"Einfluß der Anisotropie und der Fehlordnung auf die Relaxation der kritischen Stromdichten in Hochtemperatursupraleitern"

Die kritischen Stromdichten von kristallinem und keramischem Y(123)und Bi(2212) wurden als Funktion der Temperatur, des Magnetfeldes und der Zeit untersucht. Dazu wurde ein automatisiertes Vibrationsmagnetometer aufgebaut und die der kritischen Stromdichte proportionale Magnetisierung im "Critical-State" gemessen.

Im Vordergrund stand der Vergleich der nicht-logarithmischen, starken Relaxation der kritischen Stromdichte mit Zerfallsgesetzen, die aus verschiedenen Stromdichteabhängigkeiten der Aktivierungsenergie U(J_c) für thermische Aktivierung der Vortices aus den Haftzentren folgen.

In Y(123) konnte unterhalb einer charakteristischen Temperatur T*(H) die langsame, temperaturunabhängige Relaxation der kritischen Stromdichte durch das Zerfallsgesetz, J_c(t) = J₀ (1+k_BT/U₀ ln(t/t₀ ))^-1/µ, µ approx 1, beschrieben werden. Für den Wert des Exponeneten µ gibt es theoretische Vorhersagen aus den Theorien zum kollektiven Haften und dem Vortex-Glas Modell. Der hier gefundenen Exponent ist konsistent mit dem Verhalten in der Vortex- Glas Phase weit unterhalb von T_g (H). Es konnte gezeigt werden, daß in diesem Temperaturbereich kleiner T*(H) das Haften an Sauerstoffehlstellen der Konzentration 10¹⁷ m^-2 bis 10¹⁸ m^-2 die kritischen Stromdichten und Aktivierungsenergien beschreibt. Oberhalb von T*(H) bei Annäherung an T_g(H) geht der Exponent m gegen Null und es wird ein algebraisches Zerfallsgesetz, J_c(t) = J₀(t/t₀)^-s, gefunden. In diesem Bereich kann die Aktivierungsenergie durch das Haften an Zwillingsgrenzen erklärt werden.

In Bi(2212) konnte auf Grund der kleineren Vortex-Glas Übergangstemperaturen die Relaxation nur nahe T_g(H) untersucht werden. Für den Bi(2212)- Kristall wird sie ausschlieálich durch das algebraische Zerfallsgesetz beschrieben. Die Aktivierungsenergie und die kritischen Stromdichten ergeben sich aus dem Haften an Sauerstoffehlstellen mit der Konzentration 2 10¹⁷m^-2 . Für die Bi(2212)-Keramik wurde die Relaxation in dem Bereich des sich ändernden Exponenten von µ approx 1 nach Null nahe T_g durch eine empirische Erweiterung des Vortex-Glas Zerfallsgesetzes beschrieben.

Oberhalb der Glastemperatur ist die Vortexdynamik für diese Relaxationsmessungen zu schnell. Mit dem hier gefundenen algebraischen Zerfallsgesetz konnten jedoch auch die AC-Suszeptibilitätsmessungen anderer in diesem Temperaturbereich beschrieben werden.

Summary

Kurzfassung

The critical current density of crystalline and ceramic Y(123) und Bi(2212) was under investigation. To study the temperature-, field- and time- dependence a home-made vibrating sample magnetometer was set up and the magnetization in the "critical-state", proportional to J_c , was measured.

The focus was on the comparison of the measured non-logarithmic strong relaxation of J_c(t) with decay-laws following from various forms of the effective activation energy U(J_c) for the thermal activated motion of vortices.

In Y(123) the small temperature independent relaxation of the critical current density at low temperatures below a characteristic temperature T*(H) follows the decay-law: J_c(t) = J₀ (1+k_B T/U₀ ln(t/t₀ )) ^-1/µ, µ approx 1. The exponent µ can be compared with predictions from vortex-glass and collective-creep theories. The value found in this analysis is consistent with the vortex-glass picture far below T_g(H). In this regimes the critical current densities and activation energies can be explained by pinning at oxygen-vacancies of the concentration 10¹⁷ m^-2 to 10¹⁸m^-2. Above T_g(H) closer to T*(H) the exponent µ vanishes and an algebraic decay, J_c(t) = J₀(t/t₀)^-s, was observed. The activation energies can be described by pinning at twin-boundaries.

In Bi(2212) because of the lower T_g(H) an algebraic decay was exclusively observed in a crystal. Pinning at oxygene- vacancies of concentration 2 10¹⁷m^-2 can explain the critical current density and the activation energies. In a ceramic the relaxation in the regime of changing exponent from µ approx 1 to zero could be described by an empirical extension of the vortex-glass decay- law.

Above the glass-transition temperature the algebraic decay- law can describe the faster vortex-dynamics investigated by others by AC- susceptibility measurements.