Korngrenzenkontakte aus eisenbasierten Supraleitern

Schmidt, Stefan GND

Eisenbasierte Supraleiter zeigen durch ihre ungewöhnlichen magnetischen und elektronischen Eigenschaften eine Vielzahl neuartiger Effekte. In der vorliegenden Dissertation wurden Korngrenzenkontakte aus vier verschiedenen Materialklassen der Pniktidsupraleiter hergestellt und systematisch untersucht. Um die Anwendungstauglichkeit der unterschiedlichen Materialien zu evaluieren wurden elektrische Messungen bei tiefen Temperaturen unter dem Einfluss äußerer Magnetfelder und Mikrowelleneinstrahlung aufgenommen. Die arsenfreien Schichten aus LaPdxSb2 wurden durch ihre geringen Sprungtemperaturen und Stromdichten in Bezug auf ihre Anwendbarkeit als ungeeignet eingestuft. Cobaltdotiertes BaFe2As2 hingegen zeigte in Abhängigkeit der verwendeten Substrat- und Puffermaterialien sowie des Bikristallwinkels netzwerkartige Josephsonkontakte mit teilweise sehr hohen IcRn-Produkten. Beim Vertreter der oxidischen Pniktidsupraleiter, NdFeAs(O,F), wurde ein flacher, exponentieller Rückgang der kritischen Stromdichte bei steigendem Korngrenzenwinkel beobachtet und modelliert. Bei hohen Winkeln konnten so Stromdichten erreicht werden, die selbst die Werte bekannter Kupratsupraleiter übersteigen. Die beim phosphordotierten BaFe2As2 gemessenen Stromdichten liegen fast eine Größenordnung über den bisherigen Rekordwerten bei eisenbasierten Supraleitern und zeigen darüber hinaus ebenfalls eine geringe Sensitivität gegenüber dem Korngrenzenwinkel. Diese Eigenschaften machen sie zu hervorragenden Kandidaten für praktische Anwendungen.

Iron-based superconductors have a variety of novel properties due to their unusual magnetic and electrical structure. In this dissertation, grain boundary junctions of four different classes of pnictide superconductor materials were systematically prepared and investigated. Electrical measurements at low temperatures were performed under the influence of external magnetic fields and microwave irradiation in order to evaluate the applicability of the different materials. The arsenic-free superconductor LaPdxSb2 has very low critical temperatures and critical current densities, making it unsuitable regarding possible applications. On the other hand, Co-doped BaFe2As2 grain boundaries exhibited network-like Josephson junctions with high IcRn products. This behaviour depends strongly on the substrate material, the buffer materials, and the grain boundary angle. Measurements of the critical current density of NdFeAs(O,F) junctions indicated that its decline is rather shallow when increasing the grain boundary angle. At high angles current densities could be achieved that exceed the values of well-known cuprate superconductors. The critical current densities of P-doped BaFe2As2 are even higher by one order of magnitude compared to the afore-mentioned material with a similarly shallow decline against the grain boundary angle. Hence, this pnictide superconductor is excellently suited for practical application in the future.

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Schmidt, Stefan: Korngrenzenkontakte aus eisenbasierten Supraleitern. Jena 2018.

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