WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 9 05;12 Локальные измерения магнитных характеристик высокотемпературных сверхпроводниковых пленок © Ю.Н. Пирогов, Е.А. Протасов Московский инженерно-физический институт (Технический университет), 115409 Москва, Россия (Поступило в Редакцию 15 ноября 1999 г.) Представлена новая экспериментальная методика измерения магнитных характеристик пленок высокотемпературных сверхпроводников с использованием в измерительной схеме лазера, позволяющего проводить локальные измерения. Проведены измерения магнитных характеристик пленок ВТСП, результаты которых представляют научный и практический интерес.

В настоящее время магнитооптический метод иссле- характеристик достаточно He–Ne лазера мощностью недования широко используется для изучения процессов сколько mW.

проникновения и захвата магнитного потока в пленке Кроме того, данная установка, позволяет настраивать высокотемпературного сверхпроводника. Принцип ралуч лазера в необходимую область образца высокотемпеботы и схема поляризационно-оптического микроскопа ратурного сверхпроводника, непосредственно наблюдая описаны во многих работах [1–4].

настройку на экране монитора, причем контроль можно Возможности такого метода в первую очередь зависят осуществлять в течение всего эксперимента.

от выбора магнитооптической пленки. В первых работах Наконец, возможна фокусировка лазерного излучения, использовались доменных пленки, в которых ось легв результате чего размеры области, в которой проводятся кого намагничивания была направлена перпендикулярно измерения, могут достигать 15-20 µm.

плоскости пленки. Таким образом, возможно наблюдать только нормальную компоненту магнитной индукции.

В дальнейшем стали использовать феррит-гранатовые Схема установки пленки с анизотропией типа ”легкая плоскость”, ось легкого намагничивания в которых лежит в плоскости Схема установки показана на рис. 1. Она состопленки или под некоторым малым углом. С помощью ит из азотного оптического криостата, магнитооптичетаких пленок возможно наблюдать как нормальную, так ского визуализатора магнитных полей, фотоприемного и тангенциальную компоненты магнитной индукции.

устройства, а также измерителя температуры, источниМагнитооптический метод позволил непосредственно ка магнитного поля и измерительной схемы. Пленка наблюдать проникновение магнитного потока в образец, высокотемпературного сверхпроводника приклеивалась исследовать влияние дефектной структуры сверхпроводс помощью смазки Рамзая на хладопровод вакуумного ника на распределение и величину захваченного магнитазотного криостата. На магнитооптическую феррограного потока, исследовать распределение поверхностных натовую пленку, выращенную на подложке из галийтоков. Однако для полного понимания влияния дефекгадолиниевого граната, напылялся отражающий слой из тов на процессы взаимодействия высокотемпературных серебра. Изготовленный таким образом магнитооптичесверхпроводников с магнитным полем необходимо проский преобразователь механически прижимался к пленке извести локальные измерения магнитных характеристик.

высокотемпературного сверхпроводника. В хладопровоВ работах [5,6] для этого использовалась диафрагма, коде были смонтированы термометр и спираль нагреватеторая ”вырезала” часть кратины, а измерения интенсивля. Это позволяло регулировать и измерять температуру ности света, взаимодействующего с магнитооптической в широком диапазоне (77–300 K).

пленкой и проходящего через диафрагму, проводились Оптическая часть установки состоит из источника фотоприемником. Однако в этой схеме при уменьшении белого света ОСВ-1 1, делительных кубиков 2, 15, поляразмеров области, в которой проводились измерения, ризатора 3, полупрозрачного зеркала 4 и анализатора 5.

за счет уменьшения диаметра диафрагмы снижается Луч света, прошедший через входное окно 6 азотного интенсивность света, попадающего на фотоприемник и, криостата 7, дважды прошедший через магнитооптичеследовательно, ухудшается отношение сигнал/шум.

скую пленку 8 и отраженный от серебряного покрытия В данной работе предлагается несколько иной метод локальных измерений магнитных характеристик высо- попадал на объектив 9, который формировал полное или частичное изображения магнитооптической пленки котемпературных сверхпроводников. Описываемая ниже установка имеет ряд преимуществ. В данной установке на матрице видеокамеры 10. Сигнал с видеокамеры для измерений применяется дополнительный источник подавался на вход видеомагнитофона 11 и затем на излучения — лазер. Для достижения хороших шумовых телевизор 12 или на видеовход компьютера.

Локальные измерения магнитных характеристик высокотемпературных сверхпроводниковых пленок Рис. 1. Схема установки: 1 —осветитель ОСВ-1, 2 — делительный кубик, 3 —поляризатор, 4 — полупрозрачное зеркало, 5 — анализатор, 6 — входное окно, 7 — азотный криостат, 8 — магнитооптическая пленка, 9 — объектив, 10 — видеокамера, 11 — видеомагнитофон, 12 — телевизор, 13 — He–Ne лазер, 14 —линза, 15 — делительный кубик, 16 — красный светофильтр, 17 — фотоприемник, 18 — селективный микровольтметр РВ7-32, 19 — генератор ГЗ-33, 20 — электродвигатель, 21 —диск с 4 отверстиями, 22 — катушки Гельмгольца, 23 — блок питания ТЕК-5020 или звуковой генератор ГЗ-109.

Измерительная часть состояла из следующих элемен- хуже 0.1%. Они питались от блока питания ТЕК-5020 тов. Луч He–Ne лазера 13 фокусировался линзой 14. и позволяли получать поля до 300 Oe. Переменное Далее он следовал тем же путем, что и пучок бе- возбуждающее поле частотой f = 20 - 1000 Hz создавалось при подключении катушек к звуковому генератору лого света, и, отражаясь огт делительного кубика 15, проходил через красный светофильтр 16. Интенсив- ГЗ-109.

