Vortexdynamik und Instabilitäten in Hochtemperatur-Supraleitern

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden zwei Aufbauten zur<br />magnetooptischen Untersuchung von Supraleitern beschrieben.<br /><br />Einer der beiden Aufbauten ist darauf optimiert die Flussdynamik<br />von Supraleitern auf Nanosekundenzeitskala zu untersuchen. Dies<br />wird durch eine Pump-Probe-Technik realisiert. Mit dem anderen,<br />neu entwickelten Aufbau, ist sowohl der magnetische Kontrast als<br />auch die laterale Auflösung verbessert worden.<br /><br />Dieser Fortschritt ermöglichte die Stabilitätsuntersuchung des<br />Supraleiters Yttrium Nickel Bor Carbid (YNi2B2C). Ein Supraleiter, der wegen seiner<br />magnetischen Anomalien einiges Forschungsinteresse hervorruft. Der<br />Vergleich mit den Materialien BSCCO und YBCO liefert für diese drei<br />Materialien drei qualitativ unterschiedliche Verhalten. YNi2B2C<br />zeigt die dendritische Instabilität, sobald ein externes Feld einen bestimmten Wert<br />übersteigt. Dabei spielt die Probentemperatur keine Rolle.<br />Bei dieser Art der Instabilität wird durch<br />Flussbewegung ein elektrisches Feld induziert, das zu<br />Wärmeentwicklung führt, was wiederum die magnetische Relaxation<br />fördert. Damit wird eine positive Rückkopplung etabliert und es<br />kommt zu einem lawinenartigen Flusseindringen. Diese Instabilität<br />wird in Form von fingerartigen Flussstrukturen (Dendriten)<br />beobachtet.<br />Im Fall von YBCO, einem Supraleiter mit einer sehr hohen Sprungtemperatur<br />Tc von ca. 93 K kann ein ähnliches Verhalten<br />gefunden werden. Es unterscheidet sich allerdings insofern, als<br />dass für T > 0.37 * Tc keine Dendriten gefunden werden. BSCCO fällt aus<br />dieser Reihe heraus, da der hier verwendete Einkristall überhaupt<br />keine Instabilität zeigt.<br /><br />Eine weitere Messung, die durch die Verbesserung des Aufbaus<br />begünstigt wurde, ist die Bestimmung der kritischen Stromdichte Jc<br />anhand magnetooptischer Aufnahmen. Dabei werden Magnetfeldprofile<br />analysiert, die von einer Kante eines dünnen BSCCO Films stammen.<br />Diese Messung kann mit den Ergebnissen einer Transportstrommessung<br />verglichen werden, die an der selben Probe angefertigt wurde.<br /><br />Weiter werden theoretische überlegungen zum zeitlichen<br />Temperaturverlauf eines Supraleiters nach Pulslaserbestrahlung<br />angestellt, die mittels Messung an einer speziell dafür<br />präparierten YBCO Probe experimentell bestätigt werden können.<br /><br />Bringt man einen Supraleiter in ein Magnetfeld, wird der<br />magnetische Fluss zunächst verdrängt. Erwärmt man die Probe lokal,<br />so wird der Supraleiter in Richtung des Gleichgewichtszustandes<br />relaxieren. Der Gleichgewichtszustand ist durch eine homogene<br />Flussverteilung gekennzeichnet. Die Dynamik die dabei auftritt<br />wird an BSCCO-Einkristallen untersucht. Dabei wird festgestellt,<br />dass sich die Dynamik bei der vorliegenden Probe auf<br />Mikrosekunden-Zeitskala abspielt. Dies ist viel langsamer als bei<br />allen bisher untersuchten Filmen, deren magnetische<br />Relaxationszeiten bei einigen Nanosekunden liegen. Durch Beschuss<br />mit Pulsen geringer Intensität kann eine schrittweise Relaxation<br />herbeigeführt werden. Die Profile die sich bei diesem<br />Relaxationsprozess ergeben, sind denen sehr ähnlich, die durch<br />zeitaufgelöste Messungen mit einer Blitzlampe als Beleuchtung<br />zustande kommen. Dies demonstriert deutlich, dass es sich hier<br />nicht um eine Instabilität handelt, sondern um einen<br />Relaxationsprozess.<br /><br />Im Gegensatz dazu werden bei YNi2B2C Instabilitäten beobachtet.<br />Dabei wird festgestellt, dass YNi2B2C verglichen mit anderen<br />Materialien sehr schnell relaxiert und auch keine deutlich<br />voneinander abgegrenzten Geschwindigkeitsbereiche ausbildet, wie<br />sie in YBCO gefunden wurden.<br /><br />Weiter wird eine neue Theorie vorgestellt, aus der sich eine<br />analytische Formel für die Mindestgeschwindigkeit eines Dendriten<br />ergibt und die wichtige Verbesserungen gegenüber älteren Theorien<br />liefert. Und es kann eine quantitative übereinstimmung<br />von Experiment und Theorie hergestellt werden.