Способ определения критической температуры сверхпроводящего материала пленки Советский патент 1990 года по МПК G01K7/00 

Изобретение касается температурных Измерений я может использоваться для измерения критической температуры тонких пленок сверхпроводников.

Цель изобретения - повышение, точ- иости определения критической температуры и упрощение способа путем уменьшения влияния па результат измерения шумов измерительной алпарату ры и электрических наводок. .

На фиг. t представлена зависимост амплитуды генерируемого пленкой .сиг- нала от тока, пропускаемого через пленку (в относнтелыидх единицах) J на фиг, 2 - зависимость токау при ко тором имеет место генерация электромагнитных колебаний, от температуры для узкой пленки (кривая 1), для пленки промежуточной ширины (кривая. 2) и для широкой пленки (кри- вая 3).

С помощью предлагаемого способа критическую температуру тонких пленок определяют следующим способом.

В области Г1ромежуточнь х температур при опре деленном значение протекающего по пленке постоянного тока IP (назовем его током генерации) на пленке возникают электромагнитные, колебания метрового диапазона длин волн. . .

В результате экспериментального исследования генереции электромагнитных колебаний- сверхпроводящими пленками были получены следующие основные результаты, использование которых приводит к достижению положительного эффекта;. ,

генерация электромагнитных колебаний наступает в промежуточном сОс- тоянии пленки, где ток генераций значителен (порядка миллиампер, см, фиг. 1);

эависиьюсть амплитуда. генерируемого сигнала от тока генерации имеет высокую крутизну, а генерацию происходит в узком токовом диапазоне (см. фиг. 1);

зависимость тока генерации от температуры имеет линейный характер, при этом критическая температура пленки Tg определяется как температура с нулевым значением тока генерации (см. фиг. 2), При этом независимо от параметров пленки Т. определяется как температура, при которой ток генерации .

Определение критической температуры TC пленок предлагаемым Способом рассмотрим на примере эксперименталь ного исследования зависимости тока генерации 1 от температуры Т (см. фиг. 2).

Для определения Т измеряют ток генерации 1 при температуре Т| и ток генерации 1 при температуре Т (см. фиг. 2), Их разность составляет велич 1ну ЛI при разности температур йТ. Так как функция I F(T) имеет.линейный характер, то отношение uI/uT определяет тангенс угла . наклона линии If.F(T) независимо от величины приращения ЛГ ийТ.

Тогда, учитывая, что Т наступает при Г,0 (см. фиг. 2), составляем уравнение:

Д1

йТ

А,

(1)

-

25

где IP - ток генерации на пленке при

температуре Т

в качестве величины 1р можно использовать одно из измерений при определении М, А .

Из формулы (1) находим величину критической температуры пленки 1

+ &Т..

(2)

35

Величину Tj, с помощью такого способа Легко определить графически. Для этого измеряют два значения 1 при температурах Т| и Т и наносят эти точки на координатные оси в моугольной системе координат (см. фиг. 2). После этого соединяют прямой.. Точка пересечения этой прямой с осью координат при является значением Т,

5 Из фиг, 1 и 2 следует, что измерение тока генерации проводят на уровне долей или единиц миллиампер. Такие измерения.не представляют сложности и значительно проще, чем измерения

50 на уровне долей микроампер (по про- тот.ипу), когда измеряемые величины тока соизмеримь с .уровнем наводок или собственных шумов аппаратуры, В связи с тем, что токовая зависимость ам-

55 плитуды генерирующего сигнала весьма крутая (см. фиг. 1), нет необходимости измерять амплитуду сигнала гене- рации. В этом случае достаточно реистрировать факт существования геерации электромагнитных колебаний ленкой.

При реализации предлагаемого способа с помощью каких-либо устройств есьма просто можно осуществить автоатизацию измерения, например, с помощью следящих систем, т.е. систем с обратной связью. При изменении температуры исследуемой пленки такая система будет поддерживать генерацию пленки, следя за током 1р. Значение I Р(Т) можно записать при этом, например, с помощью двухкоординатного регистрирующего прибора.

На фиг. 2 приведены зависимости тока генерации для тонких пленок, выполненных из олова. Зависимости 1 ОТНОСИТСЯ к узкой пленке толщиной 3500 А, длиной 86 мкм и шириной 1 Мкм; зависимость 2 соответствует пленке толщиной 570 Л, длиной 110 мкм и шириной 15 мкм, а зависимость 3 соответствует широкой пле нке толщиной 570 А, длиной А мм и шириной 60 мкм.

Пленки размещали в криостате, выполненном в виде сосуда Дьюара. В качестве источника тока генерации ис- пользовали химические аккумуляторы. Генерируемый пленкой при заданной температуре Т сигнал усиливался широ- kononocHbiM усилителем и после его детектирования записывался на двух- коордицатном регистрирующем приборе в зависимости от тока, пропускаемого

А (отн.ед}

0.5 W .5 ОГ.МА Фиг. 1

через пленку. Из полученной эаяиси- мости определялась величина Т . Затем определяли значения 1 при других температурах и по полученным значе- ниям 1 строили зависимость 1(1).

Формула изобретен ия

Способ определения критической температуры сверхпроводящего материала пленки, заключающийся в пропускании тока через пленку, помещенную в среду с заданной температурой Т, измерении величины тока и изменении температуры среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения критической температуры и упрощения спосоРа, при измерении тока фиксируют его ве- личину If., при которой возникает генерация пленкой электромагнитных колебаний, и приращениг этой величины при изменении температуры среды, а критическую TeMtiepaTypy Т,, материала пленки определяют по формуле

(

ьт

м,

) + т.

- ток, при котором происходит генерация пленкой электромагнитных колебаний при температуре Т;

- изменение тока 1. при изменении температуры среды на величину NT.

1,5 мк А

Фиг. 2

Изобретение относится к темпе-, ратурным измерениям и позволяет, повысить точность определения критической температуры и упростить .способ. Измеряют ток генерации пленкой электромагнитных волн по крайней мере при двух значениях температуры. Критическую температуру материала пленки определяют из определенного выражения. Измерение тока генерации проводят на уровне, несоизмеримом с уровнем наводок или собственных mi MOB аппаратуры. В связи с большой крутизной токо- S вой зависимости амииитуды генерирующего сигнала отпала необходимость из- L// мерять ал«пл1 туду сигнала генерации. 2 ил.