Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics
Department or equivalent
Metals Research Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants
Kriza, György Pallinger, Ágnes Sas, Bernadette Tüttő, István
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
14.410
FTE (full time equivalent)
9.59
state
closed project
Summary in Hungarian
Rugalmas, periodikus hálózatok kölcsönhatása véletlenszerü hibákkal a statisztikus fizika alapvető paradigmája. Hogy megvilágitsuk ennek jelentőségét egy gyakorlati példán, ez a kölcsönhatás például az ami meghatározza, hogy a szupravezetők a valóságban vesztesség nélkül vezetik az elektromos áramot. Ebben az esetben a rugalmas háló az egymással kölcsönható vortex rendszer. A kérdés az, hogy képesek-e a hibák rögziteni ezt a rugalmas hálót, ha egy külső huzó erővel hatunk rá? Ha, nem, akkor milyen mozgás jön létre? Miután az utóbbi időben erős érdeklődés és több új megközelités tárgya a rugalmas rendszerek dinamikája véletlenszerü potenciáltérben, jelen javaslatunk egy alapvetően kisérleti megközelités, egyrészt a kollektiv transzport tulajdonságokra, másrészt a belső kis dinamikus deformációkra adott válaszokat szeretnénk vizsgálni, két dimenziós rugalmas rendszereken rendezetlen potenciáltérben. A választott két rendszer igen különbőző, de lényegileg egyszerü: mágnesesen indukált un. Quantum Wigner- kristály nagy tisztaságú GaAs/GaAlAs félvezetők határfelületén és a kvázi két-dimenziós szilárdfázisú vortexek a magas hőmérsékletü szupravezetőkben. A kisérletek részben nem lineáris transzport mérések impulzus technikával, másrészt véges hullámszámú frekvencia változtatással (közeli tércsatolás) mikrohullámú spektroszkópia. A cél, hogy a globális vezetési tulajdonságok és a kis deformációk okozta gerjesztési spektrumok közti összefüggés segitségével kvantitative meghatározzuk a rugalmassági moduluszt és a kölcsönhatási erőt a hibákkal, ami a probléma kulcskérdése; vortexek esetében, szupravezetőben mozgó vortexre ható alapvető kölcsönhatási erőt.
Summary
A fundamental paradigm of statistical physics is an elastic, periodic network embedded in a medium with random defects. To highlight just one important application, we note that the interaction determines when a superconductor actually conducts without loss: in this case the elastic network is made of interacting current vortices. Are the defects able to “pin” the elastically resilient network if an external driving force is applied? If not, what kind of motion results? In the context of strong recent interest and the appearance of new ideas, this is a proposal for a basically experimental study of collective transport and internal small excursion dynamics of two-dimensional elastic solids embedded in a disorder field for two very different but basically simple types of system: the magnetically induced quantum Wigner solid at GaAs/GaAlAs heterojunctions and the vortex solid in a quasi two dimensional high Tc superconductor. Experiments include pulsed global non linear transport and swept frequency finite wavevector (near field coupled) microwave spectroscopy. They are designed to reveal the configuration of global conduction, to relate its features to the small excursion excitation spectra and to determine quantitatively elastic moduli and interaction strength with the disorder, the key parameters of the problem; in the case of vortices, also the strength of their basic kinetic forces in a superconductor.
Final report
Results in Hungarian
A projekt keretében nagyáramú transzportméréseket végeztünk a magashőmérsékletű szupravezetők prototípusának tekinthető Bi2Sr2CaCu2O8 (BSCCO) egykristályokon. Vizsgálataink a következő új eredményekhez vezettek:
1. Az alacsonyhőmérsékleti vortexüveg fázis egy tartományában megfigyelt metastabil viselkedés megjelenése nem fázisátmenet, hanem egy dinamikus átmenetet, amely során a vortexek termikus relaxációs ideje hosszabbá válik, mint a kísérlet időskálája.
2. A disszipáció a szupravezető és normális állapotot elválasztó front mozgásával fokozatosan terjed a mintában.
3. A szabad vortexmozgás (FFF) disszipatív dinamikája nem írható le a széleskörűen elfogadott Bardeen-Stephen-törvénnyel, amely szerint az ellenállás lineárisan közelít a nem szupravezető értékhez, ha a mágneses tér a felső kritikus mágneses térhez tart, hanem egy 3/4 kitevőjű hatványfüggvénnyel irható le.
4. A szilárd vortex fázisban a mágneses ellenállás telítődik nagy mágneses térnél. A jelenséget a szomszédos szupravezető síkokon a vortexmagok közötti kvázirészecske-vezetőképesség segítségével értelmeztük.
5. Szilárd vortex fázisban nagy áramoknál Hall-feszültség jelenik meg, mely előjelet vált a mágneses tér irányának változtatásakor. A Hall-feszültség megjelenésének küszöbárama két nagyságrenddel nagyobb, mint a longitudinális feszültségé. A jelenséget a vortexek dinamikus rendeződésével értelmeztük.
Results in English
Our programme on high current electrical transport in Bi2Sr2CaCu208 (BSCCO), chosen as the prototypical high Tc cuprate superconductor, has brought new understanding to several aspects:
1.The portion of the low temperature vortex glass phase exhibiting metastability is not a new phase but a dynamic crossover at which thermal relaxation of the vortices into the disorder slows to the time scale of the experiments.
2. Dissipation sets in progressively as a superconducting/normal front moves into the sample.
3.The free flux flow viscous dynamics does not obey the widely accepted Bardeen- Stephen law that the resistivity approach its non-superconducting value linearly with field to the upper critical field, but rather a displays a ¾ power law.
4.The magneto resistance in the vortex solid phase saturates at high field. This is interpreted as arising from extra c-axis conduction along the cores of vortices which have time averaged out the disorder and become aligned from plane to plane to displace as a 3-D Abrikosov like solid.
5.In the vortex solid phase a real Hall potential, one which changes sign on magnetic field reversal, appears only at very high currents, two orders of magnitude beyond the depinning threshold. We ascribe this to motion along a channel from which escape into unguided free flux flow exhibiting a real Hall effect requires a minimum lateral force. The large factor between depinning and dechanneling is attributed to the increased current penetration accompanying vortex alignment.
Á. Pallinger, B. Sas, I. Pethes, K. Vad, F. I. B. Williams, and G. Kriza: Breakdown of the Bardeen-Stephen law for free flux flow in Bi2Sr2CaCu2O8+δ, Phys. Rev. B 78, 104502, 2008
A.Pallinger, B.Sas, G.Kriza, K.Vad, L.Forro, H.Berger, F.Portier, and F.I.B.Williams: Metastability of two dimensional vortex glass in Bi2Sr2CaCu2O8, Phys. Rev. B in course of publication, 2009
G. Kriza, A. Pallinger, B.Sas, I.Pethes, K.Vad, F.I.B.Williams: Bardeen–Stephen flux flow law disobeyed in Bi2Sr2CaCu2O8, Physica B 404, 510, 2009
A.Pallinger: Vortex Line Dynamics in high Tc Superconductors, Eötvös Lorand University, Budapest, 2010
