Vortexdynamik und Instabilitäten in Hochtemperatur-Supraleitern

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden zwei Aufbauten zurmagnetooptischen Untersuchung von Supraleitern beschrieben.Einer der beiden Aufbauten ist darauf optimiert die Flussdynamikvon Supraleitern auf Nanosekundenzeitskala zu untersuchen. Dieswird durch eine Pump-Probe-Technik realisiert. Mit dem anderen,neu entwickelten Aufbau, ist sowohl der magnetische Kontrast alsauch die laterale Auflösung verbessert worden.Dieser Fortschritt ermöglichte die Stabilitätsuntersuchung desSupraleiters Yttrium Nickel Bor Carbid (YNi2B2C). Ein Supraleiter, der wegen seinermagnetischen Anomalien einiges Forschungsinteresse hervorruft. DerVergleich mit den Materialien BSCCO und YBCO liefert für diese dreiMaterialien drei qualitativ unterschiedliche Verhalten. YNi2B2Czeigt die dendritische Instabilität, sobald ein externes Feld einen bestimmten Wertübersteigt. Dabei spielt die Probentemperatur keine Rolle.Bei dieser Art der Instabilität wird durchFlussbewegung ein elektrisches Feld induziert, das zuWärmeentwicklung führt, was wiederum die magnetische Relaxationfördert. Damit wird eine positive Rückkopplung etabliert und eskommt zu einem lawinenartigen Flusseindringen. Diese Instabilitätwird in Form von fingerartigen Flussstrukturen (Dendriten)beobachtet.Im Fall von YBCO, einem Supraleiter mit einer sehr hohen SprungtemperaturTc von ca. 93 K kann ein ähnliches Verhaltengefunden werden. Es unterscheidet sich allerdings insofern, alsdass für T > 0.37 * Tc keine Dendriten gefunden werden. BSCCO fällt ausdieser Reihe heraus, da der hier verwendete Einkristall überhauptkeine Instabilität zeigt.Eine weitere Messung, die durch die Verbesserung des Aufbausbegünstigt wurde, ist die Bestimmung der kritischen Stromdichte Jcanhand magnetooptischer Aufnahmen. Dabei werden Magnetfeldprofileanalysiert, die von einer Kante eines dünnen BSCCO Films stammen.Diese Messung kann mit den Ergebnissen einer Transportstrommessungverglichen werden, die an der selben Probe angefertigt wurde.Weiter werden theoretische überlegungen zum zeitlichenTemperaturverlauf eines Supraleiters nach Pulslaserbestrahlungangestellt, die mittels Messung an einer speziell dafürpräparierten YBCO Probe experimentell bestätigt werden können.Bringt man einen Supraleiter in ein Magnetfeld, wird dermagnetische Fluss zunächst verdrängt. Erwärmt man die Probe lokal,so wird der Supraleiter in Richtung des Gleichgewichtszustandesrelaxieren. Der Gleichgewichtszustand ist durch eine homogeneFlussverteilung gekennzeichnet. Die Dynamik die dabei auftrittwird an BSCCO-Einkristallen untersucht. Dabei wird festgestellt,dass sich die Dynamik bei der vorliegenden Probe aufMikrosekunden-Zeitskala abspielt. Dies ist viel langsamer als beiallen bisher untersuchten Filmen, deren magnetischeRelaxationszeiten bei einigen Nanosekunden liegen. Durch Beschussmit Pulsen geringer Intensität kann eine schrittweise Relaxationherbeigeführt werden. Die Profile die sich bei diesemRelaxationsprozess ergeben, sind denen sehr ähnlich, die durchzeitaufgelöste Messungen mit einer Blitzlampe als Beleuchtungzustande kommen. Dies demonstriert deutlich, dass es sich hiernicht um eine Instabilität handelt, sondern um einenRelaxationsprozess.Im Gegensatz dazu werden bei YNi2B2C Instabilitäten beobachtet.Dabei wird festgestellt, dass YNi2B2C verglichen mit anderenMaterialien sehr schnell relaxiert und auch keine deutlichvoneinander abgegrenzten Geschwindigkeitsbereiche ausbildet, wiesie in YBCO gefunden wurden.Weiter wird eine neue Theorie vorgestellt, aus der sich eineanalytische Formel für die Mindestgeschwindigkeit eines Dendritenergibt und die wichtige Verbesserungen gegenüber älteren Theorienliefert. Und es kann eine quantitative übereinstimmungvon Experiment und Theorie hergestellt werden.