Einführung und Motivation
CHAPTER 13. GERMAN SUMMARY 103 Rahmen der Theorie des kritischen Zustands die Abhängigkeit J c (B) bestimmen, oder
weitergehende Information über die Physik der Vortex-Materie gewinnen. Auch wenn es bemerkenswerte Beispiele zu Untersuchungen des kritischen Zustandes mittels Mag-netostriktion z.B. an Hoch-Tc-Supraleitern gibt [10], so ist doch erstaunlich, daß diese Technik, gemessen an Magnetisierungsmessungen, insgesamt vergleichsweise selten ver-wendet wird [9,11] (siehe auch [12,13,14] und Referenzen darin).
Ergebnisse
Das primäre Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des gemischten Zus-tandes in Typ-II Supraleitern mittels Magnetostriktion und weiterer, komplementärer Techniken.
Hierzu wurden zunächst die Vorzüge und Nachteile von Magnetostriktion als Methode untersucht. Von großem Vorteil war in diesem Kontext die Tatsache, daß es sich um eine rein statische Methode handelt, welche die Probe keinerlei Magnetfeldern wechselnder Zeitabhängigkeit (Vorzeichenwechsel inB) unterwirft. Dies entpuppte sich als essentiell˙ insbesondere bei den Untersuchungen zur Abhängigkeit des Vortex-Zustandes von dessen thermomagnetischer Vorgeschichte.
Eine ausführliche Untersuchung der Einflüsse von Probengeometrie und Aufhängung der Probe in der Meßzelle auf die Magnetostriktion erbrachte erstaunliche und nicht vorhergesehene Resultate. Allem Anschein nach führt die stark inhomogene Verteilung von magnetischem Fluß und Kräften in den Proben zu weitaus komplexeren Verfor-mungen, als Berechnungen, die von Proben unendlicher Länge ausgehen, vermuten lassen.
Dies wurde vorgeführt anhand von Messungen an einer Reihe verschiedener, meist zylin-drischer NbTi-Proben. Einige der Effekte konnten qualitativ erklärt werden. Als Ergeb-nis wurde für die meisten späteren Messungen eine geeignetste Geometrie ausgewählt.
Zum Vergleich und als Ergänzung zu den Magnetostriktionsmessungen wurden Mes-sungen der Magnetisierung an mehreren NbTi-Proben durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden daß die Drehmomentmethode, ebenso wie Magnetostriktion ein statisches Verfahren, Komplikationen erzeugt insbesondere bei stark inhomogenen Flußverteilun-gen innerhalb der Probe, was den Nutzen dieser Technik vor allem im Bereich des Peak-Effekts stark einschränkt. Messungen mit Hilfe einer Extraktionsmethode hingegen un-terwerfen die Probe, wiederum vor allem bei hohen Magnetfeldern, einer oszillierenden Feldkomponente, welche die Vortexkonfiguration erheblich und ungewollt beeinflussen kann.
Elektrischer Widerstand und Magnetistriktion wurden simultan gemessen zum Ver-gleich des Irreversibilitätsfeldes Hirr mit dem oberen kritischen Feld Hc2. Daraus ergab sich eine schmale, reversible Region mit sehr schwacher Temperaturanhängigkeit, im Widerspruch zu früheren Untersuchungen der Irreversibilitätslinie in Niedrig-Tc -Supra-leitern mittels Messung der Magnetisierung.
Als weiteres zu untersuchendes System neben polykristallinem, isotropen NbTi wurde eine einkristalline Probe des hoch anisotropen 2H-NbSe2 gewählt. In Messungen von sowohl Magnetostriktion als auch Magnetisierung konnten drei verschiedene Beiträge unterschieden werden. Aus dem Vergleich der Amplitude von de Haas-van Alphen-Oszillationen in beiden Messungen wurde ein ungewöhnlich hoher Wert für die Druckab-hängigkeit des extremalen Fermiflächenquerschnitts extrahiert. Ein reversibler, monoto-ner Beitrag mit logarithmischer Feldabhängigkeit konnte in Verbindung gebracht werden mit einem Knick in einer Messung der thermischen Ausdehnung bei der kritischen Tem-peraturTc. Die Ursache für die logarithmische Feldabhängigkeit ist noch nicht bekannt.
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Die irreversiblen Anteile der Messungen schließlich wurden der Magnetostriktion durch Pinning zugeordnet.
