Определение Тс индукционным методом

Индукционный метод определения Т_с основан на фундаментальном свойстве сверхпроводимости - выталкивании магнитного поля из объема сверхпроводника приТ < Т_с.

Рассмотрим две одинаковые катушки, намотанные друг на друга на измерительной кювете (см. рис. 25а). Взаимоиндукция такой системыдо сверхпроводящего перехода, когда магнитное поле проникает в образец, равна

= kN1N2S/l, (2)

где S — площадь одного витка,l— длина катушек,N₁, N₂ — число витков в катушках,k~1 - коэффициент связи, показывающий,

Рис. 25. Измерительная кювета (а) и схема компенсационного измерения(б)

какая доля магнитного потока одной катушки пронизывает другую. Считая, что площадь образца равна S_оби после перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле не проникает в образец, получаем

=(1-S_о/_/S) (3)

Пропуская через одну из катушек переменный ток I = I₀sin(t), мы можем зарегистрировать ЭДС, наводимую в другой катушке, -U₀ =U₀cos(t), где

U₀=I₀R=₀I₀ (4)

Часто по разным причинам оказывается, что S_o6 < S (небольшой образец, небольшая доля сверхпроводящей фазы в неоднородном керамическом образце и т. д.). В этих случаях легче зарегистрировать эффект измененияL₁₂по компенсационной схеме, как это показано на рис. 25 б. Принцип компенсации ясен из рисунка. Величина тока в катушках1 и3 подбирается такой, чтобы в приемной катушке2 отсутствовал индуцированный сигнал (поля от катушек1 и3 противоположны по направлению в месте расположения катушки 2). Как только магнитные свойства образца, расположенного в катушке3, изменяются, нарушается баланс полей, и в катушке2 появляется ЭДС. Измеряемые величины бывают зачастую малы, и поэтому в данной работе для регистрации сигнала используется синхронный детектор.

Зная все геометрические размеры образца и кюветы, можно из измерений оценить удельный объем сверхпроводящей фазы образца.

Порядок выполнения лабораторной работы

Состав оборудования: низкотемпературная вставка, образец ВТСП - Yba₂Cu₃O_7-x, мост переменного тока Wayner Kerr, цифровой вольтметр Datron.

Конструкция низкотемпературной вставки

1. Ознакомиться с низкотемпературной вставкой и измерительной установкой.

2. Нарисовать блок схему измерительной установки.

3. Монтаж ВТСП образца (Yba₂Cu₃O_7-x) в низкотемпературной вставке.

4. Подсоединить кабель к измерительной установке, включить измерительные приборы, установить ток через НТ термометр – 90 мка.

5. При Т_комн начать автоматические измерения индуктивности катушки.

6. Начать плавное погружение измерительной вставки в азотный дюар, следя за скоростью охлаждения, которая не должна превышать 0.5 К/c.

7. При понижении температуры произвести регистрацию зависимости U_L(t) в области Тс. Повторить регистрацию U_L(t) в области Тс при повышении температуры, стараясь минимизировать температурный гистерезис. С этой целью необходимо обеспечить минимальную скорость нагрева исследуемого образца.

8. Сохранить экспериментальные данные на HD для их дальнейшей обработки.

9. Обработка экспериментальных данных:

• определить величину Тс по середине сверхпроводящего перехода;

• определить ширину сверхпроводящего перехода на уровнях 10% и 90% сверхпроводящего скачка;

• описать аналитически функцию U_L(t) степенным полиномом и по максимуму производной определить величину Тс.