Kurzfassung
Die Entstehung stabiler Supraleitung im Hochtemperatursupraleiter
YBa2Cu3O7-delta wird durch Messungen des dynamischen
Widerstandes \rho'(\omega) - i \rho''(\omega) von dünnen Filmen und
Kristallen zwischen 3 mHz und 2 GHz untersucht.
Die kritische Temperatur Tc( B ) kann anhand der Temperatur des Kreuzungspunktes isofrequenter Phasen (\rho'') / (\rho') sehr genau bestimmt werden. Die Reduktion von Tc durch externe Magnetfelder läßt sich in dem hier untersuchten sehr breiten Bereich zwischen 1 mT und 19 T durch ein einheitliches Potenzgesetz, Tc(B)/Tc(0)=1-(B/B0)1/ alpha, beschreiben. Sowohl der Exponent alpha=1.33 als auch die Amplituden B0 können für beide Orientierungen des Magnetfeldes, B parallel c und B perpendicular c, gut mit dem anisotropen 3D-XY-Modell beschrieben werden. Vermutlich sind hierfür topologische Fluktuationen verantwortlich, d.h. thermisch induzierte Vortex-Ringe, deren Ausdehnung unterhalb von Tc(B) kleiner als der mittlere Abstand der durch das Magnetfeld B induzierten Vortizes a0 ~ (Phi0/B)1/2 ist und a0 bei Tc erreicht.
Kolumnare Haftzentren mit Dichten Bphi = nphi* Phi0 bis zu 2 T haben keinen signifikanten Einfluß auf die Phasenlinie Tc(B). Erst bei höheren Defektdichten wird für B \lessim Bphi die für linear-korreliertes Haften vorhergesagte Phasengrenze mit alpha=4 gefunden, die nahe Bphi deutlich über der des unbestrahlten Materials liegt. Vermutlich ist nun die Dichte kolumnarer Defekte größer als die Dichte jener Defekte, die zuvor für das Zustandekommen der Phasenlinie mit alpha=4/3 verantwortlich waren.
Im Nullfeld ist die Phase (\rho'') / (\rho') bei Tc für die Filme und den Kristall identisch und weist zusammen mit dem kontinuierlichen Verschwinden des statischen Widerstandes \rho+(0) und der superfluiden Dichte \lambda--2 bei Annäherung an Tc auf eine dreidimensionale Ordnung hin. Die von der zeitabhängigen Ginsburg-Landau-(GL)-Theorie unter Berücksichtigung 3D-Gauß'scher Fluktuationen des supraleitenden Ordnungsparameters vorhergesagte dynamische Skalenfunktion \rho+ (\omega\tau) / (\rho0) wird für \omega\tau =< 103 beobachtet. Für \omega\tau > 103 werden starke Abweichungen von Gauß'scher GL-Dynamik gefunden, die auf den Einfluß weiterer, starker Fluktuationen hindeuten. Überraschenderweise werden identische Skalenfunktionen und kritische Temperaturvariationen von \rho+(0) und \lambda--2 zwischen 10-7 T und dem hier maximal angelegten Feld von 19 T gefunden. Auf Grund des Verlaufs von Tc(B) läßt dies auf die Dominanz von XY-artigen Fluktuationen schließen.
Auch in Gegenwart kolumnarer Defekte wird bis \omega\tau \approx 103 die gleiche Gauß'sche Skalenfunktion beobachtet. Jedoch werden zwischen 5 mT und Bphi jene Potenzgesetze von \rho+(0) und \lambda--2 gefunden, die auch an dem stark verzwillingten Kristall beobachtet und dort auf das korrelierte Haften an Liniendefekten parallel c zurückgeführt wurden. Eine offene Frage bleibt die Ursache für die fehlende Korrelation zwischen der Phasenlinie Tc(B) und dem kritischen Verhalten von \rho+(0) und \lambda--2, d.h. dem Zusammenwirken von thermischen Fluktuationen und intrinsischen Haftmechanismen.
The origin of stable superconductivity in thin YBa2Cu3O7-delta films and crystals is investigated by measering the dynamic resistivity \rho'(\omega) -i \rho''(\omega) between 3 mHz and 2 GHz.
The critical temperature Tc( B ) is very precisely determined from the intersection of isofrency phase angles (\rho'') / (\rho'). The reduction of Tc by magnetic fields between 1 mT and 19 T is well described by the simple power law, Tc(B)/Tc(0) = 1-(B/B0)1/ alpha. Both the exponent alpha=1.33 and the amplitude B0 for B parallel c and B perpendicular c agree well with the anisotropic 3D-XY-model. The superconducting transition is presumably driven by topological fluctuations, i.e. thermal induced vortex-loops, which are below Tc(B) smaller than the mean distance a0 ~ (Phi0/B)1/2 of field-induced vortices and reach a0 at Tc.
Columnar defects with densities Bphi = nphi* Phi0 up to 2 T have no significant effect on the transition line Tc(B). Only at higher defect densities the Bose-glass transition-line with alpha=4 predicted for linear-correlated pinning is found in fields B \lessim Bphi. Near Bphi the transition-line is well above the line of the pristine material. It is argued that in this case the density of columnar defects is higher than the density of defects which give rise to the XY-like transition-line with alpha=4/3.
In zero magnetic field the phase \rho''/\rho' at Tc is identical for films and crystals and indicates together with the continuous vanishing of the static resitivity \rho+(0) and of the superfluid density \lambda--2 by approaching Tc 3D-ordering. The dynamic scaling function \rho+ (\omega\tau) / (\rho0) predicted by time-dependent Ginzburg-Landau-(GL)-theory considering 3D-gaussian fluctuations of the superconducting order parameter is observed for \omega\tau =< 103. For \omega\tau > 103 the scaling function deviates strongly from GL-dynamic, which indicates the effect of additional strong fluctuations. Surprisingly, the same scaling functions and critical temperature variations of \rho+(0) and \lambda--2 are found between 10-7 T and the highest applied field of 19 T. Together with the transition-line Tc(B) this indicates the dominance of XY-like fluctuations.
Also in the presence of columnar defects the same gaussian scaling function is observed up to \omega\tau \approx 103. However, between 5 mT and Bphi the same power-laws of \rho+(0) and \lambda--2 are found as for the strongly twinned crystal, which were associated with correlated pinning at line-defects parallel c. The origin of the missing correlation between the transition-line and of the critical behavior of \rho+(0) and \lambda--2, i.e. the combination of thermal fluctuations and intrinsic pinning, remains as a question.