Sowohl für NbTi als auch für 2H-NbSe2 wurden die Parameter der Peak-Region im Magnetfeld bestimmt und deren Temperaturabhängigkeiten untersucht. Dabei ergaben sich Hinweise auf ein Verschwinden des Peak bei einer Temperatur T < Tc. In diesem Zusammenhang wurde eine Skalenanalyse für beide Systeme durchgeführt, sowohl für niedrigere Felder als auch für die Peak-Region. Für letztere konnte keine Übereinstim-mung mit gängigen Skalenregeln festgestellt werden, was den Eindruck vermittelt, daß das Skalenkonzept auf diesen Feldbereich nicht anwendbar ist. Insbesondere relativiert diese Erkenntnis früher vorgebrachte Behauptungen, daß ein Abweichen von Skalenregeln eine spezielle Klasse von hochreinen Supraleitern mit schwachem Pinning vor “konven-tionellen” Supraleitern auszeichnet. Bei Betrachtung niedrigerer Felder konnte eine her-vorragende Übereinstimmung mit Skalenregeln für NbTi verzeichnet werden, für 2H-NbSe2 ergaben sich zufriedenstellende Resultaten. Eine Untersuchung der Asymmetrie in der Peakregion in mehreren Proben ergab eine Skalierung der Felddifferenz zwischen Beginn des Peaks (fürB >˙ 0) und dessen Ende (fürB <˙ 0) mit dem Probendurchmesser.
Dies stützt die Vermutung, daß die genannte Felddifferenz ausschließlich auf einen Gra-dienten der magnetischen Flußdichte in der Probe zurückzuführen ist und nicht als Indiz für einen Phasenübergang erster Ordnung von einem geordneten in einen ungeordneten Zustand verstanden werden kann.
An NbTi-Proben wurde die Thematik des Einflusses der thermomagnetischen Vor-geschichte untersucht. Zwei Arten von “Gedächtnis-Effekten”, in der Peak-Region und bei niedrigeren Feldern, wurden hierbei gefunden. Diese wurden erklärt als resultierend aus zwei verschiedenen Typen von Unordnung: intrinsische Unordnung als Kennzeichen des Peakeffekts und extrinsische (induzierte) Unordnung, erzeugt durch die Bewegung von Vortizes durch nichtideale Oberflächen und beobachtbar in einem weiten Magnet-feldintervall. Der Vergleich mit Messungen an einer Reihe von hochreinen einkristallinen Proben legt einen hohen Grad von Universalität dieser Phänomene nahe.
In einer Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe in Dresden wurden zwei weitere Fragestellungen abseits des Hauptthemengebietes untersucht:
Messungen des elektrischen Widerstandes unter hydrostatischem Druck an YbCo2Ge2 wurden im Rahmen einer Untersuchung der Tieftemperatureigenschaften dieses Systems vorgenommen. Aus der Kombination dieser Untersuchungen ergibt sich, daß YbCo2Ge2 zu einer Klasse von zwischenvalenten Systemen gehört und eine charakteristische Tem-peratur vonT0 ≈90 Kbesitzt, die unter hydrostatischem Druck zunimmt. Eine ebenfalls an diesem System begonnenen Suche nach Pseudometamagnetismus blieb fürB ≤28 T erfolglos.
α’-NaV2O5 war vor wenigen Jahren als nach CuGeO3 zweite anorganische Spin-Peierls-Verbindung in der Diskussion und es ist anzunehmen, daß das Interesse an diesem System nicht so schnell erlahmen wird. Auch wenn in den vergangenen Jahren klar wurde, daß sich die anfänglichen Hoffnungen, ein einfaches, prototypisches, anorganisches Spin-Peierls-System zu finden, nicht bestätigt haben, so bietetα’-NaV2O5 doch reichhaltigen Spielraum, um das Wissen über niedrigdimensionale magnetische Systeme zu erweitern.
Unsere Messungen in Magnetfeldern bis28 Tgeben einen ersten Hinweis darauf, daß bei einer weiteren Untersuchung in sehr viel höheren Magnetfeldern eine Entkopplung des Ladungsordnungs- und des Spin-Peierls-Übergangs zu beobachten sein könnte.
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Appendix A
Appendix
A.1 Acknowledgements — Danksagung Remerciements — Dank U
I would like to thank all the people who contributed to the present work or supported me in any form whatsoever:
Mein herzlicher Dank gilt Prof. Dr. Peter Wyder dafür, daß er mir die Möglichkeit gegeben hat, als Doktorand am Hochfeldmagnetlabor Grenoble zu arbeiten, sowie für die stete Anteilnahme am Fortgang meiner Arbeit.
Herrn Prof. Dr. Günter Schatz und Prof. Dr. Heinz Dehnen sei herzlichst dafür gedankt, daß sie sich ohne Zögern bereiterklärt haben, als Korreferent und Prüfer an der mündlichen Prüfung teilzunehmen.
Without the help of Alexandr (“Sascha”) Gerber, this work would not exist in the present form. Starting with some initial ideas and continuing in countless discussions and e-mails, his analytical mind and his overwhelming enthousiasm and optimism have helped to shape most of the results presented in this writing.
Prof. Dr. Frank Steglich möchte ich für die fruchtbare Zusammenarbeit in Darm-stadt im Rahmen des MPI-CPfS Dresden danken sowie dafür, daß er mir den Weg nach Grenoble geebnet hat. C. Geibel und O. Trovarelli möchte ich danken für die Her- und Bereitstellung der YbCo2Ge2- undα’-NaV2O5-Proben.
Mijn hartelijkste dank aan Louis Jansen, die zich altijd onmiddelijk beschikbar stelde, wanneer zijn immense experimentele ervaring een hulp kon zijn.
