Study of the II superconductor properties and new preparation technique

Abstract

Özet İKİNCİ TİP SÜPERRJiTKENİN ÖZELLİKLERİ ÇALIŞMASI VE YENİ HAZIRLAMA TEKNİ?İ MUTLU, İBRAHİM HALİL Ph. D. in P. E., University of Gaziantep Supervisors: Assoc. Prof. Dr. Ekrem YANMAZ Asst. Prof. Dr. Zihni ÖZTÜRK August 1995, 142 Pages Hu çalışmanın amacı ikinci tip süperiletkenlerin yapışım incelemektir. Bunun için önce Alevle-Sertleştinne-Tavlamayla-Büyütme (ASTB) yöntemi ile elde edilen YBa2Cu307_v (YBCO)' nun fiziksel ve mikro yapısı incelenmiştir. ASTB işlemi Normal-Sertleştirme-Tavlamayla-Büyütme (NSTB) tekniğinin geliştirilmiş bir şekli olup bu çalışmada YBCO maddesine uygulanışı açıklanmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermektedir ki ASTB işlemini takiben tavlama yapılması durumunda ASTB tekniği ile yüksek bir Tc değerine sahip YBCO süperiletkenleri elde edilebilir. Yapılan çalışmalar sırasında tavlama sıcaklığı, süre ve oksijenlemenin mikro yapı ve süperiletkenlik özelliği üzerinde önemli etkileri olduğu gözlenmiştir.ASTB işleminde tavlama ile büyütme işlemine tabi tutulan Yl^CujOy.y numuneleri önce bakır tabaka üzerinde soğutulur, sonra ezilerek toz haline getirilir. Bu işlemler sonucunda Y2BaCuC>5 (211) ihtiva eden iri taneli, YBCO yapılı madde elde edilir. (211) ihtivası dağılımı ve hacminin Tavlamayla-Büyütme işleminin maksimum sıcaklığına ve soğutma sıcaklığının hızına bağlı olduğu görülmüştür. Bu çalışmanın ikinci kısmının amacı Hail voltajı ve manyetik iletkenlik ölçümlerini iki boyutlu elektron gazı (2DEG) içinde yaparak ikinci tip süperiletkenlerin akı (flaks) yapışım ve pinning etkisini incelemektir. Kritik sıcaklığın altında ikinci tip süperiletken maddenin yeni bir özelliği keşfedilmiştir. Bu özellik akı yığınının girişine bağlı olarak Hail voltajında meydana gelen ani değişmelerdir. Uygulanan manyetik alanla artığı gözlenen bu yığrnlardaki kuanta sayısının 3 ile 17 arasında olduğu hesaplanmıştır. Girdapların (Vortices) düzeni ve boyutu hakkında bilgiler manyetik iletkenlik ölçümü sayesinde elde edilmiştir. Deneylerde kullanılan numuneler GaAsGaı_xAlxAs çoklu yapısında 2DEG* de hazırlanmış ince filmler veya bulk şeklinde ikinci tip süperiletkenlerdir. 2DEG üstündeki süperiletken veya melal ince filmler ikinci tip süperiletkenlerin akı yapısını incelemede kullanılabilir. İkinci tip süperiletkenler 2DEG' de akı (flaks) yapısından dolayı homojen olmayan bir manyetik alan dağılımı sağlarlar. 2DEG' deki manyetik iletkenlik bu homojen olmayan dağılıma karşı oldukça hassastır. Bu yeni teknik ikinci tip süperiletkenlerin girdap (vortex) yapışım ve pinning etkisini araştırmada çok güçlü bir araçtır. Numune boyutunun küçültülmesi, mikroskobik seviyede akı yapısını ve dinamiğim daha iyi anlamamızı sağlayacaktır. Anahtar kelimeler : İkinci tip süperiletken özellikleri ve Alevle-Sertleştirme- Tavlamayla-Büyütme (ASTB) yöntemi. VI

Abstract STUDY OF TYPE II SUPERCONDUCTOR PROPERTIES AND NEW PREPARATION TECHNIQUE MUTLU, İBRAHİM HALİL Ph. D. in P. E., University of Gaziantep Supervisors: Assoc. Prof. Dr. Ekrem YANMAZ Asst. Prof. Dr. Zihni ÖZTÜRK August 1995, 142 Pages The aim of this work is to investigate type II superconductor structure. For this reason in the first part of this work, the microstructure and physical properties of YBa2Cu307_y (YBCO) processed by Flame-Quench-Melt-Growth (FQMG) have been investigated. The FQMG process as a modification of Quench-Melt-Growth (QMG) technique for the YBCO material is described. The results show that superconducting YBCO with a high Tc can be produced by FQMG process, providing that it is followed by an oxygen anneal. It was found that the annealing temperature, time and oxygenation are very important factors on microstructure and superconducting performance. In the case of the FQMG process, pellets of YB^C^Oj.y were quenched onto a copper plate and then crushed to give powder which was compacted and msubjected to a melt growth process. As a result of this processing, large grained, textured YBCO material containing the Y2BaCuC>5 (211) inclusions was produced. It was found that volume fraction and size distribution of the 211 inclusions were dependent upon the maximum temperature and cooling temperature rate during the melt growth process. The aim of the second part is to investigate type II superconductor flux structures and pinning effects, using measurement of the Hall voltage, and magnetoconductance in a two dimensional electron gas (2DEG). A new effect below the critical temperature of the type II superconducting material was observed, i.e., abrupt changes in the Hall voltage, corresponding to the entry of bundles of flux. The numbers of quanta in these bundles were calculated to be from 3 to 17, increasing with applied magnetic field. The magnetoconductance measurement gives a clue to the size and arrangement of the vortices. The samples used in the experiment consist of thin type II superconducting or metal films, prepared on to the (2DEG) in a GaAs-Gai_xAlxAs heterostructure. The 2DEG and nearby gate form a hybrid structure which can be used for examining the flux structure of a type II superconducting gate. The type II superconducting gate provides an inhomogeneous magnetic field distribution at the 2DEG as a consequence of flux quantization. The magnetoresistance at the 2DEG is sensitive to this inhomogeneous distribution. This new technique is a powerful tool for investigating vortex structures and pinning effects in type II superconductors. The reduction of sample size will enable a comprehensive understanding of flux structures and dynamics at a microscopic level. Keywords : Properties of type II superconductor, and Flame-Quench-Melt-Growth (FQMG) method, IV