Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7207

Magnetostriction and Thermal Expansion of the High-Temperature Superconductor YBa₂Cu₃O₇

P. Popovych

Abstract
In this work the anisotropic magnetostriction and thermal expansion of fully oxy-genated untwinned YBa₂Cu₃O₇ single crystals have been studied for magnetic fields H||c up to 10 T along all three crystallographic directions. Due to the high crystal quality, the measurements are reversible over a large part of the H -T region studied, making a ther-modynamical analysis of the data possible. By carefully measuring the thermal expansion in a restricted temperature interval, it was also possible to obtain a thermodynamic signal in the irreversible low temperature region. The magnetostriction of a classical superconductor is related to the pressure dependencies of T_c, H_cO, and of the Sommerfeld constant, and an analysis of the reversible magnetostriction using a classical model without thermal fluctuations was made in order to obtain these pressure dependencies for YBa₂Cu₃O₇. It was found that this thermodynamical model describes the magnetostriction data very well up to the vortex melting transition, which marks the onset of strong fluctuations, and that the uniaxial normalized pressure dependence of T_c is much larger than the normalized pressure dependencies of H_cO. In conventional superconductors, these values are closely related. By carefully measuring the thermal expansion in a restricted temperature interval, it was also possible to obtain the thermodynamic signal in the irreversible low temperature region. An alternative method to describe the magnetostriction based on 3D XY scaling was also investigated.

Magnetostriktion und thermische Ausdehnung des Hochtemperatur-Supraleiters YBa₂Cu₃O₇

Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Thermodynamik entzwillingter YBa₂Cu₃O₇ -Einkristalle im Magnetfeld (H||c) bis 10 T mittels Messungen der anisotropen Magne-tostriktion und thermischen Ausdehnung entlang allen drei krystallographischen Richtungen untersucht. Die sehr hohe Probenqualität ermöglichte die Bestimmung des reversiblen thermodynamischen Signals über einen weiten Temperatur- und Magnetfeldbereich. Thermodynamische Beziehungen zeigen, dass die Magnetostriktion mittels einer Summe von gewissen Druckabhängigkeiten (der kritischen Temperatur, des kritischen Felds, der Sommerfeld Konstante usw.) beschrieben werden kann. Eine Analyse der reversiblen Magnetostriktion wurde mit Hilfe von einem klassischen Model ohne Fluktuationen gemacht, um diese Druckabhängigkeiten herauszufinden. Die Messungen der thermischen Ausdehnung im magnetischen Feld stellen eine zusätzliche Methode zur Messung der Magnetostriktion dar, die es ermöglicht, das thermodynamische Signal auch im irreversiblen Zustand zu erhalten. Bis zu dem Feld des Vortexschmelzüberganges, der durch starke Fluktuationen gekennzeichnet ist, entsprechen die aus diesem Modell berechneten Kurven unseren Messergebnissen für alle drei Kristallrichtungen in dem gesamten gemessenen Temperaturbereich. Die normierten uniaxialen Druckabhängigkeiten von Tc sind mehrmals größer als die H_cO. Dies ist überraschend, weil bei den klassischen Supraleitern diese Werte stark korreliert sind. Als Alternative zu dem thermodynamischen Modell im Rahmen einer Ginzburg-Landau-Theorie wurde daher auch eine 3D-XY-Skalierung getestet.

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