Titelaufnahme

Titel
Critical currents in high-temperature superconducting films and in coated conductors / von Florian Hengstberger
VerfasserHengstberger, Florian
Begutachter / BegutachterinWeber, Harald W. ; Bauer, Ernst
Erschienen2009
UmfangV, 124 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2009
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Critical currents / thin films / coated conductors / YBCO / Transport / Magnetisierung / Hallsonden
Schlagwörter (EN)Kritischer Strom / dünne Filme / Coated Conductors / YBCO / transport / magnetisation / scanning Hall probes
Schlagwörter (GND)Hochtemperatursupraleiter / Dünne Schicht / Kritischer Strom / Magnetisierung
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-25434 Persistent Identifier (URN)
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Critical currents in high-temperature superconducting films and in coated conductors [9.36 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Gegenstand dieser Dissertation ist die Charakterisierung dÜnner Filme des Hochtemperatur-Supraleiters YBCO, die mit verschiedenen großtechnologisch relevanten Verfahren auf ein- und poly-kristallinen Substraten aufwachsen.

Hierzu wird kritische Stromdichte Jc, die maximale Stromdichte, die das Material mit akzeptablen Verlusten tragen kann, mit einander ergänzenden numerischen und experimentellen Methoden untersucht.

Die Homogenität der Proben wird durch eine neue Technik sichergestellt, die mittels Hallsonden das magnetische Feld über der Probe ortsabhängig auflöst.

Berechnungen des lokalen Jc aus Hall Scans des Selbstfeldes (das magnetische Feld, das von den Strömen in der Probe erzeugt wird) erlauben, Jc als Funktion der Position in Probe zu quantifizieren.

Durch diese Methode kann gezeigt werden, dass eine enge Korrelation zwischen Jc und an einem bestimmten Ort besteht, was klar auf eine Feldabhängigkeit Jc(B) auch bei kleinsten Feldern hinweist.

Numerische Berechnungen der Stromdichte- und Magnetfeld-Verteilungen simulieren Transport- und Magnetisierungs-Experimente.

Dabei wird ein Ausdruck abgeleitet und durch die Berechnungen bestätigt, der den Effekt von Jc(B) auf die Dickenabhängigkeit von Jc angibt.

Magnetisierungs- und Transport-Messungen bestimmen das technologisch relevant mittlere Jc eines Film in Abhängigkeit von angelegtem Magnetfeld und der Temperatur.

Es zeigt sich, dass Granularität Jc signifikant reduziert, wenn die Probe auf poly-kristallinen Substraten aufgebracht wird.

Spezielle Bedeutung kommt dem Einfluss von künstlichen Defekten auf die Verankerung im Material zu.

Obwohl nichtsupraleitende Einschlüsse, die während des Wachstums entstehen, Jc in magnetischen Feldern erhöht, vergrößert Neutronenbestrahlung, die als Vergleichstest dient, Jc(B) viel stärker.

Das zeigt, dass noch bessere Ergebnisse in magnetischen Feldern durch eine Optimierung der Defektstruktur erreicht werden können.

Zusammenfassung (Englisch)

The subject of this thesis is the characterisation of high-temperature superconducting thin films of YBCO grown by methods, which are relevant for large-scale production, on single- as well on poly-crystalline substrates.

Complementary experimental and numerical methods are employed to analyse the critical current density Jc, the maximum current density the material conducts with acceptable dissipation, emphasising the magnetic field dependence of the critical current density Jc(B).

The supercurrent in the sample is spatially resolved by a novel scanning Hall probe technique, which assures the homogeneity of the investigated films.

Calculations of the local Jc from Hall scans of the self-field (the magnetic field created by the currents flowing in the sample) allow to quantify Jc as a function of the position in the films.

This method reveals a close correlation between Jc and B at a certain position, which is a clear indication for a field dependence Jc(B) down to the lowest fields and is of fundamental interest.

Numerical calculations of the current density and magnetic field distribution are performed simulating transport and magnetisation experiments on thin films.

An analytic expression is derived and confirmed by the calculations, which quantifies the effect of Jc(B) on the thickness dependence of Jc.

Magnetisation and transport measurements determine the technologically relevant average Jc of the film as a function of the applied magnetic field and temperature.

It is found that granularity significantly reduces Jc, if the sample is grown onto poly-crystalline substrates.

Particular emphasis is laid on the influence of artificial defects on flux pinning in the material.

Although non-superconducting inclusions precipitated during growth improve Jc in magnetic fields, neutron irradiation, which serves as a benchmark experiment, increases Jc(B) in the films much more effectively.

This demonstrates that a higher in-field performance is achievable, if the defect structure of the films is optimised.