Physikalisches Institut

Abrikosov-Flusswirbel: Pinning und Dynamik

Die Bewegung von quantisiertem magnetischem Fluss (sog. Flussfäden oder Vortizes) ist ursächlich verantwortlich für Dissipation in Supraleitern und supraleitenden Bauelementen; sie manifestiert sich u.a. im niederfrequenten 1/f Rauschen. Die Unterbindung der Dissipation durch gezielte Verankerung (Pinning) von Vortizes durch so genannte Pinningzentren und das Verständnis der Verankerungsmechanismen bildet daher eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Optimierung von kryoelektronischen, supraleitenden Bauelementen. Man unterscheidet zwischen natürlichen (z.B. Punktdefekte, Ausscheidungen, etc.) und künstlichen Pinningzentren (z. B. Antidots (Submikrolöcher), magnetische Punktstrukturen, etc.

Kommensurabilitätseffekte:

Fortschritte in der Nanostrukturierung (z. B. Elektronenstrahllithographie) erlauben mittlerweile die Herstellung von künstlichen Pinningzentren auf den charakteristischen Längenskalen von Supraleitern. Die Variation der Größe, Geometrie, Dichte und räumlichen Anordnung von Haftzentren ermöglicht die Kontrolle bzw. Manipulation der statischen und dynamischen Eigenschaften von Vortizes. Das Einbringen eines periodischen Gitters von Pinningzentren führt zu so genannten Kommensurabilitätseffekten zwischen dem Vortex- und dem Pinninggitter. Bei (rationalen) Vielfachen des ersten Matchingfeldes B=B1 (hier gibt es genau so viele Vortices wie Pinningzentren) ist das Vortexgitter besonders stabil gepinnt. Dies äußert sich beispielsweise in einem erhöhten kritischen Strom.

Quasiperiodische Pinninggitter:

Durch Anordnung der Pinningzentren in einem Penrose-Muster lässt sich ein Vortexquasikristall erzeugen. In dieser Anordnung lassen sich Kommensurabilitätseffekte auch bei irrationalen Vielfachen des ersten Matchingfeldes B1 beobachten.

Vergleicht man die quasiperiodische Anordnung mit einer zufälligen oder periodischen Verteilung, so kann man für passende Pinningparameter einen höheren kritischen Strom erzielen.

Vortexabbildung mit TTREM:

Es ist der Gruppe gelungen, Vortices in Hochtemperatursupraleitern mit Hilfe der Tieftemperatur - Rasterelektronenmikroskopie (TTREM) mit einer Ortsauflösung von ca. 1µm abzubilden. Damit ist es möglich, Haftzentren zu lokalisieren und durch detaillierte Untersuchungen dieser Stellen Aufschlüsse über Verankerungsmechanismen von Flussquanten zu erhalten und so sowohl die Eigenschaften von elektronischen Bauelementen aus Supraleitern zu verbessern als auch tieferen Einblick in die dem Pinning zu Grunde liegenden physikalischen Mechanismen zu gewinnen.

Weitere Informationen:

Publikationen der Arbeitsgruppe