3. Экспериментальная установка.

На рис. 5, а представлена блок-схема установки для измерения критических

Рис. 5

Измерения параметров, в том числе критического тока, сверхпроводящих образцов проводятся четырёхзондовым методом. К сверхпроводящему образцу 1 двумя проводами подаётся ток из генератора тока 3, а другими двумя проводами снимается с него напряжение, которое измеряется цифровым вольтметром 4. Рядом с образцом находится термопара, которая служит показателем температуры, что регистрируется цифровым вольтметром 5. На держателе закреплён образец, термопара и нагревательный элемент 9. Последний питается от источника тока 10. Держатель 11 помещается в латунном (или медном) стакане 11, над которым намотан соленоид 12. Стакан в сборе (держатель, соленоид) помещается в жидкий азот. Соленоид питается от источника постоянного тока 6. Величины токов в сверхпроводящем образце 1 и в соленоиде 12 измеряются цифровыми амперметрами 7 и 8, соответственно. Магнитное поле и транспортный ток в образце всегда направлены взаимно перпендикулярно. На рис. 5,б показаны типичные формы сверхпроводящего образца. Заштрихованные части — серебряные контактные площадки для токовых (наружных) и потенциальных (внутренних) зондов.

4. Проведение эксперимента и обработка результатов.

1. Измеряются геометрические размеры керамического образца ВТСП материала. Ориентировочные размеры: длина — 10 мм (расстояние между потенциальными контактами), ширина - 2 - 4 мм, толщина - 1,5 - 2 мм.

2. Образец закрепляется на держателе с помощью прижимных зондов, которые фиксируются на местах серебряных контактных площадок.

3. Включаются приборы (В7-35, В7-21, В7-46, прибор «MFC»). На держатель надевается стакан, и он медленно опускается в дьюар с жидким азотом или в термос с жидким азотом.

4. Одновременно прослеживается показания вольтметра 5 (прибор В7-21). Напряжение растёт и при показаниях прибора - U_T ~ 10,5 мВ образец охладился до температуры кипения жидкого азота Т ≈ 77,4 К.

5. С помощью генератора тока 3 (прибор «MFC») запускается транспортный ток в сверхпроводящем образце. Для этого следует провести следующие операции:

а) на приборе «MFC» ступенчатый переключатель (на правом нижнем углу) перевести в положение «20» (максимально медленная развёртка тока в образце, около ~ 20 минут).

б) нажать кнопку со знаком «», ток в образце начинает расти, что регистрируется цифровым амперметром 7 (прибор В7-35).

в) показания амперметра 7 и вольтметра 4 (прибор В7-46) записываются в таблицу 2 (для примера приведены условные данные).

г) увеличение тока в образце продолжать до достижения на нём напряжения 2 мВ, после этого нажать кнопку «» и ток медленно начнёт уменьшаться, соответствующие показания приборов В7-35 и В7-46 записать в таблицу 2 (для примера приведены условные значения), в обоих случаях брать показания примерно каждые (1 – 10) мА или не менее 30 точек.

д) измерения заканчиваются автоматически: ток в образце будет уменьшаться до нулевого значения, а прибор «MFC» будет выдавать звуковые сигналы.

6. На образце, возможно, будет присутствовать небольшое напряжение при отсутствии транспортного тока (см. таблицу 2). Оно может иметь различную природу (термоЭДС в ВТСП материалах, контактное напряжение, некомпенсированный «нуль» прибора В7-46 и т. д.), им следует пренебрегать.

7. Измеренные U и J заносятся в компьютер (например, Excel, MathCad) и строятся зависимости U(I), то есть ВАХ. Строятся зависимости наклонов S = dU/dJ от J, то есть S(J). Из этого графика определяется точка с максимальным значением S или точка перегиба и соответствующее значение тока J считается критическим током. С учётом геометрических размеров образца определяется значение плотности критического тока, что записывается в таблицу 3, как j_cf.

8. Из ВАХ определяется значение тока, соответствующее напряжение которого равняется электрическому полю Е₀= 10^-5В/см (Е₀определяется как —U/l, где l — расстояние между потенциальными контактами). Эта величинаJявляется критическим током, определённым из условия опорного электрического поля (Е₀) и записывается в таблицу 3. Соответствующая плотность электрического тока j_cu.

9. ВАХ строятся в координатах lnU и lnJ. В случае линейной зависимости lnU от lnJ определяется коэффициент n = lnU/lnJ. Это позволяет установить поведение ВАХ, — U ~ Jⁿ. Значение n записать в таблицу 3.

10. Все измерения повторить три раза. Определить средние значения n, j_cf, j_cu, их абсолютные и относительные погрешности. Используя данные ξ, λ и формулы (1) -(8), (15) (см. текст раздела 1) сделать оценки плотности критического тока j_sраспаривания Гинзбурга-Ландау. Все данные занести в таблицу 3. Полученные результаты считаются удовлетворительными при значениях относительной погрешности Δj_cf/j_cf, Δj_cu/j_cu, Δn/n ≤ 30 %. Добиться высокой точности определения критического тока, в реальных керамических ВТСП материалах возможно, но довольно сложно, поскольку они захватывают магнитные потоки, созданные как внешними полями, так и магнитными полями транспортного тока. Поэтому величина j_cсильно зависит от предыстории образца, то есть зависит от того, как в нём увеличивается или уменьшается транспортный ток.

11. Измерение напряжения на образце производится цифровым вольтметром В7-46 с точностью ± 0,1 мкВ и относительной погрешностью 10^-2%. Измерение транспортного тока производится цифровым прибором В7-35 с точностью ± 1 мкА и относительной погрешностью 10^-1%. Поэтому погрешности связанные с измерительными приборами можно не учитывать.

Таблица 2.

J, мА «» Прибор В7-35	U, мВ Прибор В7-46	J, мА «» Прибор В7-35	U, мВ Прибор В7-46
0	0,0003	1000	2,0112
1	0,0004
2	0,0003	20	0,0019
		10	0,0011
10	0,0012
20	0,0018	2	0,0004
		1	0,0003
1000	2,0154	0	0,0004

Таблица 3.

№	jcf, А/см2	jcu, А/см2	N
1	405	311	1,7
2	440	360	1,6
3	410	330	1,5