Das Phasendiag ramm bei Strichfokusmessung en

Wie bei der Modellbeschreibungam Anfangdieses Kapitels schon erkl¨art, breitet sich der magnetische Fluß auch senkrecht zur Fokuslinie aus. In Abh¨angigkeit von der Proben-temperatur T₀ und dem ¨außeren Magnetfeld B kann dies auf zweierlei Arten geschehen.

Zum einen breitet sich der Fluß imflux-creep-Regime mit einer homogenen Flußfront, die parallel zur Fokuslinie verl¨auft, aus, zum anderen geschieht dies unter zus¨atzlicher Ausbil-dung einer dendritenartigen, magnetischen Flußlawine (siehe AbbilAusbil-dung 4.10). In diesem Abschnitt will ich die ¨außeren Umst¨ande untersuchen, die zur Ausbildungvon Flußlawinen

Abbildung 4.9.:

Ausschnitt aus Abbildung 4.1d). Anschauliche Darstel-lung zur Erkl¨arung des kleinen feldfreien Bereichs auf der Fokuslinie: Durch einen kleinen zus¨atzlichen Abschirmstrom kann sowohl der kleine feldfreie Bereich, als auch die Feld¨uberh¨ohung am Probenrand erkl¨art werden.

f¨uhren, welche dann die homogene Ausbreitung ¨uberlagern.

Bei den diesem Kapitel zu Grunde liegenden Messungen wurden die Proben im Nullfeld gek¨uhlt und das anzulegende ¨außere Feld von Messungzu Messungsukzessive erh¨oht. So konnte man bei der jeweiligen Probentemperatur ein kritisches Magnetfeld B_Lawine rela-tiv genau ermitteln (±0.15 mT), oberhalb dessen sich Lawinen ausbilden. In Abbildung 4.11a) ist dieses kritische Magnetfeld f¨ur verschiedene Proben in Abh¨angigkeit von der Probentemperatur T₀ dargestellt. Man sieht deutlich, daßB_Lawine bei den durchgef¨uhrten Strichfokusmessungen mit zunehmender Probentemperatur ansteigt. Wie das kritische Magnetfeld im Falle der Punktfokusmessungen aussieht, werde ich in Kapitel 4.3.1 erl¨ au-tern.

Johansen et al. haben in Mg B2 ebenfalls eine derartige Abh¨angigkeit in der Dendriten-entstehung wie bei den Strichfokusmessungen gefunden, aber leider nur ein schematisches Phasendiagramm in [Joh01] angegeben. Anders als bei meiner Arbeit wurden bei ihnen die Lawinen nur durch schnelles Erh¨ohen des ¨außeren Feldes ausgel¨ost. Das von ihnen ver¨offentlichte schematische Phasendiagramm ist in Abbildung 4.11b) wiedergegeben.

a) b) Abbildung 4.10.:

Vergleich der beiden m¨ og-lichen Eindringarten des Flusses: a) Eindringen in den Supraleiter mit homogener Flußfront (bei 10 K und 6.5 mT aufgenommen). b) Eindringen zus¨atzlich in Form von dendri-tenartigen Lawinen (bei 10 K und 32.2 mT aufgenommen).

Abbildung 4.11.: Phasendiagramme der Dendritenentstehung in YBa₂Cu₃O_7−δ und MgB₂: a) Meßdaten von verschiedenen YBa₂Cu₃O_7−δ-Proben aus Strichfokusmessungen zwi-schen 5 und40 K. b)Schematisches Phasendiagramm der Dendritenentstehung in MgB₂ [Joh01].

Oberhalb von10 K konnten keine Lawinen ausgel¨ost werden.

In [Joh01] und [Bol02] gingen die jeweiligen Autoren davon aus, daß sich oberhalb einer ge-wissen Temperatur, die deutlich kleiner als die kritische TemperaturT_c ist, keine Lawinen mehr ausl¨osen lassen. Dies wird auch durch Messungen mit anderen Ausl¨osemechanismen f¨ur die Lawinen, wie zum Beispiel mit dem Punktfokus (siehe Abschnitt 4.3.1), best¨atigt.

In der damals geltenden Annahme, die Lawinen w¨urden nur entstehen, wenn der magne-tische Feldgradient∂B/∂x eine gewisse Gr¨oße ¨ubersteigt, schaute man sich nur die jeweils

¨außeren 2 mm des Strichfokus an, da der Feldgradient am Probenrand immer am gr¨oßten ist. Die Folge war je nach Probe eine vermeintlich gemessene Grenztemperatur zwischen 35 und 40 K (siehe Abbildung4.11).

