Способ определения проводимости сверхпроводников второго рода в смешанном состоянии

 

1i Ц 7 3I498

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН MR

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сома Сооотских

Социалиотичосхих

Рееиублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.05.78 (21) 2617959/18-25 с присоединением заявки № (51) М. К .

Н OIL 39/06 (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (53) УДК 621.326 (088.8) оо делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

Ю. К. Краснов (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики, .

АН Грузинской ССР (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ

СВЕРХПРОВОДНИКОВ ВТОРОГО РОДА В СМЕШАННОМ

СОСТОЯHИИ

Й улоР то ниык комитет (23) Приоритет

Предлагаемый способ относится к области сверхпроводимости, а точнее к технике измерения электродинамических параметров сверхпроводников второго рода в смешанном состоянии.

В настоящее время для определения проводимости сверхпроводников второго рода в смешанном состоянии используют метод вольтамперных характеристик (ВАХ) (1).

По этому методу, принятому за прототип, через образец из сверхпроводящего материала второго рода пропускают постоянный ток, переводят образец магнитным полем в смешанное состояние и снимают с него падение напряжения. Строят ВАХ и определяют дифференциальный ее наклон для данного значения тока через сверхпроводник.

Известно, что возникновение конечной проводимости у сверхпроводников второго рода в смешанном состоянии связано с движением вихрей Абрикосова под действием протекающего по сверхпроводнику тока.

Поскольку же все реальные сверхпроводники содержат некоторое число макроскопических дефектов кристаллической решетки (дислокации, выпадения другой фазы и т. д.), на которых происходит закрепление вихрей (пиннинг вихрей), то реальные ВАХ сверхпроводников оказываются существенно нелинейными. Особенно это касается сверхпроводнпков, которые используют в качестве токоносителей и у которых специально повышают плотность дефектов струк5 туры для увеличения бездиссипативной токопроводпмостп. Поэтому метод ВАХ дает информацшо о дифференциальной проводимости, но не о проводимости материала, из которого изготовлен исследуемый образец, 1р т. е. не о проводимости без учета пиннинга.

Однако для исследования влияния различных факторов (таких, как температура, облучение, деформация и т. д.) на проводящие свойства сверхпроводников в сме15 шанном состоянии, необходимо и иметь методы контроля величины проводимости исследуемого сверхпроводника.

Целью изобретения является определение проводимости сверхпроводника второго рода в смешанном состоянии без искажения ее величины эффектом пиннинга.

Поставленная цель достигается тем, что на образец нз сверхпроводника второго рода в смешанном состоянии нагружают основной усилитель, а напряжение на образце подают в качестве управляющего сигнала на вход дополнительного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, который связывают положительной обЗр ратной связью с основным усилителем, из731498 меняют параметры усилителей, например увеличивают величину коэффициента обратной связи дополнительного усилителя до момента начала режима самогенерации основного усилителя и измеряют величину коэффициента усиления дополнительного усилителя, произведение которой на крутизну вольтамперной характеристики основного усилителя соответствует значение проводимости образца.

На чертеже изображена блок-схема измерительного устройства.

Это устройство состоит из стандартной аппаратуры и включает в себя основной усилитель 1 с крутизной S А/В (определяют крутизну усилителя как величину, показывающую на сколько ампер изменяется выходной ток усилителя при изменении напряжения на его входе на 1 В), дополнительный усилитель 2 с регулируемым коэффициентом усиления Р, исследуемый сверхпроводник 3, находящийся в смешанном состоянии, индикатор 4 коэффициента обратной связи и детектор 5 выходного тока.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Исследуемый образец служит нагрузкой основного усилителя 1. При достаточно малом коэффициенте обратной связи р, который определяем как произведение в выходной цепи основного усилителя течет постоянный ток I<, величина которого определяется смешением и питанием основного усилителя и выбирается меньше, чем критический ток исследуемого сверхпроводника 3. При этом вихри в сверхпроводнике

3 находятся в положениях равновесия, в которых действующая на них сила Лоренца со стороны протекающего тока I< и сила пиннинга со стороны дефектов структуры сверхпроводника уравновешивают друг друга, т, е. вихри в сверхпроводнике не движутся и падения напряжения на сверхпроводнике нет. В этом свойстве необратимых сверх проводников состоит существенная для всего способа измерения сторона явления пиннинга.

Описанное состояние сверхпроводника обеспечивает устойчивый режим всего измерительного устройства, в том смысле, что любые кратковременные флуктуации анодного тока основного усилителя 1 будут быстро затухать из-за наличия обратной связи по цепи сверхпроводник — дополнительный усилитель. Действительно, пусть в некоторый момент возникла кратковременная флуктуация выходного тока основного усилителя 1. Под действием этой флуктуации вихри в сверхпроводнике 3 начнут перемещаться к новому положению равновесия. В этом положении равновесия вихри вновь остановятся и падение напряжения

Зо

4 на сверхпроводнике исчезнет. Следовательно, ток в выходной цепи основного усилителя 1 после прекращения флуктуации и релаксации вихрей в равновесное положение должен вновь определяться лишь постоянным смещением и питанием основного усилителя, т. е. ток в выходной цепи основного усилителя 1 вновь вернется к своему первоначальному значению Io.

