Крип магнитного потока в тонких ВТСП пленках YBa₂Cu₃O₇₋δ вблизи критической температуры

Abstract

Исследована температурная зависимость динамической скорости релаксации Q для тонких эпитаксиальных пленок YBa₂Cu₃O₇₋δ по измерениям ac магнитной восприимчивости на разных частотах в области температур от 77 К до критической температуры Тс. Для определения критической плотности тока использованы измерения, соответствующие двум известным методам: «максимума потерь» и «большой постоянной амплитуды» возбуждающего ac поля. Результаты, полученные этими методами, сравниваются между собой и с предсказаниями теории Клема и Санчеса, являющейся развитием модели критического состояния. Найдено, что при температурных и полевых условиях, используемых в измерениях по максимуму потерь, отклонения от указанной модели небольшие и не меняются с температурой вплоть до Тс. Величина Q в этих условиях определяется корректно и, как установлено, не зависит от температуры. В случае же измерений по методу большой постоянной амплитуды ac поля полученные результаты нельзя корректно проинтерпретировать, поскольку метод сталкивается с ограничениями практически во всем исследованном диапазоне температур. При удалении от Тс применяемые в методе приближенные формулы быстро расходятся с точными формулами модели критического состояния. А при приближении к Тс амплитуда ac поля становится много больше соответствующей максимуму потерь и, как показано, соотношения между получаемыми в таких условиях параметрами расходятся с предсказаниями теории Клема и Санчеса. Сделан вывод, что последнее связано с отклонениями от модели критического состояния в столь сильном ac поле. В результате получение данных о величине Q на основе указанной теории теряет корректность. В условиях больших амплитуд ac поля, в области температур шириной около 1 К ниже Тс наблюдается режим, когда вещественная часть комплексной магнитной восприимчивости падает практически до нуля и остается только мнимая. Это соответствует резистивному состоянию сверхпроводника, обусловленному течением потока вихрей.

Досліджено температурну залежність динамічної швидкості релаксації Q для тонких епітаксійних плівок YBa₂Cu₃O₇₋δ по вимірах ac магнітної сприйнятливості на різних частотах в області температур від 77 К до критичної температури Тс. Для визначення критичної густини струму використано виміри, що відповідають двом відомим методам: «максимума втрат» і «великої постійної амплітуди» збуджуючого ac поля. Результати, що отримано цими методами, порівнюються між собою і з передбаченнями теорії Клема і Санчеса, яка є розвитком моделі критичного стану. Знайдено, що при температурних і польових умовах, використовуваних у вимірах по максимуму втрат, відхилення від вказаної моделі невеликі й не змінюються з температурою аж до Тс. Величина Q в цих умовах визначається коректно і, як встановлено, не залежить від температури. У випадку ж вимірів по методу великої постійної амплітуди ac поля отримані результати не можна коректно проінтерпретувати, оскільки метод наштовхується на обмеження практично у всьому дослідженому діапазоні температур. При віддаленні від Тс застосовувані в методі наближені формули швидко розходяться з точними формулами моделі критичного стану. А при наближенні до Тс амплітуда ac поля стає набагато більшою від тієї, що відповідає максимуму втрат і, як показано, співвідношення між параметрами, що отримуються за таких умов, розходяться з передбаченнями теорії Клема і Санчеса. Зроблено висновок, що останнє пов’язане з відхиленням від моделі критичного стану в настільки сильному ac полі. В результаті одержання даних про величину Q на основі вказаної моделі втрачає коректність. В умовах великих амплітуд ac поля, в області температур шириною близько 1 К нижче Тс спостерігається режим, коли дійсна частина комплексної магнітної сприйнятливості спадає практично до нуля і залишається лише уявна. Це відповідає резистивному стану над- провідника, обумовленому плином потоку вихорів.

The temperature dependence of dynamic relaxation rate Q for thin epitaxial YBa₂Cu₃O₇₋δ films has been investigated by ac susceptibility measurements at different frequencies in the temperature interval from 77 K to the critical temperature Tc. Two known methods: «loss-maximum» and «high constant amplitude» of exciting ac field were applied to extract critical current density from the measurements. The results obtained by these methods are compared between themselves and with the predictions of the critical state model in its Clem’s & Sanchez’s development. It is found that under the temperature and ac field conditions, used in loss maximum measurements, the deviations from the model are insignificant and do not change with temperature right up to Tc. The quantity Q under these conditions is correctly determined and is found to be temperature independent. But in the case of measurements by the method of high constant amplitude of ac field, the results obtained cannot be correctly interpreted, because this method meets with limitations practically throughout the investigated temperature interval. When moving down from Tc, the approximate formulas, used in the method, rapidly diverge from the exact ones in the critical state model. When approaching Tc, the ac field amplitude remaining constant becomes far above that one corresponding to loss maximum, and the relations between the superconductor parameters measured under these conditions are shown to diverge from the predicted ones in the Clem’s & Sanchez’s calculations. It is concluded that the latter fact is connected with deviations from the critical state model in so high ac field. Therefore, the extraction of the data on Q based on the above model loses its correctness. Under high ac field conditions in the temperature interval about 1 K wide below Tc we observed a regime where the in-phase susceptibility drops practically to zero and in existence is only the out-of-phase one. This corresponds to the resistive state of the superconductor caused by the flux flow.