Authors:	Soroka, Oleksiy K.
Title:	Vortex dynamics in superconductors in the presence of anisotropic pinning
Online publication date:	25-Apr-2005
Year of first publication:	2005
Language:	english
Abstract:	Vortex dynamics in two different classes of superconductors with anisotropic unidirected pinning sites was experimentally investigated by magnetoresistivity measurements: YBCO−films with unidirected twins and Nb-films deposited on faceted $\mathrm Al_2O_3$ substrate surfaces. For the interpretation of the experimental results a theoretical model based on the Fokker-Planck equation was used. It was proved by X-ray measurements that YBCO films prepared on (001) $\mathrm NdGaO_3$ substrates exhibit only one twin orientation in contrast to YBCO films grown on (100) $\mathrm SrTiO_$3 substrates. The magnetoresistivity measurements of the YBCO films with unidirected twin boundaries revealed the existence of two new magnetoresistivity components, which is a characteristic feature of a guided vortex motion: an odd longitudinal component with respect to the magnetic field sign reversal and an even transversal component. However, due to the small coherence length in YBCO and the higher density of point-like defects comparing to high-quality YBCO single crystals, the strength of the isotropic point pinning was comparable with the strength of the pinning produced by twins. This smeared out all effects caused by the pinning anisotropy. The behaviour of the odd longitudinal component was found to be independent of the transport current direction with respect to the twin planes. The magnetoresistivity measurements of faceted Nb films demonstrated the appearance of an odd longitudinal and even transversal component of the magnetoresistivity. The temperature and magnetic field dependences of all relevant magnetoresistivity components were measured. The angles between the average vortex velocity vector and the transport current direction calculated from the experimental data for the different transport current orientations with respect to the facet ridges showed that the vortices moved indeed along the facet ridges. An anomalous Hall effect, i.e. a sign change of the odd transversal magnetoresistivity, has been found in the temperature and magnetic field dependences of the Hall resisitivity of the samples. The theory developed by V.~A.~Shklovskij was used for the explanation of the experimental data. It shows very good agreement with the experiment. The temperature dependence of the even longitudinal magnetoresistivity component of the samples could be very well fitted within the theoretical approach, using for the isotropic and anisotropic pinning potential simple potential with a symmetric triangular potential wells whose depths were estimated from the experimental data. Die Flußliniendynamik wurde in zwei unterschiedlichen Arten von Supraleitern mit anisotropem Pinning auf der Grundlage elektrischer Transportmessungen im magnetischen Feld untersucht: YBCO−Filme mit parallel laufenden Zwillingsgrenzen und Nb-Filme auf facettierten Oberflächen von $\mathrm Al_2O_3$. Die Interpretation der experimentellen Ergebnisse erfolgt in Rahmen eines auf der Fokker-Planck Gleichung basierenden theoretischen Modells. Mit Hilfe von Röntgenmessungen konnte festgestellt werden, dass in YBCO Filmen auf (001) $\mathrm NdGaO_3$ Substrat nur parallel laufende Zwillingsgrenzen vorhanden sind -- im Gegensatz zu auf (110) $\mathrm SrTiO_$3 Substraten aufgedampften Filmen. Die Magnetowiderstandsmessungen an solchen Filmen wiesen die Existenz von zwei neuen Magnetowiderstandskomponenten nach, die ein Merkmal von geführter Vortexbewegung (Guiding) sind. Diese sind mit Bezug zur Umkehrung vom Magnetfeld ungerade longitudinale und gerade transversale Komponenten. Allerdings war die Stärke des isotropen Pinnings vergleichbar mit der Stärke des anisotropen Pinnings, das durch parallel laufende Zwillingsgrenzen erzeugt wurde, denn die Kohärenzlänge in $\mathrm YBCO$ ist klein und die Punktdefektdichte in Filmen ist grösser als in hochqualitativen Einkristallen. Das führte zur Verwischung aller Effekte, die durch die Pinninganisotropie verursacht wurden. Das Verhalten der ungeraden longitudionalen Widerstandskomponente war unabhängig von der Richtung des Transportstroms in Bezug auf die Zwillingsgrenzen. Die Magnetowiderstandmessungen von facettierten Nb-Filmen bewiesen die Existenz von den ungeraden longitudinalen und geraden transversalen Widerstandskomponenten. Die Abhängigkeit von Temperatur und magnetischem Feld wurde für alle Widerstandskomponenten gemessen. Die Winkel zwischen durchschnittlicher Vortexgeschwindigkeit und Transportstromrichtung wurden experimentell ermittelt. Diese Messungen zeigen, dass sich die Vortices tatsächlich parallel zur Facettenrichtung bewegen. Eine Änderung des Vorzeichens des ungeraden transversalen Magnetowiderstands (“anomalous Hall effect”) wurde in Temperatur- und Magnetfeldabhängigkeiten dieser Komponente beobachtet. Für die Interpretation von experimentellen Ergebnissen wurde eine von V. A. Shklovskij entwickelte Theorie benutzt. Sie zeigte eine gute Übereinstimmung mit dem Experiment. Der Verlauf der Temperaturabhängigkeit der geraden longitudinalen Widerstandsomponente konnte im Rahmen dieser Theorie berechnet werden. Die dafür benötigte Tiefen der dreieckigen Potentialmulden für isotropes und anisotropes Pinning wurden experimentell bestimmt.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3790
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-7378
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen