Die Stabilität des stromtragenden Zustands in MgB2 Schichten mit modifizierter Mikrostruktur

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Instabilitõten des stromtragenden Zustands in d³nnen Schichten des metallischen Supraleiters MgB2 untersucht. Es handelt sich dabei um sprunghafte Verõnderungen des magnetischen Flussliniensystems aufgrund õu erer Einfl³sse. _ber die bisher bekannten Rahmenbedingungen f³r Instabilitõten in d³nnen supraleitenden Schichten hinaus wurde der Einfluss der Mikrostruktur der Schichten untersucht. F³r die Prõparation der supraleitenden Schichten wurde ein relativ einfaches Verfahren verwendet, bei dem ein durch Elektronenstrahlverdampfung hergestellter Magnesium/Bor Precursor ex û situ ausgeheizt wurde. Dadurch konnten MgB2 Schichten mit guten supraleitenden Eigenschaften erzeugt werden, die jedoch nicht epitaktisch sind. Durch die Variation des Precursors war es m glich, strukturelle Inhomogenitõten im Mikrometerbereich bereits wõhrend der Herstellung der Proben zu erzeugen. Es wurden Schichten, mit verschiedenen Mikrostrukturen hergestellt: Neben homogenen Schichten wurden inhomogene Schichten hergestellt, die von öKanõlenô mit reduziertem Schichtstrom durchzogen sind. Dar³ber hinaus wurden Schichten hergestellt, die nur in Teilen diese Kanõle aufweisen. Der besondere Vorteil der Kombination aus homogenen und inhomogenen Teilen ist, dass beide Bereiche unter identischen õu eren Bedingungen verglichen werden k nnen. Die Abbildung der rõumlichen Verteilung des magnetischen Flusses in supraleitenden Schichten wurde ³ber ein auf dem Faraday - Effekt basierendes magnetooptisches Verfahren erreicht. Instabilitõten in Form von sogenannten Flusslawinen k nnen damit ortsaufgel st abgebildet und auf Gr e, Anzahl sowie Form untersucht werden. _ber ein numerisches Inversionsverfahren des Gesetzes von Biot und Savart kann die Verteilung der Stromdichte berechnet werden. Zur zusõtzlichen Charakterisierung des supraleitenden Zustands wurde ein hochempfindliches SQUID Magnetometer eingesetzt, mit dessen Hilfe das magnetische Moment bestimmt werden kann. Die Form der Magnetisierungskurven gibt dabei Aufschluss ³ber die supraleitenden Eigenschaften sowie die generelle Stabilitõt des stromtragenden Zustands. Eine rõumliche Aufl sung ist mit diesem Verfahren jedoch nicht m glich. Dar³ber hinaus kann der zeitliche Abklang des magnetischen Moments gemessen werden. Dieser kommt durch thermisch aktivierte Flusslinienbewegung in Richtung des Gleichgewichts zustande. Daraus kann die Strom - Spannungs û Charakteristik in einem gro en Temperatur - und Magnetfeldbereich bestimmt werden. Um die Sprungtemperatur prõzise zu bestimmen, wurden Vier - Punkt û Widerstandsmessungen verwendet. Der Einfluss des õu eren Magnetfeldes auf die Sprungtemperatur kann dadurch mikrostrukturabhõngig gemessen werden. Die daf³r ben tigte Ortsaufl sung ist ³ber eine separate Kontaktierung unterschiedlicher Probenbereiche zugõnglich. Zur strukturellen Charakterisierung der Schichten wurden Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen, die rõumlichen Verteilung des magnetischen Flusses sowie die lokal aufgel ste Temperaturabhõngigkeit der kritischen Stromdichte verwendet. Die Betrachtung inhomogener Probenteile als System aus zwei Schichtstr men wurde dadurch legitimiert. Die Abhõngigkeit der Sprungtemperatur vom externen Magnetfeld wurde mikrostrukturabhõngig bestimmt. Dabei stellte sich heraus, dass homogene und inhomogene Bereiche bei kleinen externen Magnetfeldern dieselbe Sprungtemperatur besitzen. Bei Magnetfeldern oberhalb von einem Tesla zeigte sich jedoch ein unterschiedliches Verhalten der beiden Bereiche. Entgegen den Erwartungen wurde festgestellt, dass das Verschwinden des Widerstands im inhomogenen Bereich bei h heren Temperaturen als im homogenen Bereich eintritt. Der Unterschied kann bei f³nf Tesla bis zu f³nf Kelvin betragen und ist auf die Auffaltungen im inhomogenen Probenteil zur³ckzuf³hren. Mit Hilfe einer daf³r entwickelten prõzisen Steuerung f³r das externe Magnetfeld wurde das Flusseindringen in inhomogenen MgB2