Колебания изолированного вихря Абрикосова в жестких сверхпроводниках II рода

В последнее десятилетие с помощью экспериментальной техники в объемных сверхпроводниках проведена регистрация и манипулирование отдельными вихревыми линиями. Электродинамический отклик запиннингованных вихрей в высокочастотном диапазоне позволил изучать особенности их поведения. Проведен анализ современного состояния проблемы колебаний изолированных вихрей Абрикосова в сверхпроводниках II рода. Проанализированы решения уравнений, описывающих собственные и вынужденные колебания изолированной упругой вихревой нити при учете различных сил, влияющих на ее движение: Лоренца, пиннинга, упругости и вязкости. В уравнениях учтены инерционные свойства вихря, обусловленные различными механизмами массивности. Обсуждается природа и величина эффективной массы вихря, обусловленная некоторыми из них. В спектре собственных колебаний роль каждой силы и инерционности вихревой нити детально проанализированы. В моде De Gennes–Matricon (порядка мегагерца) с параболическим законом дисперсии при учете силы пиннинга возникает активационный порог. Учет в уравнении движения эффективной массы вихря приводит к возникновению в спектре колебаний высокочастотной моды (порядка терагерца), которая также имеет активационный характер. Для двух распространенных сверхпроводников (NbTi и анизотропного YBaCuO материала) приведены оценки характерных частот для этих мод. Представлены особенности резонансного поведения упругой массивной вихревой линии, возникающие под действием внешней вынуждающей однородной и затухающей вглубь образца гармонической силы, с учетом всех перечисленных выше сил. Проанализированы частотная и температурная зависимости поглощения энергии вихревой нитью. Максимум поглощения в низкочастотной ветви соответствует пороговой частоте, а в высокочастотной — циклотронной частоте вихря. Рассмотрены эксперименты по манипуляции одиночными вихрями и результаты моделирования динамики вихря.В останнє десятиріччя за допомогою експериментальної техніки в об'ємних надпровідниках проведено реєстрацію та маніпулювання окремими вихоровими лініями. Електродинамічний відгук запінінгованих вихорів у високочастотному діапазоні дозволив вивчати особливості їхньої поведінки. Проведено аналіз сучасного стану проблеми коливань ізольованого вихору Абрикосова в надпровідниках II роду. Проаналізовано розв’язки рівнянь, що описують власні та вимушені коливання ізольованої пружної вихорової нитки при врахуванні різних сил, що впливають на її рух: Лоренца, пінінгу, пружності та в'язкості. У рівняннях враховано інерційні властивості вихору, які зумовлені різними механізмами масивності. Обговорюється природа та величина ефективної маси вихору, яка обумовлена деякими з них. В спектрі власних коливань роль кожної сили та інерційності вихорової нитки детально проаналізовано. У моді De Gennes–Matricon (близько мегагерця) з параболічним законом дисперсії при врахуванні сили пінінгу виникає активаційний поріг. Урахування в рівнянні руху ефективної маси вихору призводить до виникнення в спектрі коливань високочастотної моди (близько терагерця), яка також має активаційний характер. Для двох поширених надпровідників (NbTi та анізотропного YBaCuO матеріалу) наведено оцінки характерних частот для цих мод. Представлено особливості резонансної поведінки пружної масивної вихорової лінії, що виникають під дією зовнішньої змушуючої однорідної та затухаючої вглиб зразка гармонійної сили з урахуванням усіх перерахованих вище сил. Проаналізовано частотну і температурну залежності поглинання енергії вихоровою ниткою. Максимум поглинання у низькочастотній гілці відповідає пороговій частоті, а в високочастотній — циклотронній частоті вихору. Розглянуто експерименти по маніпуляції одиночними вихорами та результати моделювання динаміки вихору.During the last decade, detection and manipulation of single vortex lines in bulk superconductors have been achieved experimentally. Electrodynamic response of pinned vortices in the high-frequency range is instrumental in studying specific aspects of their behavior. The present paper reviews the state of the art in studies of the oscillations of a single Abrikosov vortex in type II superconductors. The equations for free and forced oscillations of a single elastic vortex line are analyzed taking into account different forces affecting its motion: pinning, elasticity, viscosity and the Lorenz force. The equations also account for the inertial properties of a vortex due to various mechanisms of massiveness. The nature and magnitude of the vortex effective mass caused by some of the mechanisms are discussed in the paper. The roles of each force and inertia in the free oscillation spectrum are thoroughly analyzed. For the De Gennes and Matricon mode (at about a megahertz) with parabolic dispersion and the pinning force taken into account, there is an activation threshold. Taking into account the effective vortex mass in the equation of motion leads to the occurrence of a high-frequency mode (at about a terahertz) in the oscillation spectrum which is also of the activation nature. Estimations of the characteristic frequencies for these modes are given for two common superconductors, NbTi and anisotropic YBaCuO. The paper also presents the features of the resonant behavior of an elastic massive vortex line arising under an external uniform harmonic driving force that decays into the bulk of the sample, taking into account all the above forces. The frequency and temperature dependences of the energy absorption by a vortex line are analyzed. Maximum absorption in the low-frequency mode corresponds to the threshold frequency, while that in the high-frequency mode corresponds to the vortex cyclotron frequency. Vortex manipulation experiments and vortex dynamics simulation are discussed

