Contribution à l’étude géologique du gisement à Cu, Zn, Pb ...
Superconducting transition in (Bi,Pb) 4 Sr 3 Ca 3 Cu 4 O x
description
Transcript of Superconducting transition in (Bi,Pb) 4 Sr 3 Ca 3 Cu 4 O x
Superconducting transition in (Bi,Pb)4Sr3Ca3Cu4Ox
M. Gazda1, B. Kusz1, S. Stizza2, R. Natali2, V. Di Stasio2
1Faculty of Applied Physics & Mathematics, Gdansk University of Technology, Poland 2Dipartimento 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 (Bi0.8Pb0.2)4Sr3Ca3Cu4Ox otrzymano tradycyjną metodą: azotany, węglany i tlenki) po zmieszaniu zostały poddane dekompozycji (820°C, 12 godzin).
2. Po kolejnym zmieleniu, zdekomponowane substraty zostały stopione (1250C) 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 : 830C, 1 minuta– próbka 2: 860C, 2 minuty
Badane materiałyOCuCaSrBi (Pb)
2223 2212 2201
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
860oC, 2 minuty ( 0.3 m )820oC, 2 minuty (20-40 nm)
Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym
0 50 100 150 200 250 300
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4[
cm
]
T [K]
szerokie, czasem podwójne
Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym
0 50 100 150 200 250 300
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
[c
m]
T [K]
0 50 100 150 200 250 300
0.00
0.01
0.02
T2
T1
d/d
T
Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym
1. T1 : większość izolowanych granul przechodzi do stanu nadprzewodzącego.
2. T2 : powstaje uporządkowanie dalekiego zasięgu prowadzące do stanu o zerowym oporze.
0 20 40 60 80 100 120
0.00
0.01
0.02
d/d
T
T [K]
T2
T1
860oC, 2 min
Wyniki pomiarów
1. Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę: pomiary dla różnych wartości prądu płynącego przez próbkę(od 0.3x10-4A/cm2).
2. Próbka wygrzewana w temperaturze 860oC przez 2 minuty: pomiary w słabym polu magnetycznym (do 2 T)
Wyniki pomiarów
1. Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę:
0 20 40 60 80 100 120
0.0
0.1
0.2
0.3
10 mA
6 mA4 mA
[c
m]
T [K]
200 A
1 mA
Wyniki pomiarów
1. Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę:
0 20 40 60 80 100 120-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
10 mA
6 mA
4 mA
d/d
T
T [K]
200 A
Wyniki pomiarów
1. Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę:
I Tonset T1 T2
1 - 200A 93 - 95 85.5 55.9
1 mA 95 84.4 55.7
4 mA 95.1 85.1 54.7
6 mA 94.3 84 52.4
10 mA 94 85 50.1
Temperatura krytyczna T1
1. W badanych materiałach granulastych nie zależy od prądu płynącego przez próbkę.
2. Wartość temperatury krytycznej, około 85 K jest typowa dla fazy 2212. Nie obserwuje się zatem wpływu wielkości granul nadprzewodzących na temperaturę krytyczną.
Temperatura krytyczna T2
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 T2 a oporem materiału w stanie normalnym1. Prąd krytyczny złącz jest mały.
1O. Entin-Wohlman, A. Kapitulnik and Y. Shapira Physica 107B (1981), 125.
Wyniki pomiarów
2. Próbka wygrzewana w temperaturze 860oC przez 2 minuty:
0 40 80 120 160 200
0
1
2
3
4
5
0 T 0.08 T 0.125 T 0.5 T 1 T
[c
m]
T [K]
Wyniki pomiarów
2. Próbka wygrzewana w temperaturze 860oC przez 2 minuty:
B [T] Tonset T1 T2
0 92.6 85 60.8
0.08 92.5 84.4 60.2
0.125 92.5 81.7 36.7
0.5 92.5 76.6 22.5
1 91.7 72.8 21.5
2 92 70.6 21.2
Temperatura krytyczna T1
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 T2
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:
dTd )(ln
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 jest wymiarem (=3), a z dynamicznym wykładnikiem opisującym zanik korelacji w czasie.
zd 2
Analiza wyników
Wiedząc, że odległość koherencji zależy wykładniczo od temperatury:
gdzie jest wykładnikiem statycznym.
c
c
T
TT
Analiza wyników
Zatem:
czyli wykładnik s, który zależy od natury fluktuującego układu, można wyznaczyć doświadczalnie.
scTT )( )2( dzs
)(11
cTTs
dT
d )(ln
Analiza wyników
0 20 40 60 80 100
0
10
20
30
B = 1 T
B=0.08 T
B=0T-1
Temperature [K]
20 40 60 80
0
5
10
15
1 mA
200 A
-1
Temperature [K]
Analiza wyników
0 20 40 60 80 100
0
10
20
30
B = 1 T
B=0.08 T
B=0T
-1
Temperature [K]
Przebieg zależności jest typowy dla materiałów granulastych.
Minimum po wysokotemperaturo-wej stronie wykresu odpowiada temperaturze krytycznej T1.
Następnie, obserwuje się maksimum o wielkości zależnej od pola magnetycznego, a następnie liniowy spadek aż do osiągnięcia stanu o zerowym oporze.
Analiza wyników
0 20 40 60 80 100
0
10
20
30
B = 1 T
B=0.08 T
B=0T
-1
Temperature [K]
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
0 20 40 60 80 100
0
10
20
30
B = 1 T
B=0.08 T
B=0T
-1
Temperature [K]
Zwraca uwagę nietypowe1 zachowanie w polu magnetycznym.
1F.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 s (±0.3)
0 4.3 200 A 4.40.08 4.2 1 mA 5.50.125 1.90.5 1.81 22 1.8
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..