Systematische Untersuchung des Flussliniengitters in einem Supraleiter mittels Rastertunnelmikroskopie

01.01.2012 - 30.06.2015
Forschungsförderungsprojekt
Systematische Untersuchung des Flussliniengitters in einem Supraleiter mittels Rastertunnelmikroskopie Zusammenfassung: In einem Typ-II Supraleiter entstehen durch das Anlegen eines Magnetfeldes Flusslinien. Diese Flusslinien besitzen zylindrische Form parallel zum Feld, und setzen sich aus einem wenige nm breiten normalleitenden Kern und zirkular fließenden Abschirmströmen zusammen. Das Verhalten des Flussliniengitters hängt von der magnetischen Induktion, der Temperatur, den Probendefekten und den supraleitenden Parametern in der Probe ab. Für eine Beschreibung sind die langreichweitige Abstoßung zwischen unterschiedlichen Flusslinien (E_VL), die Verankerungsenergie aufgrund der Wechselwirkung mit Kristalldefekten (E_pin), sowie thermische Fluktuationen (E_Th) zu berücksichtigen. Die unterschiedlichen Abhängigkeiten dieser drei Anteile liefern ein komplexes Phasendiagramm. Man erwartet ein geordnetes hexagonales Gitter wenn das Verhalten hauptsächlich durch E_VL bestimmt wird, ein ungeordnetes Gitter wenn E_pin, und einen flüssigen Zustand wenn E_Th dominiert. Zur direkten Beobachtung des Flussliniengitters bei kleinen Magnetfeldern eignen sich Magnetkraftmikroskopie und ähnliche Methoden, während bei großen Feldern (>100 – 200 mT) nur die Rastertunnelmikroskopie (STM) die benötigte Auflösung liefert. Derzeit existieren nur wenige solcher Untersuchungen, wobei die Anzahl der Flusslinien meist weniger als 100 beträgt, oder nur sehr kleine Teile des Phasendiagramms einbezogen werden. Eine größere systematische Studie ist nicht bekannt, wäre aber sehr wichtig für das Verständnis des Flussliniengitters. Das Ziel dieses Projekts ist die Analyse des Flussliniengitters über einen großen Bereich des Phasendiagramms (Magnetfeld vs. Temperatur). Diese Untersuchungen sollen systematisch für unterschiedliche Defektdichten durchgeführt werden, um dadurch die genaue Beziehung zwischen der mikroskopischen Struktur und den makroskopischen Eigenschaften bestimmen zu können. Dies liefert auch die Möglichkeit einer Verifikation der theoretischen Beschreibung des Flussliniengitters. Die makroskopischen Eigenschaften, wie reversible Parameter für die Theorie, die kritische Stromdichte oder Historie-Effekte werden aus SQUID Messungen gewonnen. Neutronenbestrahlung induziert geeignete Defekte (Verankerungszentren) mit einer genau kontrollierbaren Dichte. Der Hauptteil der Arbeit besteht in der Messung des Flussliniengitters mittels STM (und teilweise MFM) bei den gleichen Feldern und Temperaturen, bei denen die makroskopischen Eigenschaften bestimmt wurden. Um eine hohe statistische Signifikanz zu gewährleisten, wird eine hohe Flusslinienanzahl pro Bild benötigt (1000 oder mehr), was durch einen großen Scanbereich (33 µm x 33 µm) ermöglicht wird. Aus diesen Bildern werden die exakte quantitative Beziehung zwischen den Flusslinien-Versetzungen und der makroskopischen Stromdichte, Phasenübergänge, Ordnungsparameter und deren Korrelationsfunktionen, sowie Historie-Effekte bei Phasenübergängen bestimmt. Schließlich ermöglichen die makroskopischen und mikroskopischen Ergebnisse eine Kontrolle der theoretischen Beschreibung, insbesondere der „kollektiven Verankerungstheorie“. Zum Beispiel können theoretisch vorhergesagte Korrelationsfunktionen direkt mit STM Ergebnissen verglichen werden. Für einen Großteil der Studie soll das Material NbSe_2 verwendet werden, das alle notwendigen Voraussetzungen für die Experimente besitzt. Andere Materialien decken weitere Eigenschaften ab.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Einzelprojekt Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Materials Characterization: 100%

Schlagwörter

DeutschEnglisch
SupraleitungSuperconductivity
FlussliniengitterVortex Matter
RastertunnelmikroskopieScanning Probe Microscopy
PhasenübergängePhase Transitions

Publikationen