Superconducting transition in (Bi,Pb) 4 Sr 3 Ca 3 Cu 4 O x

1. 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

2. Cel badań Badanie przejścia do stanu nadprzewodzącego w materiale zbudowanym z małych granul nadprzewodnika rozłożonych w nienadprzewodzącej matrycy.

3. Plan • Badane materiały. • Przejście nadprzewodzące w materiałach granulastych. • Wyniki pomiarów r(T). • Temperatury krytyczne. • Analiza wyników metodą pochodnej logarytmicznej przewodnictwa. • Podsumowanie.

4. Badane materiały • Szkło (Bi0.8Pb0.2)4Sr3Ca3Cu4Oxotrzymano tradycyjną metodą: azotany, węglany i tlenki) po zmieszaniu zostały poddane dekompozycji (820°C, 12 godzin). • Po kolejnym zmieleniu, zdekomponowane substraty zostały stopione (1250C) w tyglu platynowym, a następnie szybko ochłodzone.

5. 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 : 830C, 1 minuta próbka 2: 860C, 2 minuty Badane materiały

6. O Cu Ca Sr Bi (Pb) 2223 2212 2201 Badane materiały W rezultacie wygrzewania, materiał krystalizuje. Formują się w nim nadprzewodniki wysokotemperaturowe należące do rodziny bizmutu. Szczególnie 2212

7. Badane materiały • Materiał jest nadprzewodnikiem granulastym, zbudowanym z granul nadprzewodzących rozmieszczonych w matrycy izolatora lub półprzewodnika.

8. Badane materiały 820oC, 2 minuty (20-40 nm) 860oC, 2 minuty ( 0.3 mm )

9. 0.4 0.3 cm] 0.2 W r[ 0.1 0.0 0 50 100 150 200 250 300 T [K] Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym szerokie, czasem podwójne

10. Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym

11. T 0.02 1 o 860 C, 2 min 0.01 T 2 /dT r d 0.00 0 20 40 60 80 100 120 T [K] Przejście nadprzewodzące w materiale granulastym • T1: większość izolowanych granul przechodzi do stanu nadprzewodzącego. • T2: powstaje uporządkowanie dalekiego zasięgu prowadzące do stanu o zerowym oporze.

12. Wyniki pomiarów • Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę: pomiary dla różnych wartości prądu płynącego przez próbkę(od 0.3x10-4A/cm2). • Próbka wygrzewana w temperaturze 860oC przez 2 minuty: pomiary w słabym polu magnetycznym (do 2 T)

13. Wyniki pomiarów • Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę:

14. Wyniki pomiarów • Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę:

15. I Tonset T1 T2 1 - 200 mA 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 Wyniki pomiarów • Próbka wygrzewana w temperaturze 830oC przez 1 minutę:

16. Temperatura krytyczna T1 • W badanych materiałach granulastych nie zależy od prądu płynącego przez próbkę. • Wartość temperatury krytycznej, około 85 K jest typowa dla fazy 2212. Nie obserwuje się zatem wpływu wielkości granul nadprzewodzących na temperaturę krytyczną.

17. Temperatura krytyczna T2 • W badanych materiałach granulastych silnie zależy i od prądu płynącego przez próbkę. • 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.

18. Wyniki pomiarów • Próbka wygrzewana w temperaturze 860oC przez 2 minuty:

19. 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 Wyniki pomiarów • Próbka wygrzewana w temperaturze 860oC przez 2 minuty:

20. Temperatura krytyczna T1 • Już bardzo słabe pole magnetyczne (0.125 T) znacząco obniża temperaturę krytyczną. Granule 0.3 mm są tego samego rzędu, co głębokość wnikania pola magnetycznego.1 1 X.Y. Lang and Q. Jiang, Solid State Commun. 134 (2005), 797.

21. Temperatura krytyczna T2 • Bardzo szybko maleje w polu magnetycznym, ponieważ prąd krytyczny złącz jest mały i silnie zależy od pola magnetycznego.

22. Analiza wyników Dwuetapową naturę przejścia nadprzewodzącego w materiałach granulastych można wyeksponować poprzez analizę wyników za pomocą wielkości: gdzie Dsjest różnicą między mierzoną wielkością przewodnictwa s a przewodnictwem obliczonym na podstawie zależności wysokotemperaturowych, sR.

23. 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 Ds. gdzie d jest wymiarem (=3), a z dynamicznym wykładnikiem opisującym zanik korelacji w czasie.

24. Analiza wyników Wiedząc, że odległość koherencji zależy wykładniczo od temperatury: gdzie jest wykładnikiem statycznym.

25. Analiza wyników Zatem: czyli wykładnik s, który zależy od natury fluktuującego układu, można wyznaczyć doświadczalnie.

26. Analiza wyników

27. Analiza wyników 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.

28. Analiza wyników 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.

29. Analiza wyników Zwraca uwagę nietypowe1 zachowanie w polu magnetycznym. 1F.W. Fabris, J. Roa-Rojas and P. Pureur, Physica C 354 (2001), 304.

30. B [T] s (±0.3) I s (±0.3) 0 4.3 200 mA 4.4 0.08 4.2 1 mA 5.5 0.125 1.9 0.5 1.8 1 2 2 1.8 Analiza wyników Wykładniki otrzymane z analizy przejść nadprzewodzących dla małych prądów oraz bardzo słabych pól magnetycznych wynoszą około 4.4.

31. Analiza wyników Wykładniki o wartości około 4.4 obserwowano również w innych nadprzewodnikach granulastych. Wciąż toczy się dyskusja na temat ich interpretacji.

32. Podsumowanie • Nawet materiał zawierający tylko kilka procent fazy 2212 w postaci izolowanych granul o rozmiarze kilkudziesięciu nm przechodzi do stanu nadprzewodzącego. • Temperatura krytyczna izolowanych granul zależy jedynie od pola magnetycznego. • Temperatura, w której powstaje uporządkowanie dalekiego zasięgu zależy i od pola magnetycznego, i od prądu.

33. Podsumowanie • Granularny charakter materiału ujawnia się wyraźnie w pochodnej logarytmu paraprzewodnictwa. • Nieoczekiwany wpływ słabego pola magnetycznego na przejście nadprzewodzące pokazuje, że badanie nadprzewodników wysokotemperaturowych zbudowa-nych z małych granul nadprzewodzących może ujawnić wiele ciekawych zjawisk..