Vortex pinning of splayed columnar defects in Bi2Sr2CaCu2O(y)

Abstract

Columnar defects can pin down the magnetic vortices much more effectively than other kinds of defects such as point defects. The splayed effect in Bi2Sr2CaCu2O(y) (Bi-2212) single crystals has been investigated to evaluate the influence of anisotropy. The Bi-2212 single crystals were irradiated to produce splayed, inclined, and parallel columnar defects with 3.8 GeV (181)Ta(37+) at the Institute of Physical and Chemical Research Ring Cyclotron. It was found that the sprayed effect was not significant in Bi-2212 at low temperatures well below T(sub c). The width of hysteresis loop proportional to the critical current was smaller for splayed configuration than those for parallel and inclined ones. The difference in the critical current originates from the difference in the vortex state among splayed, inclined, and parallel columnar defects. If the potential barrier to vortex-line cutting is large compared to the thermal energy, entangling vortex lines can lead a viscous behavior with much improved transport properties. However, in Bi-2212, the anisotropy is so high that the vortex line cutting barrier is very low. As a result, the splayed effect is not significant. Furthermore, in extremely anisotropic Bi-2212, the unpinned vortices produced by splay at the defect-defect intersections where two defects cross each other are easy to move. On the other hand, at 77.3 K, the splayed defects slightly enhance the width of hysteresis loop, compared with the inclined and parallel columnar defects. This may be due to the enhancement of c-axis coupling of vortices, resulting from the increase of coherence length along the c-axis near the critical temperature, where external field is applied parallel to the c-axis.

柱状欠陥は、点欠陥などの他の種類の欠陥よりもより有効に磁気渦をピン止めすることができる。異方性の影響を評価するために、Bi2Sr2CaCu2O(y)(Bi-2212)の単結晶における斜角効果を調べた。理研リングサイクロトロンで、Bi-2212単結晶に3.8GeVの(181)Ta(37+)を照射し、斜角、傾斜、平行柱状欠陥を作り出した。T(sub c)よりも充分に低い温度において、Bi-2212の斜角効果は顕著でないことが分かった。臨界電流に比例するヒステリシスループの幅は、平行配位や傾斜配位の場合に比べて、斜角配位の場合のほうが小さかった。この臨界電流の差異は、斜角、傾斜、平行柱状欠陥における渦状態の違いに原因がある。渦線切断のポテンシャル障壁が熱エネルギーより高ければ、絡み合った渦線は、はるかに輸送性が良い粘性的振る舞いをする。しかしながら、Bi-2212においては、異方性があまりに大きいために渦線切断障壁は非常に小さい。その結果、斜角効果は大きくない。さらに、極端に異方性のあるBi-2212においては、2つの欠陥が互いに交差する欠陥-欠陥交差における斜角により生じた、ピン止めの外れた渦は容易に移動する。それに対し、77.3Kにおいては、傾斜、平行柱状欠陥に比べて斜角欠陥はヒステリシスループの幅を広げる。これは、臨界温度付近でのc軸に沿ったコヒーレンス長の増大によって、渦のc軸結合が増大することに起因するものであろう。ここで、外場はc軸に平行に掛かっている。