Из общей теории усилителей с положительной обратной связью известно, однако, что такой режим работы усилителя с постоянным отрицательным смещением и положительной обратной связью будет осуществляться лишь до тех пор, пока коэффициент обратной связи р, будет оставаться меньше проводимости о нагрузки, с которой снимается управляющее напряжение положительной обратной связи, т. е. в нашем случае, проводимость исследуемого сверхпроводника 3. Как только коэффициент обратной связи р, станет равным проводимости сверхпроводника о, т. е. при

S ° Р: а все устройство перейдет в неустойчивый режим работы, при котором любая флуктуация выходного тока основного усилителя 1 через цепь обратной связи сверхпроводник — дополнительный усилитель даст начало лавинообразному росту выходного тока основного усилителя 1. Предельная величина выходного тока 1„„, будет определяться нелинейными свойствами использованной аппаратуры и сверхпроводника.

Процедура измерения проводимости исследуемого сверхпроводника 3 должна поэтому состоять в следующем. Постепенно увеличиваем коэффициент обратной связи за счет увеличения крутизны основного усилителя 1 S и (или) за счет увеличения коэффициента усиления дополнительного усилителя 2 р до того значения, при котором показание детектора 5 не изменится скачком со значения Ip до значения 1макс

При этом индикатор 4 коэффициента обратной связи прямо покажет значение проводимости исследуемого сверхпроводника 3.

Были проведены измерения проводимости сплава In — Bi (2,5%), изготовленного в виде прямоугольной пластины размером

15)(1,5 ;0,028 мм, выполненной из поликристаллического холодно деформированного образца. Образец переходит в смещенное состояние в полях от 0 до 350 Гс в зависимости от температуры (фактор размагничивания у данного образца — 0,7) .

Измерение проводимости реализовывалось с использованием в качестве дополнительного усилителя обратной связи стандартного операционного усилителя УТ-401 с коэффициентом усиления Р, изменяющимся плавно от 60 до 2800, что достигалось применением на выходе усилителя согласующего резисторного делителя напряжения.

731498

В качестве основного усилителя использовался однокаскадный усилитель на сопротивлениях, выполненный на базе транзистора КТ-315, крутизна характеристики которого менялась в пределах 0,5 — 70 А/В. Измерения показали, что в указанном варианте реализации способа возможны измерения сопротивления с чувствительностью

3 — 10 — Ом и точностью выше 3 /р.

Условия, в которых возможна реализация 1п способа, весьма широки: для любых необратимых сверхпроводников второго рода (тип сверхпроводника лишь диктует значение магнитных полей, в которых при заданной температуре происходит переход в смещенное состояние) и при любом направлении магнитного поля к току. Наиболее оптимален выбор поперечного направления магнитного поля, так как при этом сила действия тока на вихри максимальна и, следовательно, можно ограничиться дополнительным усилителем с меньшим значением р.

Чем меньше угол между направлением магнитного поля и током, тем при больших значениях Р наступит режим самовозбуждения основного усилителя. Известно, что критический ток в продольном поле гораздо меньше критического тока распаривания, хотя обычно на 1 — 2 порядка превышает критический ток в поперечном магнитном поле. Поэтому, даже при параллельной ориентации магнитного поля и тока ток будет двигать вихри.

Конструктивные особенности образцов не имеют существенного значения, нужно лишь чтобы они были безиндуктивны. Поэтому их лучше всего выполнять в виде пластин, проволок, бифилярных катушек и т. д. Следует заботиться об отсутствии реактивных элементов в используемых уси- 4О лителях — основном и дополнительном,— чтобы не вызвать паразитного эффекта самовозбуждения прибора за счет таких реактивных элементов. Наиболее подходящим с этой точки зрения являются усилители на сопротивлениях.

Предлагаемый способ измерения проводимости сверхпроводников второго рода в смешанном состоянии применим для исследования любых сверхпроводников с углом

Холла меньше 45, легко может быть автоматизирован и стандартизован.

Формула изобретения

Способ определения проводимости сверхпроводников второго рода в смешанном состоянии пропусканием через находящийся в магнитном поле образец электрического тока ниже критического значения с последующим снятием с него напряжения, отличающийся тем, что, с целью определения проводимости без искажения ее величины эффектом пиннинга, нагружают на образец основной усилитель, а напряжение на образце подают в качестве управляющего сигнала на вход дополнительного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, который связывают положительной обратной связью с основным усилителем, измеряют параметры усилителей, увеличивают величину коэффициента обратной связи дополнительного усилителя до момента начала режима самогенерации основного усилителя и измеряют величину коэффициента усиления дополнительного усилителя, произведение которой на крутизну основного усилителя соответствует значению проводимости образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Strnad G., Hempstead С., Кпп Y.,—

«Phys. Rev. Lett.», 13, 794, 1964.