Dissertation Reiner Großer

Die elastischen und dissipativen Kräfte in der supraleitenden Levitation werden mit Hilfe vertikaler Oszillationen eines kleinen Magneten (Radius 0,1 mm, Masse 52  tex2html_wrap_inline7 g) untersucht, der zwischen zwei horizontalen Supraleitern schwebt. Das Experiment wurde mit verschiedenen Proben des Hochtemperatursupraleiters tex2html_wrap_inline9 durchgeführt, nämlich mit granularen und schmelztexturierten Volumenproben, sowie mit dünnen epitaktischen Schichten der Dicke 190 und 450 nm. Für die granularen Proben liegen die Resonanzfrequenzen im Bereich von 150 bis 200 Hz, für die schmelztexturierten im Bereich von 400 bis 500 Hz. Bei Verwendung dünner Schichten reichen die Frequenzen von 200 bis 1200 Hz. Sowohl die elastischen Kräfte als auch die Dämpfung der Schwingungen des Magneten sind nichtlinear. Dies äußert sich in einer Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der Schwingungsamplitude und der Existenz höherer Harmonischer bzw. einer nichtlinearen Zunahme der Amplitude des Magneten mit der antreibenden Kraft. Durch Analyse von Frequenzverschiebung und höheren Harmonischen kann eine Abhängigkeit für die elastische Kraft F(x) angegeben werden. Während granulare und schmelztexturierte Proben einerseits bzw. dünne Schichten andererseits qualitativ ähnliche Ergebnisse zeigen, ergeben sich im dissipativen Verhalten große Unterschiede zwischen den Volumen- und Schichtproben. Die Dämpfung in den Schichten ist fast im gesamten Temperaturbereich um Größenordnungen kleiner als in den Volumenproben, wobei bei tiefen Temperaturen Oberflächenwiderstände bis unter tex2html_wrap_inline13 gemessen wurden. Lediglich im Bereich nahe der kritischen Temperatur, wo in den Schichten eine exponentiell anwachsende Dissipation auftritt, übersteigt diese die Dämpfung in den Volumenproben. Bei allen Proben nimmt die Dissipation mit steigender Temperatur zu. Allerdings existiert für granulares und schmelztexturiertes tex2html_wrap_inline9 ein Maximum in der Amplitude des Magneten (bei vorgegebener Amplitude der antreibenden Kraft) knapp unterhalb der kritischen Temperatur, das einem Minimum in der Dämpfung entspricht. Die Dämpfung der Schwingungen des Magneten wird durch Bewegungen der in den Supraleitern eingefrorenen Wirbel verursacht. Sie kann mit Hilfe von Modellen für die Wirbeldynamik quantitativ beschrieben werden. Es zeigt sich, daß bei kleinen Amplituden Oszillationen verankerter Wirbel in ihren Zentren angeregt werden. Mit steigenden Auslenkungen wird die Dissipation durch thermische Sprünge der Wirbel über ihre Barrieren bestimmt. Dabei wird bei allen Proben glasartiges Verhalten oder kollektives Kriechen beobachtet. Bei hohen Temperaturen und Amplituden tritt in den Schichtproben zudem Kim-Anderson-Flußkriechen auf, das in einem exponentiellen Anstieg der Dissipation sichtbar wird. In den Volumenproben setzen bei Annäherung an die kritische Temperatur hysteretische Vorgänge ein, die sich in einer Abhängigkeit der Amplitude des Magneten von der Quadratwurzel der antreibenden Kraft äußern.