Kritsche Ströme in Fe Supraleitern

Der Stromtransport in den kürzlich entdeckten Fe basierten Supraleitern soll systematisch unter-sucht werden. Die fundamentalen Eigenschaften der Flussverankerung sollen an Einkristallen und dünnen Filmen bestimmt werden. Während unkorrelierte Defekte in den Einkristallen die Flussverankerung dominieren sollten, erwartet man in dünnen Schichten wachstumsbedingte, korrelierte Defekte als bestimmend. Ein Schwerpunkt soll auf der Anisotropie der Supraströme liegen, die aus den korrelierten Defekten oder aus der Anisotropie der effektiven Masse der Ladungsträger resultiert. Der Einfluss von zusätzlichen (unkorrelierten) Defekten soll mit Hilfe von Neutronenbestrahlungsexperimenten untersucht werden. Diese erlauben eine gezielte Variation der Defektdichte und geben wichtige Hinweise für die Materialoptimierung. Für viele Anwendungen besonders bedeutend sind die Ströme, die zwischen den Körnern verlustfrei fließen können. Diese sollen mit Mikrohallsonden-Rastermessungen an den natürlich gewachsenen Korngrenzen in Sintermaterialien bestimmt werden. Der makroskopische Stromtransport soll mithilfe eines Perkolationsmodells beschrieben werden, um das Anwendungspotential und die Optimierungsmöglichtkeiten für diese neuen Materialen aufzuzeigen.

Ziel dieses Projektes war die Untersuchung der Eignung der 2008 entdeckten, eisenbasierten Hochtemperatursupraleiter für Anwendungen, bei denen hohe Ströme und/oder hohe Magnetfelder benötigt werden. Diese Anwendungen umfassen neben Magneten für Wissenschaft und Forschung (z.B. NMR- oder Beschleunigermagnete) auch Magnetresonanzsysteme in der Medizin oder zukünftige Anwendungen in der Erzeugung (Fusionsmagnete, Generatoren in Windkraftwerken) und Verteilung von elektrischer Energie (Kabel, Strombegrenzer).Die verlustfreien Ströme können in Supraleitern entweder in den Körnern (intragranulare Ströme) oder durch die Korngrenzen (intergranulare Ströme) begrenzt werden. Während für die intragranularen Ströme die Verankerung der Flussschläuche an Kristalldefekten entscheidend ist, können intergranulare Ströme entweder durch Verunreinigungen der Korngrenzen oder intrinsisch begrenzt werden. Letzteres ist in den kupferbasierten Hochtemperatursupraleitern ein zentrales Problem für die Erzeugung kostengünstiger Drähte, da nur eine hochgradige Textur (also die annähernd gleiche kristallographische Ausrichtung aller Körner) des Supraleiters, für Anwendungen brauchbare Ströme gewährleistet.Flussverankerung wurde an Einkristallen und dünnen Schichten untersucht. Durch Neutronenbestrahlung wurden zusätzliche Defekte eingebracht und die resultierenden Änderungen wichtiger supraleitenden Eigenschaften bestimmt. Zwei zentrale Ergebnisse wurden erhalten. 1) In dünnen Schichten wurde eine quasi-eindimensionales Verankerungsverhalten beobachtet: Der Strom wurde in den untersuchten Schichten nur durch die Verankerungskräfte, die parallel zur Filmebene gerichtet sind, begrenzt. Die Komponente normal auf die Filmebene hatte keinen Einfluss. 2) In Einkristallen wurde weltweit erstmalig der Einfluss der Orientierung des Magnetfelds auf die kritischen Ströme quantitativ bestimmt und erfolgreich modelliert.Die intergranularen Ströme wurden in polykristallinen Proben untersucht. Dazu wurde ein Hallsonden-Rastermikroskop entwickelt und erfolgreich in Betrieb genommen. Die intergranularen Ströme limitierten den makroskopischen Strom in allen untersuchten Proben. Ihre Magnetfeldabhängigkeit konnte erfolgreich beschrieben werden, ihre Absolutwerte waren nahe an den Anforderungen für Anwendungen. Eine Reduktion der Korngröße und eine geringe Flussverankerung in den Körnern scheinen vielversprechend für die Leiteroptimierung.