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.
