способ бесконтактного определения эффективности центров пиннинга в сверхпроводниках

Формула изобретения

Способ бесконтактного определения эффективности центров пиннинга в сверхпроводнике в магнитном поле, отличающийся тем, что сверхпроводник вывешивают между полюсами магнитной системы, в его объеме формируют пятно магнитного потока, измеряют зависимость уравновешивающей силы от смещения сверхпроводника в пространстве и определяют минимальную и предельную силы пиннинга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники, а точнее к способам измерения параметров сверхпроводящих материалов, в частности силы пиннинга.

Известно, что величину силы пиннинга сверхпроводника, обычно, рассчитывают из измеренных значений критического тока I_к, определяемого резистивным методом [1], заключающимся в том, что через сверхпроводник, находящийся в магнитном поле с индукцией B, пропускают возрастающий транспортный ток в направлении, перпендикулярном полю, и в момент появления падения напряжения на нем определяют I_к. Сила пиннинга равна [2]

F_р=I_кB (1)

Недостатком метода является то, что рассчитанное в этом случае значение силы пиннинга является минимальным, т.к. появление падения напряжения определяется началом движения слабо запиннингованных вихрей. Также недостатком является наличие омических контактов, когда из-за отличий в работе выхода контактирующих материалов возникает паразитная термо-э.д.с.

Изобретение направлено на создание метода, позволяющего определять эффективность центров пиннинга сверхпроводника в широких пределах и бесконтактно.

Это достигается тем, что сверхпроводник вывешивают между полюсами магнитной системы, в его объеме формируют пятно магнитного потока, измеряют зависимость уравновешивающей силы от смещения сверхпроводника в пространстве и определяют минимальную и предельную силы пиннинга.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показано расположение сверхпроводника в виде пластинки 1 относительно полюсов магнитной системы 2, создающей в его объеме пятно магнитного потока 3. На фиг.2 показаны результаты экспериментальной проверки предлагаемого способа - зависимость уравновешивающей силы F_д от смещения z пластины при T = 78 K, B_е= 0.025 Тл.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Сверхпроводящая пластинка 1 размещается между полюсами магнитной системы 2, поле которой величиной B_е>B_к1 создает в объеме тела пятно магнитного потока, которое существует в виде вихрей Абрикосова. Вся конструкция помещается в охлаждающую среду. При смещении пластины в продольном направлении под действием уравновешивающей силы F_д на каждый из вихрей, перемещающийся вместе со сверхпроводником в магнитном поле, будет действовать противодействующая сила. До тех пор пока сила F_д не превысит силу закрепления вихрей (сила пиннинга F_р), будет происходить упругое (обратимое) смещение вихрей (фиг.2, линейный участок АВ). Дальнейшее смещение в неизменном поле B_е приводит к возрастанию этой силы, и как только F_д > F_р, вихри будут срываться с центров закрепления, оставаясь неподвижными относительно магнитной системы, что характерно для участка BC на зависимости F_д(z). В начальный момент происходит срыв слабо закрепленных вихрей, т.е. F_д = F_{д min}, и т.к. сила пиннинга вихрей в сверхпроводнике различна, то число открепленных вихрей будет увеличиваться по мере смещения пластины, что в конечном итоге приведет к срыву всех вихрей в пятне магнитного потока. На графике зависимость выходит на насыщение (участок CD) и в точке C-F_д= F_{д max}.

Таким образом, значение F_д в точке B, характеризующее минимальное значение силы пиннинга сверхпроводника, связано с F_р соотношением

F_{р min} = кF_{д min} (2)

а значение F_д в точке C - предельное значение силы пиннинга сверхпроводника:

F_{р max} = кF_{д max} (3)

где к - коэффициент пропорциональности, равный 1/V_п, V_п - объем пятна магнитного потока.

Предлагаемый способ существенно расширяет возможности, так как позволяет определять как минимальное, так и максимальное значение силы пиннинга вихрей, что более полно характеризует сверхпроводник, из-за различий в дефектности структуры его объема по сравнению с токовым методом. Отсутствие же омических контактов повышает точность измеряемых величин.

Для проверки предлагаемого способа на установке, описанной в [3], проводились измерения эффективности центров пиннинга в сверхпроводнике Y₁Ba₂Cu₃O_7-, имеющем следующие параметры: начало и конец сверхпроводящего перехода соответственно 93 и 82К, плотность 5.2 г/см³. Измерения проводились на пластинке с размерами (20х5х1,5)мм³, в газообразном азоте при температуре 78 K.

Из зависимости F_д(z) (см. фиг.2) по величине измеренной силы F_д, соответствующей точке B, находим минимальную силу пиннинга (формула 2), равную 1450 Н/м³, а значение предельной силы пиннинга, рассчитанное по формуле (3), для этого сверхпроводника составляет 4282 Н/м³.

Для сравнения измерений критического тока резистивным методом в аналогичной экспериментальной ситуации получены по формуле (1) значения силы пиннинга, которые оказались равными 1480 Н/м³, что сравнимо с наименьшим значением F_д, полученным предлагаемым методом, и естественно меньше предельного значения силы пиннинга сверхпроводника в 2.9 раза.

Источники информации

1. Волков П.В., Именитов А.Б. и др. Метрологические проблемы измерения токовых характеристик высокотемпературных сверхпроводников. СФХТ. - 1994, т. 7, N 3, с. 397-411.

2. Кемпбелл А. , Иветс Дж. Критические токи в сверхпроводниках. - М.: Мир, 1975. - 332.

3. Голев И.М., Милошенко В.Е., Андреева Н.А. Установка для исследования динамики пятна магнитного потока в сверхпроводниках механическим методом. Приборы и техника физического эксперимента. - 1998, - N 5, - с. 161-163.