Mein Dank gilt Herrn Nikolai und seinen Kollegen der mechanischen Werkstatt des Instituts für Festkörperphysik der TU Darmstadt für ihre Hilfs- und Kooperationsbereit-schaft, auch nach meinem Wechsel nach Grenoble, sowie für die bemerkenswerte Präzi-sion ihrer Arbeit. Mes remerciements vont à C. Mollard, chef de l’atélier mechanique, qui souvent n’a pas hésité d’effectuer lui-même les travaux les plus urgents. Ein ganz großes Dankeschön an Robert Pankow und Jürgen Spitznagel, die nicht nur motiviert und sorgfältig große wie kleine Aufträge bearbeiteten, sondern durch ihr Engagement auch konzeptionelle Schwächen entdeckt und Verbesserungen eingebracht haben. Danke an Herrn Dresler für seine Unterstützung bei der sorgfältigen Planung kleinerer wie um-fangreicherer Aufträge.
Een heel groote “Dank U” ook aan P. van der Linden voor zijn hulp bij al die grote en kleine probleempjes, en voor het vervaardigen van een bijzonder esthetische insert.
Großen Dank an E. Balthes, dessen Sorgfalt bei der experimentellen Arbeit mir stets ein großes Vorbild war und ist.
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112 A.1 ACKNOWLEDGEMENTS Herrn H. Wendel am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung möchte ich für die sorgfältige und zügige Herstellung einer kugelförmigen NbTi-Probe danken.
Many thanks go to V. V. Eremenko and V. A. Sirenko for the excellent collaboration in the measurements on 2H-NbSe2, in particular for the calibration of magnetization data and the extraction of∂lnSm/∂σα.
Danke an alle meine Doktoranden- und Diplomandenkollegen, Andreas (II und III), Anja, Anne, Clemens, Cornelius, Ekkehard, Georg, Herbert, Jörg, Lehang, Lothar, Markus, Roman, Sabine und Uwe, für ihre stete Hilfsbereitschaft und moralische Un-terstützung sowie gemeinsam verbrachte Freizeit.
Merci à mes amis français, Isabelle, Nicolas, Emanuelle, Virginie, Christel, Aurélie, Fanny, Cathy, Luc, Nicolas, Jean-Claude et tous les autres, pour des weekends merveilleux en montagne, des fêtes splendides et des moments très culinaires.
Un grand Merci à Brigitte Indigo pour son charme, son humour, pour son support moral et son aide dans la grande bataille contre le jungle de la bureaucratie.
Merci à tout le personnel du LCMI pour l’atmosphère détendue et aimable du labo-ratoire, présentant ainsi une base solide pour un travail motivé.
Ein riesiges Dankeschön an meine treuen Freunde in Darmstadt, die mich durch ihre telephonische wie gelegentliche physische Präsenz moralisch unterstützt haben.
Und schließlich — last, but certainly not least — Danke an meine Eltern, die mir seid meiner Kindheit stets mit Rat und Tat, mit viel Humor, aber auch finanziell zur Seite gestanden haben, mir zu einem gelassenen und pragmatischen Weltbild verholfen haben und es nie an Verständnis haben mangeln lassen.
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A.2 Curriculum Vitae
Name: Roland Schleser Birth date: February 17th 1973 Birth place: Uccle (Belgium)
School: 1979-1991 European School Brussels II in Woluwé Graduation: European Baccalaureate
University: 1991-1997 Darmstadt University of Technology Graduation: “Diplom-Physiker”
PhD: Grenoble High Magnetic Field Laboratory Start: March 1st 1998
Submission: October 10th 2001 Final exam: January 10th 2002
A.3 Publications
The following publications contain work performed in the context of the present disser-tation (inverse chronological order of submission):
A. Gerber, R. Schleser, P. J. E. M. van der Linden, and P. Wyder. to be published.
R. Schleser, P. J. E. M. van der Linden, P. Wyder, and A. Gerber. submitted for publi-cation.
V. Eremenko, V. Sirenko, Yu. A. Shabakayeva, R. Schleser, P. L. Gammel. Irreversible magnetostriction and magnetization of the superconducting 2H-NbSe2 single crystals in a peak-effect regime. Low Temp. Phys., to be published.
V. Eremenko, V. Sirenko, Yu. A. Shabakayeva, R. Schleser, P. L. Gammel. Magneti-zation and magnetostriction oscillations in a superconducting 2H-NbSe2 single crystal.
Low Temp. Phys.,27, pp. 700-3, 2001.
V. Eremenko, V. Sirenko, R. Schleser, P. L. Gammel. Magnetostriction in the mixed state of superconducting 2H-NbSe2 single crystals. Low Temp. Phys., 27, pp. 305-10, 2001.
O. Trovarelli, C. Geibel, M. Grosche, R. Schleser, R. Borth, G. Sparn, and F. Steglich.
Low-temperature properties of YbCo2Ge2. Physica B,259-261, pp. 140-1, 1999.
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