Nach Abschluß der Messungen zu diesem Phasendiagramm, bemerkte ich aber Aufnah-men, auf denen nur Lawinen in der Mitte des Strichfokus abgegangen waren, nicht aber am Rand. Dies steht im klaren Widerspruch zu obiger Annahme. Kontrollmessungen meinerseits lieferten dann neben der Erkenntnis, daß sich mit zunehmender Temperatur die Entstehungsorte der Lawinen vornehmlich ins Probeninnere verlagern, die Aufnahme 4.12, bei der eine Lawine in Probe 32 auch bei 50 K entstanden ist. Folglich sind die 40 K keinesfalls die Obergrenze der Lawinenentstehung bei Strichfokusmessungen.

Auf Grund dieser Erkenntnis m¨ußten erg¨anzende Messungen durchgef¨uhrt werden. Da aber die untersuchten Proben bis auf die Probe 32 nicht mehr in ihrer urspr¨unglichen Form exis-tieren, weil f¨ur die Messungen der kritischen Stromdichte die Proben mit Gold bedampft und strukturiert werden mußten (siehe unten), kann die Messungnicht vervollst¨andigt und momentan keine (eventuelle) Temperaturobergrenze in YBa₂Cu₃O_7−δ angegeben werden.

Dennoch ist es m¨oglich, aus den bisherigen Daten weitere Informationen zu ziehen. Bezieht man n¨amlich noch die supraleitenden Eigenschaften der YBa₂Cu₃O_7−δ-Filme ein, indem man die kritischen Magnetfelder B_Lawine mit der kritischen Stromdichte skaliert und die Temperatur mit der kritischen Temperatur normiert, kann man die kritischen Magnetfel-der von Filmen unterschiedlicher Dicke nahezu zur Deckungbringen. In Abbildung4.13b)

Abbildung 4.12.:

Magnetooptisches Endzustandsbild bei 50K und 32.2mT: Trotz der hohen Probentemperatur ging in der Mitte eine Flußlawine ab.

ist so ein reduziertes Phasendiagramm der Proben 30 und 31 dargestellt. Daß die Punkte nicht g¨anzlich zur Deckungkommen, liegt vermutlich daran, daß die kritische Stromdichte nur in einem zuf¨alligen Bereich gemessen wurde. Bei den magnetooptischen Messungen entstehen jedoch die Lawinen an dem Punkt im Linienfokus, an dem die lokale kritische Stromdichte am geringsten ist. Somit kann es eine kleine Variation beim kritischen Ma-gnetfeld von ±1 mT geben, wenn die Position des Linienfokus zwischen zwei Messungen nicht ¨ubereinstimmt. Zus¨atzlich wurden noch zum Vergleich Messungen von Johansen et al. einbezogen, die [Joh01] entnommen wurden. Die Daten passen sehr gut zu denen der YBa₂Cu₃O_7−δ-Proben.

Abbildung 4.13.: a) Mittels Vierpunktmessungen erhaltene kritische Stromdichten der Proben 30 und 31. b) Vergleich der kritischen Magnetfelder der Proben 30 und 31 sowie einer MgB2 --Probe aus [Joh01] in einem reduzierten Phasendiagramm.

Die zur Skalierungnotwendigen kritischen Stromdichten der Proben 30 und 31 (siehe Abbildung4.13a) wurden durch eine elektrische Vierpunktmessungam Lehrstuhl von Prof. Dr. H. Kinder im Physik-Department E10 an der Technischen Universit¨at M¨unchen gewonnen. Dazu wurden die Proben, nach der magnetooptischen Untersuchung mit Gold zur elektrischen Kontaktierungbedampft und anschließend ein schmaler Steg

von 30µm Breite in der Probenmitte strukturiert. Mit Hilfe des 5µV/cm-Kriteriums⁵ wurden dann aus den Strom-Spannungs-Kennlinien die kritische Stromdichtej_c bestimmt.

Bei den ¨ubrigen Proben verlief solch eine Messung wegen zu hoher Kontaktwiderst¨ an-de ohne Erfolg, so daß nur die Phasendiagramme von zwei Proben skaliert weran-den konnten.