[논문 리뷰] Transport critical current, anisotropy, irreversibility fields and exponential n factors in Fe sheathed MgB2 tapes

C. Beneduce, Hong Li Suo외 3명|arXiv (Cornell University)|2002. 03. 27.

Superconductivity in MgB2 and Alloys참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 풍선-튜브 공정을 통해 제작된 철피복 MgB2 테이프에서 운반 임계 전류 밀도, 이방성, 역행성 필드 및 지수형 n 요소를 조사한다. 구리 공극을 통해 MgB2 결정립 크기를 감소시킴으로써 임계 전류 밀도(jc)와 역행성 필드가 크게 향상되며, 25 K 및 1 T에서 jc는 약 10⁵ A/cm²에 도달한다. 상한 임계 필드는 변화하지 않는다. 상한 임계 필드의 이방성 비율은 1.3이며, 이는 가공 중 변형으로 인한 텍스처 유도 이방성임을 나타내며, n 요소는 4 T에서 60에서 8.5 T에서 10으로 선형 감소한다.

ABSTRACT

The influence of the initial MgB2 grain size on critical current density, upper critical fields and irreversibility has been studied on Fe sheathed monofilamentary MgB2 tapes prepared by the Powder-In-Tube technique. The effect of the reduction of MgB2 grain size by ball milling was mainly to enhance both the critical current density, jc, and the irreversibility field, while the upper critical field remained unchanged. The anisotropy ratio of the upper critical field between magnetic fields parallel and perpendicular the tape surface was determined to 1.3, reflecting a deformation induced texture. A good agreement has been found between resistive and inductive jc values, measured at various temperatures. At 25K and 1 T, jc values close to 105 A/cm2 were measured. The exponential n factor of the resistive transition was found to be quite high at low fields, and decrease linearly from 60 at 4T to 10 at 8.5T.

연구 동기 및 목표

• 철피복 MgB2 테이프에서 초기 MgB2 결정립 크기의 영향을 임계 전류 밀도, 상한 임계 필드 및 역행성 거동에 대해 조사한다.
• 텍스처가 있는 MgB2 테이프에서 상한 임계 필드의 이방성 비율과 그 기원을 규명한다.
• 다양한 온도와 필드에서 전기적 및 유도 측정 방식을 통한 jc 측정 간 일관성을 평가한다.
• 전기적 전이에서의 지수형 n 요소의 필드 의존성과 그 바깥의 비틀림 동역학에 대한 함의를 분석한다.

제안 방법

• 철피복 단일섬유 MgB2 테이프는 풍선-튜브(PIT) 공정을 통해 제작되었다.
• 테이프 제작 이전에 MgB2 분말을 구리 공극 처리하여 결정립 크기를 감소시켰다.
• 다양한 온도와 자기장에서 전기적 및 유도 측정 기법을 사용하여 운반 임계 전류 밀도(jc)를 측정하였다.
• 테이프 표면에 평행하고 수직인 자기장이 작용할 경우의 전기적 전이 데이터에서 상한 임계 필드(Hc2)와 역행성 필드(H*irr)를 추출하였다.
• 장의존성 Hc2 값에서 유도된 Hc2∥ / Hc2⊥ 비율을 이방성 비율 γ로 계산하였다.
• 전기적 전이의 거듭제곱 법칙 피팅에서 유도된 지수형 n 요소는 R(T) ∝ (1 - T/Tc)^n 식으로 기술된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 구리 공극 처리로 인한 MgB2 결정립 크기 감소가 철피복 MgB2 테이프의 임계 전류 밀도(jc)와 역행성 필드(H*irr)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 텍스처가 있는 철피복 MgB2 테이프에서 상한 임계 필드의 이방성 비율은 얼마이며, 그 원인은 무엇인가?
• RQ3 이 테이프에서 다양한 온도와 자기장에서 전기적 측정과 유도 측정 간 jc 측정 결과가 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 전기적 전이의 지수형 n 요소는 자기장에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 비틀림 포획 및 해제 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• MgB2 결정립 크기를 감소시키기 위한 구리 공극 처리로 인해 임계 전류 밀도(jc)가 크게 향상되며, 25 K 및 1 T에서 약 10⁵ A/cm²에 도달한다.
• 결정립 크기 감소에 따라 역행성 필드(H*irr)는 증가하지만, 상한 임계 필드(Hc2)는 거의 변화하지 않는다.
• 상한 임계 필드의 이방성 비율(Hc2∥ / Hc2⊥)은 1.3로 측정되었으며, 이는 가공 중 변형으로 인한 텍스처 유도 이방성임을 나타낸다.
• 전기적 및 유도 측정 방식을 통한 jc 측정 결과는 모든 측정된 온도와 자기장 범위에서 양호한 일치를 보였으며, 임계 전류 측정의 일관성을 검증하였다.
• 지수형 n 요소는 4 T에서 60에서 8.5 T에서 10으로 선형 감소하며, 이는 비틀림 포착 및 해제 거동의 필드 의존성 변화를 나타낸다.
• n의 관측된 필드 의존성은 약한 포착에서 강한 포착 영역으로의 전이를 시사하며, 저자기장 영역에서 더 강한 필드 의존성이 관찰된다.