Aplicações da Supercondutividade - O skate voador da Lexus

quarta-feira, 20 de janeiro de 2016

Determinando a temperatura crítica de um supercondutor de alta temperatura (Determining the Superconducting Transition Temperature of High Temperature Superconductor Tape)


Os detalhes de um experimento para medir a temperatura crítica (TC) de supercondutores são fornecidos neste artigo. Para o experimento, o sistema criogênico OptistatDry da Oxford Instruments foi equipado com uma opção de amostra desmontável e integrado com um amplificador de frequência média da Zurique Instruments. O experimento demonstrou que a plataforma criogênica exibe adaptabilidade, controlabilidade e capacidade para resolver pequenos sinais enquanto evita o ruído de fundo.
O arranjo experimental é mostrado na figura 1 a seguir.



Figura 1. Setup do amplificador MFLI e do criostato OptistatDry.


Um suporte de cobre foi usado para montar a fita de 500 milímetros de YBCO (Figura 2).



Figura 2. Bobina de YBCO montada sobre o disco de amostra


Derivações de tensão foram aplicadas sobre a fita. Terminais de alimentação foram adicionados na extremidade da fita para passar a corrente de excitação. Um sensor e um aquecedor foram montados no disco da amostra.
     O controle MercuryiTC do sistema permite varreduras simultâneas do trocador de calor e temperaturas da amostra em taxas específicas que são escolhidas pelo usuário. A varredura da temperatura foi realizada em 0.1, 0.05 e 0.01 K/min sobre a região de transição, a fim de obter a temperatura de transição supercondutora do YBCO. O MFLI desempenhou um papel duplo neste experimento. Foi um gerador de função de baixa distorção e um amplificador que recuperou pequenas respostas demoduladas. O sinal de entrada foi monitorado em tempo real com a ajuda do MFLI.
Embora o sistema OptistatDry seja personalizado para lidar com pequenas amostras, o dispositivo pode ser estendido para trabalhar com amostras maiores. Como a Figura 3 mostra, a transição supercondutora (Tc) ocorre ao longo de um intervalo de temperatura devido ao gradiente de temperatura que existe entre a bobina de YBCO relativamente grande (diâmetro de 40 milímetros). A estrutura granular do YBCO é exposta pelas varreduras rápidas de temperatura. Quando a temperatura de loop do YBCO aumenta, os domínios parecem mudar seu estado em grupos de avalanche.



Figura 3. Propagação do estado supercondutor através do YBCO quando a amostra é aquecida a diferentes taxas de aquecimento. A menor tensão de excitação aplicad foi pela 100 mK/min.


Para obter mais controle e resolução da transição, uma varredura gradual da temperatura é necessária, que pode ser feita com exatidão e precisão pelo controlador MercuryiTC.
     Determinar a Tc de um material usando o método de medição de 4 fios não é ideal, mas o experimento teve como objetivo ilustrar as características de adaptabilidade e de medição do OptistatDry integrado ao sistema MFLI. Uma vez que teria sido um desafio resolver os pequenos sinais com uma técnica resistividade DC, uma técnica CA com um amplificador MFLI foi usada em vez disso. Esta técnica foi capaz de chegar a uma base de ruído de aproximadamente 12μV. Uma frequência de medida ideal de 117 Hz foi escolhida de forma a minimizar componentes harmônicas mais altas e evitar qualquer grande mudança de fase entre os sinais de excitação e de medição. A distorção harmônica e a entrada MFLI pode ser medida simultaneamente usando um multi-demodulador. Este arranjo permitiu o uso do mesmo método de medição para determinar se a corrente de excitação através da amostra de YBCO foi 104  mA a uma temperatura de 91 K. A resistividade estado normal da fita de comprimento foi 3x10-8 Ωm.
     O experimento demonstrou a transição supercondutora do YBCO em diferentes taxas de aquecimento. Medições diferenciais de várias propriedades físicas podem ser realizadas num amplo intervalo de temperaturas e a modulação de condução com base na configuração criogênica e instrumentação. Em adição, multi-desmodulador e informação de fase em frequências harmônicas superiores ou múltiplas pode ser obtida simultaneamente, sem alterar qualquer hardware. Isso permite maior flexibilidade em projetar experimentos de baixa temperatura.





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