Статья
Нестационарные структурные изменения в ВТСП композитах при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов высокой интенсивности
И. В. Мартиросян
Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ», 115409 Москва, Россия
С. В. Покровский
Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ», 115409 Москва, Россия
О. Б. Маврицкий
Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ», 115409 Москва, Россия
А. Н. Егоров
Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ», 115409 Москва, Россия
УДК 538.945
Аннотация
В статье представлены результаты экспериментального изучения и численного анализа процессов формирования дефектов в сверхпроводящих плёнках YBa2Cu3O7-x на подложках из хастеллоя под воздействием ультракороткого лазерного излучения. Целью работы является разработка методики численного анализа и калибровка режимов воздействия фемтосекундных лазерных импульсов высокой интенсивности для создания систем контролируемых дефектов в ВТСП композитах. Рассматривались процессы формирования дефектов при воздействии от 1 (однократный режим) до 20 (многократный режим) лазерных импульсов на одну точку с частотой 10 Гц и длительностью 2 пс. Радиусы фокусировки лазерного пучка составляли 1.5 и 3 мкм. Изучены зависимости диаметра и глубины дефектов от энергии лазерного излучения в широком диапазоне и показаны особенности формирования дефектов в многократном режиме. Демонстрируются физические процессы, происходящие при воздействии лазерного излучения в различных режимах фокусировки. Предложенная методика в перспективе может быть расширена для применения в экспериментах pump-probe спектроскопии, что позволит изучать изменения в состоянии электрон-фононной подсистемы сверхпроводников вплоть до фазовых переходов, связанных с плавлением кристаллической решётки.
Ключевые слова: Высокотемпературные сверхпроводники; REBCO; ультракороткие лазерные импульсы; лазерная абляция.
Литература
[1] J.P.F. Feighan, A. Kursumovic, J.L. MacManus-Driscoll, Superconductor Science and Technology 30, 123001 (2017). DOI: 10.1088/1361-6668/aa90d1
[2] P. Pahlke, M. Sieger, R. Ottolinger, M. Lao, M. Eisterer, A. Meledin, G. Van Tendeloo, J. Hänisch, B. Holzapfel, L. Schultz, K. Nielsch, R. Hühne, Superconductor Science and Technology 31, 044007 (2018). DOI: DOI 10.1088/1361-6668/aaafbe
[3] S.J. Lee, M. Park, I.K. Yu, Y. Won, Y. Kwak, C. Lee, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 28, 1 (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2820721
[4] B.P. Mikhailov, N.F. Tazetdinova, G.M. Leitus, E.A. Tishchenko, P.E. Kazin, V.V. Lennikov, Journal of Low Temperature Physics 105, 1553 (1996). DOI: 10.1007/BF00753921
[5] J. Einfeld, P. Lahl, R. Kutzner, R. Wördenweber, G. Kästner, Physica C: Superconductivity 351, 103 (2001). DOI: 10.1016/S0921-4534(00)01565-3
[6] R. Wördenweber, P. Lahl, J. Einfeld, IEEE Transactions 11, 2812 (2001). DOI: 10.1109/77.919648
[7] A. Palau, V. Rouco, J. González, C. Monton, T. Puig, X. Obradors, R. Córdoba, J. De Teresa, Vortex dynamics in YBCO films with engineered antidots and ferromagnetic Nanostructures // ui.adsabs.harvard.edu, 2013. URL: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2013APS..MARC35008P/abstract
[8] A. Crisan, A. Pross, D. Cole, S. Bending, R. Wördenweber, P. Lahl, E. Brandt, Phys. Rev. B 71, 144504 (2005). DOI: 10.1103/PhysRevB.71.144504
[9] A. Armenio, L. Piperno, T. Petrisor, A. Vannozzi, V. Pinto, F. Rizzo, A. Augieri, A. Mancini, A. Rufoloni, R.B. Mos, L. Ciontea, T. Petrisor, G. Sotgiu, G. Celentano, Superconductor Science and Technology 33, 094003 (2020). DOI: 10.1088/1361-6668/ab9f65
[10] L. Piperno, A. Armenio, A. Vannozzi, V. Pinto, F. Rizzo, V. Galluzzi, A. Augieri, A. Mancini, A. Rufoloni, G. Celentano, R.B. Mos, L. Ciontea, M. Nasui, M. Gabor, T. Petrisor, G. Sotgiu, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 28, 6601405 (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2804092
[11] W. Bian, Y. Chen, X. Yin, X. Tang, Y. Feng, K. Zhang, H. Wu, L. Li, F. Hong, G. Zhao, C. You, Journal of the European Ceramic Society 36, 3417 (2016). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.05.031
[12] D. Gillingham, M. Tselepi, A. Ionescu, S. Steinmuller, H. Beere, D. Ritchie, J. Bland, Physical Review B 76, 214412 (2007). DOI: 10.1103/PhysRevB.76.214412
[13] L. Antonova, T. Demikhov, A. Troitskii, A. Didyk, A. Kobzev, A. Yurasov, S. Samoilenkov, G. Mikhailova, Physica Status solidi (c) 12 (2014).
