Investigations of the vortex phase diagram and pinning in YBa_2 Cu_3 O_7-δ single crystals

Abstract

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει μαγνητικές μελέτες στα στροβιλώδη κατάσταση υπεραγώγιμων μονοκρυστάλλων YBa_2Cu_3O_7-δ υψηλής καθαρότητας.Τα αποτελέσματα μαγνητικής υστέρησης δειγμάτωνμε δίδυμα επίπεδα αποδεικνύουν ότι, αντίθετα με προηγούμενες αναφορές, τα δίδυμα επίπεδα μπορούν να περιορίσουν το κρίσιμο ρεύμα σε ένα ευρύ φάσμα μαγνητικών πεδίων και θερμοκρασιών, διευκολύνοντας τη διαυλάκωση των μαγνητικών στροβίλων: αποτελούν μονοπάτια, μέσα στα οποία οι μαγνητικοί στρόβιλοι μπορούν να κινηθούν εύκολα, μειώνοντας το ολικό καρφίτσωμα στο δείγμα. Επιδεικνύουμε για πρώτη φορά ότι η γραμμή της μαγνητικής κορυφήςστο διάγραμμα φάσεων του YBa_2CU_3O7-δ παρουσιάζει εντυπωσιακή ομοιότητα με την αν΄τστοιχη γραμμή του Bi_2Sr_2CaCu_2O_8. Απρόσμενα, ο συσχετισμός αυτός διατηρείται με την αύξηση της θερμοκρασίας ή της περιεκτικότητας σε οξυγόνο. Σε υψηλές θερμοκρασίες παρατηρούμε μια διάσπαση τηε μαγνητικής κορυφής που δεν αναφέρεται σε προηγούμενες εργασίες. Τα αποτελέσαματα ενισχύουν την ύπαρξη μιας μεταβολής φάσηςη οποία χωρίζει δυο διαφορετικές περιοχές "στερεού": ένα ψευδό - διατεταγμένο πλέγμα από μία έντονα διαταραγμένη φάση εναγκαλισμένων μαγνητικών στροβίλων. Τέλος χρησιμοποιούμε την παρουσία "εντοπισμένων ταλαντώσεων" στην μαγνητική υστέρηση για παράλληλα μαγνητικά πεδία, για να μελετήσουμε το καρφίτσωμααπο τη στρωματώδη δομή στην ψευδο - διδιάστατη κατάσταση. Παρουσιάζουμε πώς η θερμοκτασία και οι τυχαία κατανεμημένες σημειακές ατέλειεςεπηρεάζουν τις μαγνητικές ταλαντώσεις.

This thesis presents magnetisation studies in the vortex state of high purity YBa_2Cu_3O_7-δ single crystals. Results of twinned and detwinned samples demonstrate that contrary to previous reports, twin planes can limit the critical current in a broad field and temperature region by facilitating vortex channeling. Twin planes provide easy paths, within which vortices can move decreasing the sample's overall pinning. We demonstrate for the first time that the magnetisation peak line in the phase diagram of YBa_2Cu_3O_7-δ exhibits an impressive similarity with the equivalent line for Bi_2Sr_2CaCu_2O_8. We show the existence of a sharp magnetisation peak which correlates to the multicritical point. By increasing temperature or oxygen content the magnetisation peak surprisingly maintains its correlation to the critical point. At high temperatures we observe a previously unreported splitting of the magnetisation peak. Our data support the existence of a field-driven transition which seperates two different solid regimes; aquasi-ordered lattice and a highly disorderes phase of antangled vortices. Finally, we use the presence of lock-in oscillations in the magnetic hysteresis of single crystals for parallel applied magnetic fields, to study pinning by the layered structure in the quasi-2D region. We illustrate how random point disorder can affect the oscillations. A systematic study of the temperature dependence of magnetisation shows that in this configuration the critical current does not decrease monotonically with temperature.