Особенности угловой зависимости критического тока в тонких эпитаксиальных плeнках ВТСП YBa₂Cu₃O₇₋δ в магнитном поле

Abstract

Исследованы зависимости плотности критического тока jc от величины и направления магнитного поля H в тонких эпитаксиальных пленках YBa₂Cu₃O₇₋δ с высокой jc в отсутствие поля (~ 10⁶ А/см² при 77 К) и с толщиной d, меньшей удвоенной глубины проникновения магнитного поля l. Установлено, что зависимости jc(H) имеют низкополевые плато как при перпендикулярном, так и при параллельном пленке поле. В магнитном поле, перпендикулярном пленке, плато "эффективного пиннинга" простирается до поля, соответствующего достижению плотности "прошивающих" пленку вихрей Абрикосова, при которой им уже не выгодно быть всем запиннингованными на краевых дислокациях в межблочных границах, и часть вихрей становится непиннингованной. В отличие от этого в поле, параллельном пленке, окончание плато не связано с депиннингом проникших в нее параллельных пленке вихрей, а уменьшение jc(H) за пределами плато определяется ослаблением пиннинга перпендикулярных пленке вихрей в параллельном ей магнитном поле. Низкополевое плато на зависимости jc(H) для поля, лежащего в плоскости пленки, оказывается шире, чем плато при нормальном намагничивании. Поэтому зависимость jc от угла между H и нормалью к пленке имеет один максимум при поле, лежащем в плоскости пленки. В пленках, полученных лазерным либо электронно-лучевым испарением YBa₂Cu₃O₇₋δ или компонентов этого состава, измерения jc на которых велись индукционным методом, уменьшение jc при увеличении поля в плоскости пленки начинается раньше первого критического поля для проникновения вихрей в плоскость пленки. А на магнетронно-осажденной пленке, где jc измерялся транспортным методом, это уменьшение jc начинается в поле много большем указанного критического поля. Обсуждены возможные соотношения между параметрами зависимости jc(H) и первого критического поля для проникновения вихрей в плоскость пленки, в том числе и те, которые приводят к различным угловым зависимостям критического тока.

The dependence of the critical current density j c on the magnitude and direction of the magnetic field H is investigated in thin epitaxial films of YBa₂Cu₃O₇₋δ having a high value of j c in the absence of field (~ 10⁶ А/см² at 77 K) and a thickness d less than twice the magnetic field penetration depth λ. It is found that the jc(H) curves have a low-field plateau both for fields perpendicular and parallel to the film. In a magnetic field perpendicular to the film, the “effective pinning” plateau extends to a field corresponding to a density of Abrikosov vortices threading the film at which it is no longer favorable for them all to be pinned at edge dislocations in the interblock walls, and a fraction of them become unpinned. In contrast, in a field parallel to the film the end of the plateau is unrelated to depinning of threading vortices parallel to the film; instead, jc(H) decreases after the plateau region because the magnetic field parallel to the film weakens the pinning of vortices perpendicular to the film. The low-field plateau on jc(H) for an in-plane is wider than that for the case of normal magnetization. Therefore, the dependence of jc on the angle between H and the normal to the film has a single maximum at which the field is lying in the film plane. In films obtained by laser or electron-beam evaporation of YBa₂Cu₃O₇₋δ or its constituents, the measurements of jc on which were made by an inductive method, the decrease of jc with increasing field in the film plane begins at fields lower than the first critical field for penetration of the vortices into the film plane. For the magnetron-deposited film, where jc was measured by a transport method, this decrease of jc begins in a field much higher than that critical field. The possible relationships between the parameters of the jc(H) curves and the first critical field for penetration of the vortices into the film plane are discussed, including some which lead to different angular dependences of the critical current.

Досліджено залежності густини критичного струму jc від величини і напрямку магнітного поля H у тонких епітаксійних плівках YBa₂Cu₃O₇₋δ із високою jc у відсутність поля (~ 10⁶ А/см² при 77 К) і з товщиною d, меншою подвоєної глибини проникнення магнітного поля . Встановлено, що залежності jc(H) мають низькопольові плато як при перпендикулярному, так і при паралельному плівці полі. У магнітному полі, перпендикулярному плівці, плато «ефективного пінінгу» сягає поля, яке відповідає досягненню густини вихорів Абрикосова, що «прошивають» плівку, при котрій їм вже не вигідно бути всім запінінгованими на крайових дислокаціях у міжблокових межах, і частина вихорів стає непінінгованими. На відміну від цього у полі, паралельному плівці, закінчення плато не пов язано з депінінгом паралельних плівці вихорів, що проникли у неї, а зменшення jc(H) за межами плато визначається послабленням пінінгу перпендикулярних плівці вихорів у паралельному їй магнітному полі. Низькопольове плато на залежності jc(H) для поля, що лежить у площині плівки, виявляється ширше, ніж плато при нормальному намагнічуванні. З-за цього залежність jc від кута між H і нормаллю до плівки має один максимум при полі, що лежить у площині плівки. У плівках, отриманих лазерним або електронно-променевим випаром YBa₂Cu₃O₇₋δ або компонентів цього складу, виміри jc на який велися індукційним методом, зменшення jc при збільшенні поля у площині плівки починається раніше першого критичного поля для проникнення вихорів у площину плівки. А на плівці, отриманій магнетронним осадженням, де jc вимірювався транспортним методом, це зменшення jc починається в полі багато більшому зазначеного критичного поля. Обговорено можливі співвідношення параметрів залежності jc(H) і першого критичного поля для проникнення вихорів у площину плівки, у тому числі і ті, що ведуть до різних кутових залежностей критичного струму.