[14] M. Velter-Stefanescu, A. Totovana, V. Sandu, Microwave Spectroscopy in YBCO Superconductors: Influence of Neutron Irradiation on the 123 Phase, Journal of Superconductivity 11 (1998) 327-330.
[15] N. Hamid, Y. Abdullah, M. Abdullah, AIP Conference Proceedings 1584, 145 (2014). DOI: 10.1063/1.4866121
[16] M. Pannetier-Lecoeur, R. Wijngaarden, I. Fløan, J.H. Rector, R. Griessen, P. Lahl, R. Wördenweber, Physical Review B 67 (2003).
[17] I. Swiecicki, C. Ulysse, T. Wolf, R. Bernard, N. Bergeal, J. Briatico, G. Faini, J. Lesueur, J.E. Villegas, Physical Review B 85, 224502 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevB.85.224502
[18] K. Harada, O. Kamimura, H. Kasai, T. Matsuda, A. Tonomura, V.V. Moshchalkov, Science 274, 1167 (1996). DOI: 10.1126/science.274.5290.1167
[19] S.V. Pokrovskii, O.B. Mavritskii, A.N. Egorov, N.A. Mineev, A.A. Timofeev, I.A. Rudnev, Superconductor Science and Technology 32, 07508 (2019).
[20] N. Harada, H. Yamada, K. Sugai, I. Munechika, M. Tsuda, T. Hamajima, Physica C: Superconductivity 392-396, 1043 (2003). DOI: 10.1016/S0921-4534(03)01181-X
[21] S. Raedts, A. Silhanek, M. Van Bael, R. Jonckheere, V. Moshchalkov, Physica C: Superconductivity 404, 298 (2004). DOI: 10.1016/j.physc.2003.09.095
[22] A.N. Moroz, A.N. Maksimova, V.A. Kashurnikov, I.A. Rudnev, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 28, 1 (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2813372
[23] S. Pokrovskii, O. Mavritskii, A. Egorov, N. Mineev, A. Timofeev, I. Rudnev, Journal of Physics: Conference Series 941, 012078 (2017). DOI 10.1088/1742-6596/941/1/012078
[24] S. Lee, V. Petrykin, A. Molodyk, S.V. Samoilenkov, A.R. Kaul, A. Vavilov, V. Vysotsky, S.S. Fetisov, Superconductor Science and Technology 27, 044022 (2014). DOI 10.1088/0953-2048/27/4/044022
[25] M.A. Gjennestad, Modeling of Heat Transfer in Two-Phase Flow Using the Level-Set Method.: Norvegian Univercity of Science and Technology, 2013.
[26] H. Sánchez-Mora, S. Quezada-García, M.A. Polo-Labarrios, R.I. Cázares-Ramírez, A. TorresAldaco, Case Studies in Thermal Engineering 40, 102594 (2022). DOI: 10.1016/j.csite.2022.102594
[27] K.-H. Leitz, P. Singer, A. Plankensteiner, B. Tabernig, H. Kestler, L. Sigl, Thermo-Fluiddynamical Modelling of Laser Beam-Matter Interaction in Selective Laser Melting, 2016).
[28] M. Noe, N. Hayakawa, L. Martini, A. Polasek, C. Sumereder, Common Characteristics and Emerging Test Techniques for High Temperature Superconducting Power Equipment (2015).
[29] W. Pi, Z. Liu, G. Li, S. Ma, Y. Meng, Q. Shi, J. Dong, Y. Wang, Superconductor Science and Technology 33, 084005 (2020). DOI: 10.1088/1361-6668/ab9aa3
[30] K.W. Lay, G.M. Renlund, Journal of the American Ceramic Society 73, 1208 (1990).
[31] D. Bhattacharya, R.K. Singh, P.H. Holloway, Journal of Applied Physics 70, 5433 (1991). DOI: 10.1063/1.350201
[32] F. Taïr, L. Carreras, J. Camps, J. Farjas, P. Roura, A. Calleja, T. Puig, X. Obradors, Journal of Alloys and Compounds 692, 787 (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.08.072
[33] Super Alloy HASTELLOY(r) C276 (UNS N10276) // www.azom.com, 2012. URL: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=7804