Skupina vysokoteplotní supravodivosti

Co děláme

Naše laboratoř se zabývá měřením relaxací magnetického toku ve vysokoteplotních supravodičích. Složité magnetické chování supravodičů má svůj původ v interakcích magnetických tokočar (vírů nebo vortexů), které pronikají do supravodivého materiálu, pokud vnější magnetické pole stoupne nad určitou mez, tzv. spodní kritické pole, B_c1. V případě, že se vortexy mohou volně pohybovat, vzniká v materiálu elektrický odpor.

V supravodičích druhého druhu však existují defekty ve struktuře materiálu, které vortexy zachycují, brání jim v pohybu a umožňují vytvoření gradientu vnitřního magnetického pole. Nulový odpor existuje v supravodiči, pokud proud odpovídající gradientu vnitřního pole nepřekročí určitou kritickou hodnotu. Tomu však ve většině případů brání silné relaxační jevy.

Protože relaxační jevy působí proti silám upnutí a podílejí se tak na formování gradientu vnitřního pole v supravodiči, sledování relaxačních jevů je příležitostí ke studiu efektivity upínání vortexů v daném materiálu. Ta má pochopitelně zásadní důležitost pro průmyslové využití supravodivých materiálů.

Jevy magnetické relaxace jsou studovány různými způsoby:

• Měřením časové závislosti celkového indukovaného magnetického momentu v konstantním magnetickém poli (konvenční relaxace) pomocí vibračního magnetometru (VSM), torzního magnetometru (TM), extrakční metodou (EM) nebo SQUIDem.
• Měřením magnetických hysterézních křivek s různou rychlostí změny magnetického pole (dynamická relaxace) pomocí VSM, TM nebo EM.
• Měřením transportních proudů. Tzv. I-V křivky (závislost proudu na napětí) měřené touto metodou jsou ekvivalentní magnetickým hysterézním křivkám, protože proudy (I) měřené transportní metodou jsou přímo úměrné kritické proudové hustotě odpovídající celkovému magnetickému momentu měřenému magnetickými experimenty a transportní napětí (V) je úměrné derivaci proudové hustoty podle času v klasických relaxačních experimentech nebo podle rychlosti změny magnetického pole, dB/dt, při dynamické relaxaci.
• Měřením časové závislosti lokálních proudů při konstantním magnetickém poli při použití miniaturních Hallových sond.

Používaná zařízení

Výzkum

Tenké vrstvy REBaCuO, substituované keramiky YBaCuO, monokrystaly REBaCuO, texturované vzorky REBaCuO, ozařované monokrystaly REBaCuO

U těchto vzorků s velmi odlišnou strukturou a rozložením upínacích center se zajímáme zejména o interakci vortexů s těmito upínacími strukturami, konkrétně bodovými poruchami v důsledku fluktuace kyslíku v supravodivé struktuře (zejména monokrystaly REBaCuO) nebo fluktuací chemického poměru RE/Ba (texturované vzorky REBaCuO), s hranicemi dvojčatění nebo s kolumnárními defekty vzniklými ozařováním těžkými ionty. Tyto interakce se projevují na tvaru magnetické hysterézní křivky, v transportních charakteristikách, střídavé susceptibilitě i relaxačních jevech. Zvláštní pozornost je věnována jevu "rybího ocasu", nazývanému také "druhým maximem" (zvýšení kritického proudu ve středních magnetických polích), který umožňuje využití supravodivých materiálů v praxi pro vysokopolní aplikace. Vedle samotného jevu rybího ocasu je studován také hlavní pík hysterézní křivky kvůli jeho interferenci s maximem rybího ocasu v nízkých polích, zejména při nízkých teplotách.

Supravodivé pásky na bázi Bi, keramiky a monokrystaly Bi-2212 a strukturované tenké vrstvy YBaCuO

Pásky na bázi Bi jsou v současnosti nejlepšími kandidáty pro kabely a vodiče pro přenos vysokých proudových hustot. V naší laboratoři je studována souvislost mezi proudy indukovanými změnou vnějšího magnetického pole uvnitř zrn a mezi zrny supravodiče, anomální posun hlavního maxima hysterézní křivky a hysterézní chování proudu mezi zrny. Tyto jevy jsou důsledkem granulární struktury těchto materiálů. Pro zjednodušení složitých podmínek uvnitř polykrystalické supravodivé pásky jsme navrhli modelování této situace jednodušším strukturovaným vzorkem tenké vrstvy YBaCuO. Takový vzorek, tvořený systémem tenkých supravodivých disků o průměru 50 μm, těsně se dotýkajících jeden druhého, byl vyroben v laboratoři Chalmer's University, v Göteborgu, další v Institut für Schicht- und Ionentechnik ve Forschungszentrum v Jülichu v Německu. Tyto vzorky opravdu vykazovaly velmi podobné chování a anomálie jako BiSrCaCuO pásky.

Spolupráce a pracovní kontakty

• ISTEC, Tokio, Japonsko
• Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai, Japonsko
• Blackett Laboratory, Londýn, Velká Británie
• Elektrotechnický ústav SAV, Bratislava, Slovensko
• University of Oslo, Oslo, Norsko
• Forschungszentrum Jülich, Jülich, Německo
• Shanghai Jiao Tong University, Šanghaj, Čina
• Saarland University, Saarbrücken, Německo