Kurzfassung
Mittels hochauflösender SQUID-Magnetometrie wurde die Relaxation der Abschirmströme
nach Anlegen eines Magnetfeldes in dünnen Filmen und einem Kristall in einem weiten
Magnetfeld- und Temperaturbereich untersucht und mittels der instantanen logarithmischen
Ableitung S(t,T,H)=-dln(M(t,T,H))/dln(t) analysiert. Unterhalb einer recht scharf definierten
Übergangstemperatur T*(H), die sich mit abnehmendem Magnetfeld und zunehmendem Pinning zu
höheren Temperaturen verschiebt, wird eine glasartige Relaxation
j(t)=jc(1+T/Ucln(t/t0))-1/µ
gemessen, der sich eine Barriere
Uc(j)=Uc/µ([jc/j]µ-1) zuordnen läßt, die für
j ® 0 divergiert, so daß stabile Supraleitung mit einem
verschwindenden linearen Widerstand vorliegt. Der für T<T* temperatur- und
magnetfeldunabhängige Exponent m=1,00(5) für die
unbestrahlten Filme sowie die Barrieren deuten auf Anregungen von Vortex-Half-Loops hin,
für die die Theorie m=1 liefert.
Die Analysen lassen vermuten, daß die Vortizes an Mikrozwillingsgrenzen oder deren
Stoßkanten haften.
Für die bestrahlten Filme wird für H® 0 ein unterer Grenzwert m=1/3 ermittelt, der in guter Übereinstimmung mit der theoretischen Vorhersage für Variable-Range-Hopping in 2 Dimensionen steht. Bei dieser kleinen Vortexdichte sind viele freie Sprungziele für Vortexsegmente vorhanden, wodurch die beobachtete Erhöhung der Vortex-Beweglichkeit in Analogie zur Löcherdotierung in Halbleitern stattfinden könnte. Mit zunehmendem Magnetfeld steigt m an und für H >= Hf wird mit m=1,00(5) derselbe Wert wie im unbestrahlten Fall gemessen.
Oberhalb T*(H) wird ein algebraischer Zerfall j(t)=jc·(t/t0)-T/Um beobachtet, dem eine Barriere Um(j)=Um·ln(jc/j) zugeordnet werden kann, so daß marginal stabile Supraleitung vorliegt. Um nimmt interessanterweise genau mit dem mittlerem Vortexabstand a0=(f0/H)˝ zu. Diese beiden Phänomene können durch ein neues Modell beschrieben werden, welches von Versetzungen von Vortexsegmenten auf Zwischengitterplätze der Entfernung a0 ausgeht. Die hierdurch entstehenden Schleifen sind deutlich größer als die Half-Loops und die Dynamik wird durch die logarithmische Kopplung zwischen Vortexsegmenten bestimmt. Überraschenderweise wird dieser schon häufiger beobachtete aber bislang unverstandene Zerfall universell an allen Proben in einem weiten Temperaturbereich T*(H)<T<Tg(H), also unterhalb der Vortexglastemperaturen beobachtet.
Bemerkenswerterweise kann der Übergang von stabiler zu marginal stabiler Supraleitung durch einen Crossover m(j*) beschrieben werden. j* hängt für die Filme nur schwach von der Zeit, dem Magnetfeld, der Bestrahlung und dem Pinning ab. Für den Kristall sind die Werte für j* deutlich kleiner und hängen für H || c stark vom Magnetfeld ab. Die Werte von j* und ihr unterschiedliches Verhalten im Magnetfeld können sehr gut mit der Annahme beschrieben werden, daß der Wechsel durch einen Crossover in den Barrieren Uc(j*)=Um(j*) entsteht.
Während die Zerfallsarten j(t) und die Glasexponenten m erstmals sehr genau gemessen und durch das Half-Loop bzw. das VRH-Modell erklärt werden können, sind die Ergebnisse für jc(T,H) und Uc(T,H) nicht endgültig verstanden.
By high resolution SQUID-magnetometry, the decay of the screening currents in thin films and an X-tal in the critical state was determined over a wide range of temperature and magnetic field, and analysed by the logarithmic derivates S(t,T,H)=-dln(M(t,T,H))/dln(t). Below well-defined crossover-temperatures T*(H), which are shifted by increasing pinning and decreasing magnetic field to higher values, a glassy response, j(t)=jc(1+T/Uc ln(t/t0))-1/µ , is measured which is assigned to a barrier, Uc(j)=Uc/µ([jc/j]µ-1), diverging at vanishing current densities and resulting in stable superconductivity. The measured glass exponent m=1,00(5), which is independent of temperature and magnetic field for the pristine films at T<T*(H), can be explained by half-loop excitations for which the theorie predicts m=1. I argue that the vortices are pinned at microtwins or their edges.
At small fields, H ® 0, a lower value m=1/3 is measured for the irradiaded films in good agreement with theoretical predictions for variable range hopping in two dimensions. At these low vortex densities there are a lot of free pins resulting in high vortex mobility in analogy to hole doting in semiconductors. By increasing the field m grows up to higher values and takes the pristine result, m=1,00(5), for H >= Hf.
Above T*(H) an algebraic decay, j(t)=jc·(t/t0)-T/Um , is measured, which is assigned to a barrier Um(j)=Um·ln(jc/j) resulting in marginally stable superconductivity. Interestingly, Um increases with decreasing field like the mean vortex distance a0=(f0/H)˝. Both results are described by a novel model for flux entry to the vortex-glass phase proceeding via dislocation loops of transverse dimension a0. These loops are larger than the half-loops and their dynamic is determined by the interaction of vortex kinks. Surprisingly, the often measured but hithero unexplained marginally stable state is measured universally for all samples in a wide temperature range T*(H)<T<Tg(H) below the vortex glass transition temperature.
Interestingly, the crossover from stable to marginally stable superconductivity is well described by a crossover m(j*). The transition current density j* is nearly independent from time, magnetic field and pinning for all films. The values for j* are very much lower and depend strongly from the magnetic field for the X-tal with the field along the c-axis. The values of j* and their dependence from magnetic field are well described by a crossover in the barriers, Uc(j*)=Um(j*).
While the decay-law j(t) and the glass exponent m are precisely measured and are described by the half-loop and the VRH-model, the results for jc(T,H) and Uc(T,H) can not be explained in detail.