Authors:	Salem, Abouelwafa Abouelmaaref Mohamed
Title:	Präparation, Charakterisierung und elektronische Eigenschaften von dünnen Schichten des Hochtemperatursupraleiters HgReBa 2 Ca n-1 Cu n O y
Online publication date:	30-Jun-2005
Year of first publication:	2005
Language:	english
Abstract:	Ziel dieser Arbeit war die Pr"{a}paration, Charakterisierung und Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von d"{u}nnen Schichten des Hochtemperatursupraleiters HgReBa$_{2}$Ca$_{n-1}$Cu$_{n}$O$_{y}$, die mittels gepulster Laser-Deposition hergestellt wurden. Die HgRe1212-Filme zeigen in der AC-Suszeptibilit"{a}t einen scharfen "{U}bergang in die supraleitende Phase bei 124 K mit einer "{U}bergangsbreite von 2 K. Die resistiven "{U}berg"{a}nge der Proben wurden mit zunehmender St"{a}rke des externen Magnetfeldes breiter. Aus der Steigung der Arrheniusplots konnte die Aktivierungsenergie f"{u}r verschiedene Feldst"{a}rken bestimmt werden. Weiterhin wurde die Winkelabh"{a}ngigkeit des Depinning-Feldes $B_{dp}(\theta)$ der Filme gemessen. Hieraus wurde ein Anisotropiewert von $\gamma$ = 7.7 bei 105 K ermittelt. Dies ist relevant, um den f"{u}r Anwendungen wichtigen Bereich im $T$-$B$-$\theta$-Phasenraum des Materials absch"{a}tzen zu k"{o}nnen. Die kritische Stromdichte $J_{c}$ der d"{u}nnen Filme aus HgRe-1212 wurde mit Hilfe eines SQUID- Magnetometers gemessen. Die entsprechenden $M$-$H$ Kurven bzw. das magnetische Moment dieser Filme wurde f"{u}r einen weiten Temperatur- und Feldbereich mit einem magnetischen Feld senkrecht zum Film aufgenommen. F"{u}r einen HgRe-1212-Film konnte bei 5 K eine kritische Stromdichte von 1.2 x 10$^{7}$ A/cm$^{2}$ und etwa 2 x 10$^{6}$ A/cm$^{2}$ bei 77 K ermittelt werden. Es wurde die Magnetfeld- und die Temperaturabh"{a}ngigkeit des Hall-Effekts im normalleitenden und im Mischzustand in Magnetfeldern senkrecht zur $ab$-Ebene bis zu 12 T gemessen. Oberhalb der kritischen Temperatur $T_{c}$ steigt der longitudinale spezifische Widerstand $\rho_{xx}$ linear mit der Temperatur, w"{a}hrend der spezifische Hall-Widerstand $\rho_{yx}$ sich umgekehrt proportional zur Temperatur "{a}ndert. In der N"{a}he von $T_{c}$ und in Feldern kleiner als 3 T wurde eine doppelte Vorzeichen"{a}nderung des spezifischen Hall-Widerstandes beobachtet. Der Hall- Winkel im Normalzustand, cot $\theta_{H}= \alpha T^{2} + \beta$, folgt einer universellen $\textit{T }^{2}$-Abh"{a}ngigkeit in allen magnetischen Feldern. In der N"{a}he des Nullwiderstand-Zustandes h"{a}ngt der spezifische Hall-Widerstand $\rho_{yx}$ "{u}ber ein Potenzgesetz mit dem longitudinalen Widerstand $\rho_{xx}$ zusammen. Das Skalenverhalten zwischen $\rho_{yx}$ und $\rho_{xx}$ weist eine starke Feld-Abh"{a}ngigkeit auf. Der Skalenexponent $\beta$ in der Gleichung $\rho_{yx}$ =A $\rho_{xx}^{\beta}$ steigt von 1.0 bis 1.7, w"{a}hrend das Feld von 1.0 bis 12 T zunimmt. Mercury superconductors possess excellent superconducting properties, even above 77 K. This work studies the preparation, characterization, and electronic properties of thin films of the high-temperature superconductor HgBa$_{2}$Ca$_{n-1}$Cu$_{n} $O$_{2n+2+\delta}$. The main goal of this thesis was to achieve a reliable technology for reproducible high quality thin film preparation by understanding the film growth mechanism, the phase formation, and the influence of different synthesis routes with cationic substitutions. Fully textured (Hg$_{0.9}$Re$_{0.1}$)Ba$_{2}$CaCu$_{2}$O$_{6+\delta}$ HTSC thin films were successfully prepared by pulsed laser deposition (PLD) of a precursor on (100)-oriented SrTiO$_{3}$ substrates and then followed by annealing in controlled mercury vapor. The films exhibit sharp superconducting transitions at $T_{c}$= 124 K with transition width $\Delta T_{c}$ $\simeq$ 2 K. The resistive transitions and the activation energy of thermally activated flux-motion have been investigated in magnetic fields up to 12 T parallel and perpendicular to the $c$-axis. The irreversibility line for the (Hg$_{0.9}$Re$_{0.1}$)Ba$_{2}$CaCu$_{2}$O$_{6+\delta}$ thin films has been deduced from the electrical resistance measurements and is compared with published data for other high $T_{c}$ cuprates. At different temperatures magnetization loops were measured with a magnetic field applied normal to the film in a SQUID magnetometer and the corresponding critical current densities $\textit{J}_{c}$ were calculated. Under variation of the angle $\theta $ between the field direction and the $c$-axis of the film the anisotropic properties of the vortex state and the depinning field $B_{dp}(\theta)$ have been studied. The films exhibit a rather low critical field anisotropy of 7.7. The angular dependence $B_{dp}(\theta) $ close to $T_c$ resembles the functional form expected for an anisotropic vortex flux liquid, which consists of pancake vortices and in-plane vortex segments. This way of determining the anisotropy yields an effective anisotropy of the material relevant for estimations of the useful range in the $T$-$B$-$\theta$ phase space of the material. The Hall resistivity ($\rho_{xy}$) of thin films has been measured in the ab-plane at up to 12 T. In the mixed state a power-law behavior is observed, where $\rho_{xy}$ scales as a power-law $\rho_{xy} = A \rho^{\beta}_{xx}$, with ${\beta}$ = 1.4 $\pm$0.1. Above 130 K the $\textit{T }^{2}$ dependence of the cotangent of the Hall angle is observed. The total Hall conductivity for these compounds is well described by $\sigma_{yx} (B) = C_{1}/B \;+\;C_{2}B\;+C_{3}$.
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-3821
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-7778
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