Magneettiset lukkiutumiskeskukset suprajohtavissa ferriitti/YBCO ohutkalvorakenteissa
Jyrinki, Jaakko (2017-05-03)
Magneettiset lukkiutumiskeskukset suprajohtavissa ferriitti/YBCO ohutkalvorakenteissa
Jyrinki, Jaakko
(03.05.2017)
Tätä artikkelia/julkaisua ei ole tallennettu UTUPubiin. Julkaisun tiedoissa voi kuitenkin olla linkki toisaalle tallennettuun artikkeliin / julkaisuun.
Turun yliopisto
Kuvaus
Siirretty Doriasta
Tiivistelmä
YBa2Cu3O_(6+x) (YBCO) on tyypin II suprajohde, jolla on käytännön sovelluksien kannalta useita hyviä ominaisuuksia kuten korkea transitiolämpötila T_c ja suuri kriittinen virtatiheys J_c sekä korkea kriittinen magneettikenttä B_c2.
Tyypin II suprajohteilla sekatilassa suprajohteeseen tunkeutuvan vuohilan ajautumisella on yhteys suprjaohteessa kuljetettavan virran maksimiarvoon. Jos vuohila lukitaan paikalleen, parantaa se suprajohteen kriittistä virtatiheyttä. Vuon lukkiutumista voidaan tehostaa esimerkiksi lisäämällä YBCO:n sekaan erilaisia epäpuhtauksia. Vuon lukkiutumista voidaan aiheuttaa myös ulkoisella lisäkerroksella, jossa on magneettisesti eri tavoin järjestäytyneitä rakenteita, jolloin lukitsemispotentiaali syntyy magneettisesta vuorovaikutuksesta vorteksihilan ja näiden ulkoisten momenttien välillä. Tällaisessa kerrosrakenteessa itse YBCO:n laatu säilyy puhtaampana.
Tässä työssä tällainen magneettisesti epähomogeeninen lisäkerros valmistettiin cerium(IV)oksidin ja kobolttiferriitin seoksesta, jossa CeO2 on heikosti paramagneettinen ja CoFe2O4 on magneettiselta järjestäytymiseltään ferrimagneetti. Kerroksessa syntyy siten magneettisesti lukitsevia potentiaalikuoppia ferriitin asettuessa sopiviin rakenteisiin ceriumoksidin sekaan. Tutkimus jakaantui kahteen päävaiheeseen: ensimmäisessä vaiheessa optimoitiin laserhöyrystyksen parametrit ferriittikerrokselle ja toisessa vaiheessa valmistettiin suprajohtavat kerrosrakenteet valittuja kasvatusparametreja käyttäen. Molemmissa vaiheissa ohutkalvonäytteille suoritettiin kattavat rakenteelliset sekä magneettiset tutkimukset.
Optimointisarjalla magneettiset ominaisuudet paranivat kasvatuslämpötilan funktiona koko kasvatuslämpötila-alueella. Rakenteelliset ominaisuudet kuitenkin heikkenivät korkeimmilla lämpötiloilla, jolloin ferriittikerroksen optimoinnissa päädyttiin kasvatuslämpötilaan 750 ºC. Suprajohtavien kerrosrakenteiden rakenteellisissa tutkimuksissa havaittiin muutoksia YBCO:n laadussa riippuen YBCO-kerroksen sijainnista. Kiteen laatu heikentyi selvästi rakenteissa, joissa YBCO kasvatettiin ferriittikerroksen päälle. Heikentyminen havaittiin sekä rakenteellisissa että magneettisissa ominaisuuksissa. Näissä rakenteissa CeO2-bufferin käyttö kerrosten välissä paransi rakenteellisia sekä suprajohtavia ominaisuuksia jonkin verran. Rakenteella, jossa ferriittikerros tulee YBCO:n päälle, J_c:n suhteellinen arvo oli referenssinäyttettä parempi lähes koko mittausalueella. Kaikilla rakenteilla havaittiin joillakin ulkoisen kentän arvoilla referenssinäytettä korkeampia J_c:n suhteellisia arvoja.
Tyypin II suprajohteilla sekatilassa suprajohteeseen tunkeutuvan vuohilan ajautumisella on yhteys suprjaohteessa kuljetettavan virran maksimiarvoon. Jos vuohila lukitaan paikalleen, parantaa se suprajohteen kriittistä virtatiheyttä. Vuon lukkiutumista voidaan tehostaa esimerkiksi lisäämällä YBCO:n sekaan erilaisia epäpuhtauksia. Vuon lukkiutumista voidaan aiheuttaa myös ulkoisella lisäkerroksella, jossa on magneettisesti eri tavoin järjestäytyneitä rakenteita, jolloin lukitsemispotentiaali syntyy magneettisesta vuorovaikutuksesta vorteksihilan ja näiden ulkoisten momenttien välillä. Tällaisessa kerrosrakenteessa itse YBCO:n laatu säilyy puhtaampana.
Tässä työssä tällainen magneettisesti epähomogeeninen lisäkerros valmistettiin cerium(IV)oksidin ja kobolttiferriitin seoksesta, jossa CeO2 on heikosti paramagneettinen ja CoFe2O4 on magneettiselta järjestäytymiseltään ferrimagneetti. Kerroksessa syntyy siten magneettisesti lukitsevia potentiaalikuoppia ferriitin asettuessa sopiviin rakenteisiin ceriumoksidin sekaan. Tutkimus jakaantui kahteen päävaiheeseen: ensimmäisessä vaiheessa optimoitiin laserhöyrystyksen parametrit ferriittikerrokselle ja toisessa vaiheessa valmistettiin suprajohtavat kerrosrakenteet valittuja kasvatusparametreja käyttäen. Molemmissa vaiheissa ohutkalvonäytteille suoritettiin kattavat rakenteelliset sekä magneettiset tutkimukset.
Optimointisarjalla magneettiset ominaisuudet paranivat kasvatuslämpötilan funktiona koko kasvatuslämpötila-alueella. Rakenteelliset ominaisuudet kuitenkin heikkenivät korkeimmilla lämpötiloilla, jolloin ferriittikerroksen optimoinnissa päädyttiin kasvatuslämpötilaan 750 ºC. Suprajohtavien kerrosrakenteiden rakenteellisissa tutkimuksissa havaittiin muutoksia YBCO:n laadussa riippuen YBCO-kerroksen sijainnista. Kiteen laatu heikentyi selvästi rakenteissa, joissa YBCO kasvatettiin ferriittikerroksen päälle. Heikentyminen havaittiin sekä rakenteellisissa että magneettisissa ominaisuuksissa. Näissä rakenteissa CeO2-bufferin käyttö kerrosten välissä paransi rakenteellisia sekä suprajohtavia ominaisuuksia jonkin verran. Rakenteella, jossa ferriittikerros tulee YBCO:n päälle, J_c:n suhteellinen arvo oli referenssinäyttettä parempi lähes koko mittausalueella. Kaikilla rakenteilla havaittiin joillakin ulkoisen kentän arvoilla referenssinäytettä korkeampia J_c:n suhteellisia arvoja.