ность излучения лазера регистрировалась фотоприемником 17, сигнал с которого измерялся селективным Эксперимент микровольтметром РВ7-32 18. Для модуляции лазерного луча использовалась система, состоящая из генератора Как и в других работах, нами наблюдался в динамике ГЗ-33 19, электродвигателя 20 и диска с 4 отверстипроцесс проникновения магнитного потока в образец.

ями 21. Частота модуляции 40 Hz. Таким образом, Было обнаружено, что магнитный поток проникает в можно было направлять луч лазера в интересующую первую очередь с краев образца и в местах дефектов.

нас локальную область сверхпроводника, контролируя При выключении внешнего магнитного поля наиболее настройку по картине на экране телевизора. Получаемый сильный захват потока происходит в областях без дена фотоприемнике сигнал был пропорционален среднефектов, в то время как дефектные области практически квадратичному значению плотности магнитного потока в не захватывают магнитный поток.

области, определяемой площадью поперечного сечения Для исследования была выбрана пленка системы лазерного луча. Размеры области без дополнительной Y1Ba2Cu3O7 толщиной 0.3 µm, напыленная импульсным фокусировки составляли порядка 1 mm при возможных лазерным методом на подложку из титаната стронция размерах исследуемого образца 10 10 mm.

толщиной 0.5 µm. Размеры образца 105 mm. На рис. Магнитное поле H, перпендикулярное поверхности представлена магнитооптическая картина исследуемого образца, формировалось катушками Гельмгольца 22, нами образца, соответствующая состоянию сверхпрообеспечивающими неоднородность поля по образцу не водника, когда в нем захвачен магнитный поток. Свет9 Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 130 Ю.Н. Пирогов, Е.А. Протасов Рис. 2. Магнитооптическая картина исследуемого нами образца, соответствующая состоянию сверхпроводника, когда в нем захвачен магнитный поток. Размеры образца 10 5 mm.

лые области — места, где магнитооптическая пленка 1 K. В области дефекта магнитный поток проникает намагничена. Исследовались три наиболее характерные в образец при 87 K, т. е. на один градус раньше, чем в области. Области 1 и 2 обладали наиболее сильным областях 1 и 2, и ширина перехода больше — 2K. Это захватом. Область 3 — дефектная область. говорит о том, что экранирующие свойства дефектной В качестве примера приведем исследования экрани- области хуже, чем областей 1 и 2. Следует обратить ровки магнитного потока образцом высокотемпературного сверхпроводника. Сверхпроводник охлаждался до T = 78 K при H = 0. Эксперименты проводились в переменном магнитном поле H = 2.4Oe, f = 40 Hz.

Луч лазера при этом не модулировался. Сигнал с фотоприемника измерялся селективным микровольтметром на второй гармонике.

На рис. 3 приведены данные, полученные для указанных областей, а также интегральная характеристика, которая была получена путем освещения пучком белого света всего образца с последующей фокусировкой отраженного от магнитооптической пленки изулучения на фотоприемник. Из интегральной характеристики (которую, как правило, и измеряют) видно, что ширина перехода из состояния, когда образец полностью экранирует магнитное поле в состояние, когда магнитный поток полностью проникает в образец 4K (по уровню 0.1-0.9). Однако для каждой локальной области ширина перехода значительно меньше. Следовательно, широкий переход в интегральной характеристике вызван тем, что в различные области сверхпроводника магнитный поток Рис. 3. Изменение амплитуды сигнала с фотоприемника A при проникает при различной температуре, а также присутувеличении температуры T. Амплитуда сигнала пропорциоствуют области с большой шириной перехода.

нальна среднеквадратичному значению плотности магнитного Рассмотрим теперь зависимости, полученные для потока в области, определяемой площадью поперечного сечеобластей 1–3. На рис. 3 видно, что экранирующие свойния лазерного луча. 1 — область с дефектами, 2 — первая ства областей 1 и 2 практически одинаковые. Проник- область, 3 — вторая область, 4 — интегральная характеновение потока начинается при 88 K, ширина перехода ристика.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Локальные измерения магнитных характеристик высокотемпературных сверхпроводниковых пленок внимание на то, что при измерениях в области 3 сигнал сначала растет, а затем приблизительно при 88.5 K начинает падать. Это связано с тем, что в момент, когда данная область сверхпроводника перестает экранировать магнитное поле, в образце еще присутствуют области, которые его экранируют. Поэтому в дефектной области наблюдается концентрация магнитного потока. При T = 89 K экранировка в более ”сильных” областях прекращается и магнитный поток ”рассасывается” по всему образцу. Так как области 1 и 2 обладают наилучшими экранирующими свойствами и пропускают магнитный поток в последнюю очередь, то в них таких спадов не наблюдается. Отметим, что аналогичное поведение сверхпроводника наблюдалось в работе [4].

Список литературы [1] Есиков О.С., Протасов Е.А. // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15.

Вып. 20. С. 11.

[2] Полянский А.А., Власко-Власов В.К., Инденбом М.В.

и др. // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. Вып. 22. С. 1.

[3] Беляева А.И., Войценя С.В., Юрьев В.П. и др. // СФХТ.

1990. Т. 3. № 6. С. 1189.

[4] Власко-Власов В.К., Инденбом М.В., Никитенко В.И.

и др. // СФХТ. 1990. Т. 3. № 6. С. 1199.

[5] Indenbom M.V., Kolesnikov N.F., Kulakov M.P. et al. // Physica C. 1990. N 166. P. 486.

[6] Власко-Власов В.К., Инденбом М.В., Никитенко В.И.

и др. // СФХТ. 1992. Т. 5. № 11. С. 2017.

9 Журнал технической физики, 2000, том 70, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.