Исследования поверхностного импеданса керамических сверхпроводников

• Автор: Негинский, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание.
Введение
1. Электродинамика ВТСП
1.1 ВТСП как джозефсоновская среда
1.1.1 Модель эффективной среды
1.1.2 Спиновое стекло
1.1.3 Перколяционная модель
1.2 Смешанное состояние
1.2.1 Абрикосовские вихри
1.2.2 Джозефсоновские вихри
1.2.3 Гипервихри
1.3 Критическое и резистивное состояния
1.3.1 Модель Бина
1.3.2 Модель Кима-Андерсена. Экспоненциальная модель
1.3.3 Модель гигантского крипа потока
1.3.4 Пиннинг
1.3.5 Критический ток
1.3.6 Пиннинг гипервихрей и критический ток в
гранулярных сверхпроводниках
1.3.7 Нелинейная восприимчивость
1.4 Методы исследования характеристик ВТСП
1.4.1 Измерения намагниченности
1.4.2 Измерения поглощения и восприимчивости
1.4.3 Измерения импеданса
2 Моделирование электромагнитных процессов в ВТСП
2.1 Модель вязкого течения гипервихрей
2.2 Динамика гипервихрей в гранулярном сверхпроводнике
2.3 Численное моделирование поверхностного импеданса ВТСП

3. Исследование поверхностного импеданса ВТСП керамики
3.1 Программно-управляемый измерительный комплекс для
получения магнитно-полевых зависимостей импеданса
3.1.1 Датчик
3.1.2 Аналоговый преобразователь
3.1.3 Анализ погрешностей преобразователя
3.1.4 Проверка преобразователя
3.1.5 Цифро-аналоговый преобразователь
3.1.6 Регистратор
3.1.7 Программное управление измерениями
3.2 Исследование магнито-полевых зависимостей
поверхностного импеданса ВТСП керамики
3.2.1 Методика проведения эксперимента
3.2.2 Программная обработка результатов
3.2.3 Результаты измерений
3.2.4 Анализ экспериментальных результатов
3.3 Сравнительный анализ экспериментальных результатов
в рамках модели пиннинга и вязкого течения вихрей
3.3.1 Применимость модели пиннинга и вязкого течения
гипервихрей к описанию электродинамики ВТСП
3.3.2 Методика оценки полевой зависимости критического тока
Заключение
Литература
Приложение: Экспериментальные зависимости мнимой
и вещественной составляющих поверхностного импеданса

Введение.
Одной из важных задач в современной радиофизике является построение феноменологической электродинамики высокотемпературных сверхпроводников, связывающей электромагнитные процессы в них с электрически измеряемыми интегральными величинами - комплексной восприимчивостью, поверхностным импедансом, вольтамперной характеристикой и т. д. Актуальность исследования низкополевой электродинамики высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) обусловлена перспективностью их использования в радиоэлектронике. Нелинейные эффекты в гранулярных сверхпроводниках, проявляющиеся в области слабых магнитных полей, позволяют осуществлять детектирование, смешение и перемножение сигналов, строить высокочувствительные магнитометры.
Керамические сверхпроводники - принципиально нелинейные материалы с существенной временной и пространственной дисперсией. В критическом и резистивном состоянии связь индукции магнитного поля В с напряженностью Н нелокальна и нелинейна, значение индукции поля в точке наблюдения определяется как распределением поля в некоторой достаточно большой окрестности точки наблюдения, так и магнитной предысторией образца. Это затрудняет нахождение материальных уравнений связи и В(Н). Поскольку в эти уравнения входят параметры эффективной среды, которые нельзя непосредственно измерить, приходится решать обратную задачу нахождения уравнений связи исходя из прямых измерений связанной с ними интегральной величины, например, поверхностного импеданса.
Выбор в качестве измеряемой величины поверхностного импеданса обусловлен тем, что его определение как отношение комплексной амплитуды первой гармоники напряженности переменного электрического поля на поверхности образца к амплитуде напряженности переменного магнитного поля не зависит от свойств образца. Кроме того, при применении взаимоин-

где показано, что влияние модуляции толщины сверхпроводящей пленки на собственную энергию вихря в ней приводит к закреплению вихря на центрах пиннинга. Эксперимент хорошо согласуется с численным расчетом для поверхностного пиннинга [101].
1.3.5 Критический ток.
Многочисленные эксперименты свидетельствуют о двух масштабах
критического тока в ВТСП [68]. Внутригранульный критический ток
близкий по величине к критическому току в монокристаллах, может быть обусловлен пиннингом абрикосовских вихрей на внутригранульных дефектах, плоскостях двойникования и межгранульных границах [117]. Объемный
(межгранульный) критический ток /с, в 100 - 1000 раз меньший чем /£ [118], может быть связан с пиннингом гипервихрей или распределенных джозефсоновских вихрей. Но поскольку джозефсоновский вихрь, в отличие от абрикосовского, не имеет нормальной сердцевины (кора), он не может испытывать пиннинг на несверхпроводящих включениях по механизму, предложенному Кимом и Андерсеном [77]. С другой стороны, условием пиннинга на границе сверхпроводника с диэлектриком [95] или сверхпроводником с другими характеристиками [119, 120] является малость размеров вихря в сравнении с размерами фазовой границы. Но гипервихрь, охватывающий тысячи гранул, не может испытывать такого пиннинга на внутренних неоднородностях нетекстурированной керамики. Однако, тот факт, что плотность критического тока существенно возрастает с ростом концентрации дефектов в керамике [121], свидетельствует о возможном пиннинге гип ер вихрей на крупномасштабных неоднородностях.
В то же время экспоненциальная зависимость плотности межгранульно-го критического тока от температуры и сильная магнито-полевая зависимость [122] свидетельствуют о роли слабых связей в формировании потенциала пиннинга гипервихрей. Анализ такого пиннинга, проведенный в работе [123],