Aufgrund von Vorbereitungen auf eine neue Version von KOPS, können derzeit keine Publikationen eingereicht werden. (Due to preparations for a new version of KOPS, no publications can be submitted currently.)
Type of Publication: | Dissertation |
URI (citable link): | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:352-opus-14830 |
Author: | Biehler, Björn |
Year of publication: | 2005 |
Title in another language: | Vortexdynamic and Instabilities in High Temperature Superconductors |
Summary: |
In der vorliegenden Arbeit werden zwei Aufbauten zur
magnetooptischen Untersuchung von Supraleitern beschrieben. Einer der beiden Aufbauten ist darauf optimiert die Flussdynamik von Supraleitern auf Nanosekundenzeitskala zu untersuchen. Dies wird durch eine Pump-Probe-Technik realisiert. Mit dem anderen, neu entwickelten Aufbau, ist sowohl der magnetische Kontrast als auch die laterale Auflösung verbessert worden. Dieser Fortschritt ermöglichte die Stabilitätsuntersuchung des Supraleiters Yttrium Nickel Bor Carbid (YNi2B2C). Ein Supraleiter, der wegen seiner magnetischen Anomalien einiges Forschungsinteresse hervorruft. Der Vergleich mit den Materialien BSCCO und YBCO liefert für diese drei Materialien drei qualitativ unterschiedliche Verhalten. YNi2B2C zeigt die dendritische Instabilität, sobald ein externes Feld einen bestimmten Wert übersteigt. Dabei spielt die Probentemperatur keine Rolle. Bei dieser Art der Instabilität wird durch Flussbewegung ein elektrisches Feld induziert, das zu Wärmeentwicklung führt, was wiederum die magnetische Relaxation fördert. Damit wird eine positive Rückkopplung etabliert und es kommt zu einem lawinenartigen Flusseindringen. Diese Instabilität wird in Form von fingerartigen Flussstrukturen (Dendriten) beobachtet. Im Fall von YBCO, einem Supraleiter mit einer sehr hohen Sprungtemperatur Tc von ca. 93 K kann ein ähnliches Verhalten gefunden werden. Es unterscheidet sich allerdings insofern, als dass für T > 0.37 * Tc keine Dendriten gefunden werden. BSCCO fällt aus dieser Reihe heraus, da der hier verwendete Einkristall überhaupt keine Instabilität zeigt. Eine weitere Messung, die durch die Verbesserung des Aufbaus begünstigt wurde, ist die Bestimmung der kritischen Stromdichte Jc anhand magnetooptischer Aufnahmen. Dabei werden Magnetfeldprofile analysiert, die von einer Kante eines dünnen BSCCO Films stammen. Diese Messung kann mit den Ergebnissen einer Transportstrommessung verglichen werden, die an der selben Probe angefertigt wurde. Weiter werden theoretische überlegungen zum zeitlichen Temperaturverlauf eines Supraleiters nach Pulslaserbestrahlung angestellt, die mittels Messung an einer speziell dafür präparierten YBCO Probe experimentell bestätigt werden können. Bringt man einen Supraleiter in ein Magnetfeld, wird der magnetische Fluss zunächst verdrängt. Erwärmt man die Probe lokal, so wird der Supraleiter in Richtung des Gleichgewichtszustandes relaxieren. Der Gleichgewichtszustand ist durch eine homogene Flussverteilung gekennzeichnet. Die Dynamik die dabei auftritt wird an BSCCO-Einkristallen untersucht. Dabei wird festgestellt, dass sich die Dynamik bei der vorliegenden Probe auf Mikrosekunden-Zeitskala abspielt. Dies ist viel langsamer als bei allen bisher untersuchten Filmen, deren magnetische Relaxationszeiten bei einigen Nanosekunden liegen. Durch Beschuss mit Pulsen geringer Intensität kann eine schrittweise Relaxation herbeigeführt werden. Die Profile die sich bei diesem Relaxationsprozess ergeben, sind denen sehr ähnlich, die durch zeitaufgelöste Messungen mit einer Blitzlampe als Beleuchtung zustande kommen. Dies demonstriert deutlich, dass es sich hier nicht um eine Instabilität handelt, sondern um einen Relaxationsprozess. Im Gegensatz dazu werden bei YNi2B2C Instabilitäten beobachtet. Dabei wird festgestellt, dass YNi2B2C verglichen mit anderen Materialien sehr schnell relaxiert und auch keine deutlich voneinander abgegrenzten Geschwindigkeitsbereiche ausbildet, wie sie in YBCO gefunden wurden. Weiter wird eine neue Theorie vorgestellt, aus der sich eine analytische Formel für die Mindestgeschwindigkeit eines Dendriten ergibt und die wichtige Verbesserungen gegenüber älteren Theorien liefert. Und es kann eine quantitative übereinstimmung von Experiment und Theorie hergestellt werden. |
Summary in another language: |
In this thesis magnetooptic investigations based on the Faraday Effect are made on high temperature superconductors. Two setups are described, one is optimised for investigations on nanosecond timescale and the second one is better for small sample sizes and low magnetic contrast.
The conditions where investigated under which the dendritic instability can be observed in different materials. We found three qualitatively different behaviors: dendrite development above a "critical field'' and up to a certain temperature, above a "critical field'' with no measurable temperature dependence, or no dendrite development at all. A method is described with which one can determine the critical current from magnetooptic images. The results obtained here are compared to transport current measurements. A theory is developed to estimate the temperature dynamics of a thin superconducting film upon pulsed laser illumination and is compared to experiments, which were carried out on a YBCO thin film. Additionally, a new theoretical approach is suggested describing the velocity of magnetic flux dendrite penetration into thin superconducting films. The key assumptions for this approach are based upon experimental observations. Two different regimes of dendrite propagation are found: A fast initial stage is followed by a slow stage, which sets in as soon as a dendrite enters into the vortex-free region. It is found that the dendrite velocity is inversely proportional to the sample thickness. The theoretical results and experimental data obtained by a magneto-optic pump-probe technique are compared and excellent agreement between the calculations and measurements is found. |
Examination date (for dissertations): | Feb 18, 2005 |
Dissertation note: | Doctoral dissertation, University of Konstanz |
PACS Classification: | 74.25.Qt 7 |
Subject (DDC): | 530 Physics |
Controlled Keywords (GND): | Hochtemperatursupraleiter, Bariumverbindungen / Yttriumverbindungen / Cuprate, Bismutverbindungen / Strontiumverbindungen / Calciumverbindungen / Cu |
Keywords: | Dendritische Instabilität, Flux jump instability, dendrite |
Link to License: | In Copyright |
BIEHLER, Björn, 2005. Vortexdynamik und Instabilitäten in Hochtemperatur-Supraleitern [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
@phdthesis{Biehler2005Vorte-8882, title={Vortexdynamik und Instabilitäten in Hochtemperatur-Supraleitern}, year={2005}, author={Biehler, Björn}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz} }
Diss_B_Biehler2005.pdf | 690 |