Large artificial ferromagnetic dot arrays for the critical current enhancement in superconducting YBa₂Cu₃O$_{7-\delta}$ thin films

Abstract

In order to enhance and/or control critical current density (J c ) in superconducting YBa 2 Cu 3 O 7−δ (YBCO) thin films, different arrays of 3 µm large ferromagnetic (iron) dots with differing configurations and shapes have been deposited on top of high-quality YBCO thin films post-buffered with a layer of CeO 2 . Some tremendous J c enhancement of up to nearly 100% have been obtained at high temperatures and low fields. However, the J c performance is strongly dependent on the array configurations, shape and amount of ferromagnetic iron involved. We show that it is possible to enhance J c at high or low magnetic field ranges. The results are clearly different to similar non magnetic array structures used to previously manipulate J c in YBCO films, which proves the magnetic origin of the changes in J c we observed. The enhancement is likely due to the flux localization and magnetic pinning effects, rather than magnetic shielding alone, which is effective at relatively low fields only. The results also suggest that the observed J c changes depend on rather minor variations in initial pinning and corresponding J c levels of the films. At the same time a common trend for all of the various investigated magnetic arrays could not be established due to explained factors.

Влияние Массива Субмикронных Магнитных Точек На Намагниченность, Критический Ток И Структуру Вихревых Конфигураций В ВТСП

“…Полученные нами результаты качественно согласуются с экспериментом [4]. В работе [4] критический ток пленки с магнитными точками выше по сравнению с током пленки без точек. При этом с ростом температуры приращение критического тока растет.…”

“…В наших расчетах это можно соотнести с более резким наклоном зависимости j c (H) на рис. 8, b при 50 K. Отметим, что в работе [4] немонотонные зависимости критического тока наблюдаются для образца с гексагональной решеткой магнитных точек, для которой эффекты подстройки вихревой решетки выражены наиболее четко.…”

“…Заметим далее, что в работе [4] размер магнитной точки составляет несколько µm при расстоянии между ними несколько десятков µm. В наших расчетах размер точки несколько десятков nm при расстоянии между ними несколько сотен nm.…”

“…В работе [4] экспериментально исследовалось влияние микронных ферромагнитных точек как центров пиннинга вихрей на критический ток тонкой пленки YBa 2 Cu 3 O 7−x . Размер точек составлял 3 µm, толщина слоя сверхпроводника -250 nm, что находится на пределе современных технологий.…”

Увеличение Критического Тока Сверхпроводящих Композитов При Имплантации Ионов Железа

“…Однако, любой тип облучения создает в сверхпроводящем материале немагнитные дефекты. Вместе с тем, как теоретически, так и экспериментально было показано, что магнитные дефекты могут усиливать пинниинг за счет дополнительного электромагнитного взаимодействия вихрей Абрикосова с магнитным моментом дефекта [52][53][54][55][56][57].…”