Особенности переменной магнитной восприимчивости тонких сверхпроводящих пленок с большим критическим током

Abstract

Впервые исследованы особенности переменной (ac) магнитной восприимчивости, возникающие в тонких сверхпроводящих пленках с большим критическим током. Такие особенности обнаружены в некоторых пленках YBa₂Cu₃O₇–δ на магнитополевых и температурных зависимостях ac восприимчивости в виде Z-образной ступеньки для действительной компоненты, χm(H) или χ'm(T), и V-образной впадины для мнимой компоненты, χ''m(H) или χ''m(T), где индекс m означает измерения в максимуме полярной диаграммы χ''(χ') («максимуме потерь»). Не в максимуме потерь эффект также наблюдается, а его величина зависит от глубины входа-выхода вихрей. Высказано предположение, что эффект обусловлен зависимостями критического тока и крипа потока от магнитного поля. Проведены приближенные вычисления магнитной восприимчивости тонкого диска с помощью модифицированных формул Клема–Санчеса, в которые введена зависимость критической плотности тока от приложенного магнитного поля, jc(H). Расчеты на основании реальной зависимости jc(H) в исследованных пленках и при простейшем учете крипа потока позволили получить зависимости χ'm(H) и χ''m(H), качественно подобные экспериментальным, в том числе с Z- и V-особенностями при большом критическом токе. Показано, что в таких образцах нарушаются соотношения модели Клема–Санчеса между критической плотностью тока, с одной стороны, и компонентами ас магнитной восприимчивости, а также амплитудой ас поля в максимуме потерь, с другой.

Вперше досліджено особливості змінної (ас) магнітної сприйнятливості, які виникають в тонких надпровідних плівках з великим критичним струмом. Такі особливості знайдено в деяких плівках YBa₂Cu₃O₇–δ на магнітопольових та температурних залежностях ас сприйнятливості у вигляді Z-подібної сходинки для дійсної компоненти, χ'm(H) чи χ'm(T), та V-подібної западини для уявної компоненти, χ''m(H) чи χ''m(T), де індекс m означає вимірювання у максимумі полярної діаграми χ''(χ') («максимумі втрат»). Не в максимумі втрат ефект також спостерігається, а його величина залежить від глибини входу-виходу вихорів. Висловлено припущення, що цей ефект зумовлений залежностями критичного струму та кріпу потоку від магнітного поля. Проведено наближені обчислення магнітної сприйнятливості тонкого диску за допомогою модифікованих формул Клема–Санчеса, в які введено залежність критичної густини струму від прикладеного магнітного поля, jc(H). Розрахунки на основі реальної залежності jc(H) в дослід-жених плівках та при простому врахуванні кріпу потоку дозволили отримати залежності χ'm(H) та χ''m(H), якісно подібні до експериментальних, в тому числі з Z- та V-особливостями при великому критичному струмі. Показано, що в таких зразках порушуються співвідношення моделі Клема–Санчеса між критичною густиною струму, з одного боку, та компонентами ас магнітної сприйнятливості, а також амплітудою ас поля у максимумі втрат, з іншого.

The peculiarities of ac magnetic susceptibility, arising in thin superconductive films with a high critical current were investigated for the first time. Such peculiarities were found in magnetic field and temperature dependencies of susceptibility of some YBa₂Cu₃O₇–δ films. They manifest themselves as a Z-like step in the real component dependencies, m(Н) or m(T), and a V-like depression in the imaginary curves, m(H) or m(T), where subscript m corresponds to the measurements at the maximum of the Cole-Cole diagram χ''(χ') (“loss maximum”). Out of the loss maximum the effect is observed as well, and its magnitude depends on vortices repenetration depth. It was supposed that the effect appeared owing to the magnetic field dependence of critical current and flux creep. We provided the approximate calculations of ac magnetic susceptibility using the modified Clem–Sanchez formulae to which the dependence of critical current density from applied magnetic field, jc(H), had been included. The calculations based on the real jc(H) in the investigated films and with the simplest account of flux creep provided the dependences m(Н) and m(Н) that are qualitatively similar to the experimental ones including those with Z- and V-like peculiarities at high critical current. It is shown that for these samples the Clem–Sanchez relations between critical current density on the one hand, and magnetic susceptibility components and the ac field amplitude at the loss maximum on the other hand, are violated.