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Marcus Kuhn
Magnetooptische Untersuchungen zum Eindringverhalten externer und transportstrominduzierter Magnetfelder in grossflaechige und strukturierte Hochtemperatursupraleiterschichten
Betreuer: Prof. Dr. Bernd Stritzker [Experimentalphysik IV]
Datum der mündlichen Prüfung: 21.07.2000
160 Seiten, deutsch , ISBN 3-89825-149-7
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das magnetooptische Verfahren fuer die Untersuchung grossflaechiger sowie strukturierter HTSL-(YBa2Cu3O7-x)-Filme in externen und transportstrominduzierten Feldern modifiziert und dabei auftretende, grundlegende Unterschiede zum konventionellen magnetooptischen Verfahren an Kleinproben untersucht. Um erstmals auch HTSL-Schichten bis zu einer Groesse von 200 x 200 mm%B2 zu untersuchen, wie sie beispielsweise ihren Einsatz in der Energietechnik als resistive Strombegrenzer finden, wurde eine entsprechende magnetooptische Anlage konzipiert, wobei im Gegensatz zum konventionellen magnetooptischen Verfahren inhomogene Magnetfelder fuer die Charakterisierung im externen Feld eingesetzt werden. Bei der erstmalig systematisch erfolgten magnetooptischen Untersuchung hinsichtlich Proben- und Magnetfeldgeometrie konnten grundlegende Erkenntnisse ueber das Eindringverhalten des magnetischen Flusses in duenne Supraleiterschichten gewonnen werden. Es laesst sich ein deutlicher Unterschied hinsichtlich der Flussdichteverteilung und damit des Stromverlaufs in der Supraleiterschicht beim Uebergang von radial- zu achsialsymmetrischen Magnetfeldern feststellen. Der Verlauf der Diskontinuitaetslinien kann im ersten Fall noch im Rahmen des Bean-Modells verstanden werden und laesst auf einen isotropen Stromverlauf analog dem in homogenen Feldern, schliessen. Die magnetfeldinduzierte Stromdichteverteilung in den supraleitenden Proben, die im Rahmen dieser Arbeit erstmals direkt (Biot-Savart-Inversion) aus den magnetooptisch gemessenen Flussdichteverteilungen in inhomogenen Feldern bestimmt wurde, bestaetigt diesen Stromverlauf. Bei einer achsialsymmetrischen Geometrie kommt es aufgrund der vorliegenden starken Feldanisotropie zu einer deutlichen Abweichung des Flusseindringverhaltens. Die aufgepraegte Stromverteilung im Supraleiter weicht nun deutlich von der in homogenen Feldern ab und kann nicht mehr auf der Basis des Bean-Modells erklaert werden. Eine moegliche Erklaerung fuer diese feldinduzierte jc-Anisotropie kann nur in der Feldabhaengigkeit der kritischen Stromdichte liegen. Darueber hinaus wurde das Verfahren der Magnetooptik eingesetzt, um erstmals auch grossflaechige und strukturierte YBa2Cu3O7-x-Schichten, die zukuenftig als Strombegrenzerelemente ihren Einsatz finden sollen, im externen Feld hinsichtlich der Homogenitaet ihrer kritischen Stromdichte zu ueberpruefen. Dabei konnte eine eindeutige Korrelation zwischen magnetooptisch detektierten Defekten und quenchausloesenden Inhomogenitaeten bei optischen Schaltex-perimenten hergestellt werden. An diesen Supraleiterbauelementen wurde zudem das Eindringverhalten transportstrominduzierter Felder magnetooptisch analysiert. Es konnte eine deutliche Abhaengigkeiten des Flusseindringens von der Transportstromstaerke und der Bahngeometrie gefunden. Der Einfluss von Inhomogenitaeten wurde hier mit dem Verhalten in externen Feldern verglichen, sowie die auftretende Wechselwirkung von benachbarten Leiterbahnen in einem Bahn-Array bis hin zum Quench des Supraleiters untersucht.