mm*8mm umieszczono w gorącym piecu na pewien czas a następnie szybko wyjmowano. Warunki wygrzewania: –próbka 1 :830  C, 1 minuta –próbka 2: 860  C, 2 minuty

Badane materiały O Cu Ca Sr Bi (Pb) W rezultacie wygrzewania, materiał krystalizuje. Formują się w nim nadprzewodniki wysokotemperaturowe należące do rodziny bizmutu. Szczególnie 2212

Badane materiały 1.Materiał jest nadprzewodnikiem granulastym, zbudowanym z granul nadprzewodzących rozmieszczonych w matrycy izolatora lub półprzewodnika.

Badane materiały 860 o C, 2 minuty ( 0.3  m ) 820 o C, 2 minuty (20-40 nm)

Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym [[  cm] T [K] szerokie, czasem podwójne

Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym

1.T 1 : większość izolowanych granul przechodzi do stanu nadprzewodzącego. 2.T 2 : powstaje uporządkowanie dalekiego zasięgu prowadzące do stanu o zerowym oporze d  /dT T [K] T 2 T o C, 2 min

Wyniki pomiarów 1.Próbka wygrzewana w temperaturze 830 o C przez 1 minutę: pomiary dla różnych wartości prądu płynącego przez próbkę(od 0.3x10 -4 A/cm 2 ). 2.Próbka wygrzewana w temperaturze 860 o C przez 2 minuty: pomiary w słabym polu magnetycznym (do 2 T)

Wyniki pomiarów 1.Próbka wygrzewana w temperaturze 830 o C przez 1 minutę:

Wyniki pomiarów 1.Próbka wygrzewana w temperaturze 830 o C przez 1 minutę:

Wyniki pomiarów 1.Próbka wygrzewana w temperaturze 830 o C przez 1 minutę: I T onset T1T1 T2T  A mA mA mA mA

Temperatura krytyczna T 1 1.W badanych materiałach granulastych nie zależy od prądu płynącego przez próbkę. 2.Wartość temperatury krytycznej, około 85 K jest typowa dla fazy Nie obserwuje się zatem wpływu wielkości granul nadprzewodzących na temperaturę krytyczną.

Temperatura krytyczna T 2 1.W badanych materiałach granulastych silnie zależy i od prądu płynącego przez próbkę. 2.Ta temperatura wynika z „jakości” złącz między granulami, które z kolei zależą od mikrostruktury materiału. W przypadku konwencjonalnych nadprzewodników granulastych stwierdzono związek między T 2 a oporem materiału w stanie normalnym 1. Prąd krytyczny złącz jest mały. 1 O. Entin-Wohlman, A. Kapitulnik and Y. Shapira Physica 107B (1981), 125.

Wyniki pomiarów 2.Próbka wygrzewana w temperaturze 860 o C przez 2 minuty:

Wyniki pomiarów 2.Próbka wygrzewana w temperaturze 860 o C przez 2 minuty: B [T]T onset T1T1 T2T

Temperatura krytyczna T 1 1.Już bardzo słabe pole magnetyczne (0.125 T) znacząco obniża temperaturę krytyczną. Granule 0.3  m są tego samego rzędu, co głębokość wnikania pola magnetycznego. 1 1 X.Y. Lang and Q. Jiang, Solid State Commun. 134 (2005), 797.

Temperatura krytyczna T 2 1.Bardzo szybko maleje w polu magnetycznym, ponieważ prąd krytyczny złącz jest mały i silnie zależy od pola magnetycznego.

Analiza wyników Dwuetapową naturę przejścia nadprzewodzącego w materiałach granulastych można wyeksponować poprzez analizę wyników za pomocą wielkości: gdzie  jest różnicą między mierzoną wielkością przewodnictwa  a przewodnictwem obliczonym na podstawie zależności wysokotemperaturowych,  R.

Analiza wyników Zakładając, że przejście do stanu nadprzewodzącego jest przemianą fazową II rodzaju, powstawanie uporządkowania dalekiego zasięgu można w pobliżu przejścia wyrazić jako wykładniczą zmianę długości koherencji. Jako miarę koherencji można przyjąć . gdzie d j est wymiarem (=3), a z dynamicznym wykładnikiem opisującym zanik korelacji w czasie.

Analiza wyników Wiedząc, że odległość koherencji zależy wykładniczo od temperatury: gdzie jest wykładnikiem statycznym.

Analiza wyników Zatem: czyli wykładnik s, który zależy od natury fluktuującego układu, można wyznaczyć doświadczalnie.

Analiza wyników

Przebieg zależności jest typowy dla materiałów granulastych. Minimum po wysokotemperaturo- wej stronie wykresu odpowiada temperaturze krytycznej T 1. Następnie, obserwuje się maksimum o wielkości zależnej od pola magnetycznego, a następnie liniowy spadek aż do osiągnięcia stanu o zerowym oporze.

Analiza wyników Szerokość stanu parakoherentnego jest bardzo duża, rozciąga się na 40 K (w typowych ceramikach jest to kilka K). Szerokość tego obszaru rośnie wraz z polem (dla słabych pól), a także prądem płynącym przez próbkę.

Analiza wyników Zwraca uwagę nietypowe 1 zachowanie w polu magnetycznym. 1 F.W. Fabris, J. Roa-Rojas and P. Pureur, Physica C 354 (2001), 304.

Analiza wyników Wykładniki otrzymane z analizy przejść nadprzewodzących dla małych prądów oraz bardzo słabych pól magnetycznych wynoszą około 4.4. B [T] s (±0.3) I  A mA

Analiza wyników Wykładniki o wartości około 4.4 obserwowano również w innych nadprzewodnikach granulastych. Wciąż toczy się dyskusja na temat ich interpretacji.

Podsumowanie 1. Nawet materiał zawierający tylko kilka procent fazy 2212 w postaci izolowanych granul o rozmiarze kilkudziesięciu nm przechodzi do stanu nadprzewodzącego. 2.Temperatura krytyczna izolowanych granul zależy jedynie od pola magnetycznego. 3. Temperatura, w której powstaje uporządkowanie dalekiego zasięgu zależy i od pola magnetycznego, i od prądu.

Podsumowanie 4.Granularny charakter materiału ujawnia się wyraźnie w pochodnej logarytmu paraprzewodnictwa. 5.Nieoczekiwany wpływ słabego pola magnetycznego na przejście nadprzewodzące pokazuje, że badanie nadprzewodników wysokotemperaturowych zbudowa- nych z małych granul nadprzewodzących może ujawnić wiele ciekawych zjawisk..