Dynamics of Phase Slip Centers and Hot Spots in Superconducting Niobium Strips

Dynamics of Phase Slip Centers and Hot Spots in Superconducting Niobium Strips. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis)
thesis_full.pdf - Accepted Version
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

تعنى هذه الأطروحة بدراسة تدمير خاصية فرط التوصيل في شرائح النيوبيوم الرقيقة عند درجات حرارة مختلفة والناتجة عن تيار كهربائي نبضي. لهذا الغرض، قمنا بتطبيق نبضة كهربائية ذات زمن دوري نانوي ) نانو ثانية( باستخدام مولد للنبضات وتوصيلها الى أغشية النيوبيوم الرقيقة عن طريق أسلاك محورية مقاومتها تساوي ٥٠ أوم. ولإحداث تأخير ما بين النبضة الكهربائية الساقطة على الشرائح الرقيقة والمنعكسة منها تم استخدام اسلاك محورية تقوم بفصل النبضتين بزمن مقداره ٢٥٠ نانو ثانية. تم قياس فرق الجهد الناتج في الشريحة عن طريق جهاز راسم الذبذبات. كما تم وصل نقاط التوصيل التي على الأغشية مع مقاومة مقدارها ١٨٧ أوم على التوالي ومن ثم توصيلها مع جهاز راسم الذبذبات. لقد لوحظ عند درجات الحرارة التي اقل من درجة الحرارة الحرجة والتي تكون عندها الشريحة في حالة فرط التوصيل وعندما تكون شدة التيار اكبر من شدة التيار الحرج تكونت على شريحة النيوبيوم مناطق تبديد للطاقة يمكن تفسيرها على أنها مراكز زلقة أو نقاط ساخنة تبدأ في الظهور بعد زمن تأخير (t_d). ستخدمنا نظرية جينزبرغ-لانداو التي تعتمد على الزمن لموائمة التغير في زمن التأخير مع التيار الحرج للحصول على زمن الاسترخاء (tau_d) والذي بدوره يعطينا زمن افلات الفونونات. وجدنا أن زمن افلات الحرارة لا يعتمد على درج الحرارة وذلك ضمن مدى ديباي الحراري. كما قمنا بتقدير درجة الحرارة داخل هذه المراكز.

English Abstract

This thesis is focused on the study of the destruction of superconductivity caused by an electrical current pulse in niobium superconducting thin film strips at different temperatures. For this purpose, our experimental work consisted in applying nanosecond current pulses from the signal generator to the film strips via a 50 ohm coaxial cable. A 250 ns delay line was used to separate the incident pulse from the reflected one. The voltage response of the film was measured by a fast oscilloscope via lateral probes of the sample with 187 ohm resistance connected in series. Below the critical temperature Tc, applying a current larger than the critical current Ic results in dissipative regions in the sample which can be interpreted either as phase slip centers (PSC) or normal hot spot (HS). Both dissipative modes are found to appear after some delay time, t_d. The time dependent Ginzburg-Landau (TDGL) theory can be used to fit the delay time as a function of the reduced current I/Ic giving the gap relaxation time, tau_d, from which we can deduce the phonon escape time. We found, for niobium films, that the heat escape time is independent of the temperature in the Debye regime. In addition, we have estimated the temperature reached inside the resistive states.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Physics
Department: College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor: Harrabi, Khalil
Committee Members: Bahlouli, Hocine and Ziq, Khalil and Kunwar, Shankar and Haider, Muhammad
Depositing User: FANDI OKTASENDRA (g201202360)
Date Deposited: 07 Jun 2015 11:23
Last Modified: 01 Nov 2019 15:46
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139594