Преобразование критического состояния жестких сверхпроводников при прохождении термомагнитных лавин

Представлен обзор новых результатов экспериментальных исследований динамики магнитного потока при термомагнитных лавинах в ограниченных сверхпроводниках, полученных с применением интегральных и локальных методов измерений. Локальные методы были нацелены на выявление роли размагничивающего фактора в динамическом формировании сложной магнитной структуры критического состояния жестких сверхпроводников. Для понимания причин кардинальной перестройки структуры индукции дополнительно проанализированы литературные данные визуализации динамики потока при лавинах, полученные магнитооптическим методом. Установлены и охарактеризованы новые особенности в поведении магнитного потока во время и после лавины: два этапа в формировании структуры индукции в лавинном пятне, однородное и неоднородное его заполнение потоком, рассмотрен механизм инверсии профиля индукции, выявлены колебания скорости фронта магнитного потока, рассмотрено преобразование пояска критического состояния вблизи края образца, показана роль тепловых эффектов при диссипативной динамике потока и размагничивающего фактора в этих преобразованиях. Обобщенная информация позволила в рамках концепции Бина представить модель преобразования картины индукции критического состояния и сверхпроводящих токов ограниченного сверхпроводника в результате лавин потока для режимов экранирования и захвата потока.Представлено огляд нових результатів експериментальних досліджень динаміки магнітного потоку при термомагнітних лавинах в обмежених надпровідниках, отриманих за допомогою застосування інтегральних та локальних методів вимірювань. Локальні методи були націлені на виявлення ролі розмагнічуючого фактора в динамічному формуванні складної магнітної структури критичного стану жорстких надпровідників. Для розуміння причин кардинальної перебудови структури індукції додатково проаналізовано літературні дані візуалізації динаміки потоку при лавинах, отримані магнітооптичним методом. Встановлено та охарактеризовано нові особливості в поведінці магнітного потоку під час і після лавини: два етапи у формуванні структури індукції в лавинній плямі, однорідне і неоднорідне її заповнення потоком, розглянуто механізм інверсії профілю індукції, виявлені коливання швидкості фронту магнітного потоку, розглянуто перетворення області критичного стану поблизу краю зразка, показано роль теплових ефектів при дисипативній динаміці потоку і розмагнічуючого фактора в цих перетвореннях. Узагальнена інформація дозволила в рамках концепції Біна представити модель перетворення картини індукції критичного стану і надпровідних струмів обмеженого надпровідника в результаті лавин потоку для режимів екранування і захоплення потоку.The results of experimental investigations of magnetic flux dynamics in finite superconductors, obtained using integral and local measurements methods, are presented. Local methods were aimed at clarifying the role of demagnetizing factor in dynamic formation of a complex magnetic structure of the critical state of hard superconductors. To understand the reasons for cardinal restructuring of the induction, we further analyzed the literature data of flux dynamics visualization during avalanches, obtained by magneto-optical methods. New features in the behavior of the magnetic flux during and after the avalanche were discovered. Two stages of the formation of the induction structures in the avalanche area were established, i.e. of homogeneous and heterogeneous filling with the magnetic flux. The mechanism of the inversion of the induction profile was considered. Oscillations in the speed of the front of the magnetic flux were revealed. Transformation of the critical state near the edge of the sample was analyzed. The role of thermal effects and of demagnetizing factor in the dissipative flux dynamics was shown. Generalized information allowed, in the framework of the Bean concept, to present a model the transformation of the picture of the induction of the critical state and of the superconducting currents of a finite superconductor as a result of flux avalanches for two regimes – of screening and trapping of the magnetic flux

Magnetic flux jumps in textured Bi2Sr2CaCu2O(8+d)

Magnetic flux jumps in textured Bi2Sr2CaCu2O(8+d) have been studied by means of magnetization measurements in the temperature range between 1.95 K and Tc, in an external magnetic field up to 9 T. Flux jumps were found in the temperature range 1.95 K - 6 K, with the external magnetic field parallel to the c axis of the investigated sample. The effect of sample history on magnetic flux jumping was studied and it was found to be well accounted for by the available theoretical models. The magnetic field sweep rate strongly influences the flux jumping and this effect was interpreted in terms of the influence of both flux creep and the thermal environment of the sample. Strong flux creep was found in the temperature and magnetic field range where flux jumps occur suggesting a relationship between the two. The heat exchange conditions between the sample and the experimental environment also influence the flux jumping behavior. Both these effects stabilize the sample against flux instabilities, and this stabilizing effect increases with decreasing magnetic field sweep rate. Demagnetizing effects are also shown to have a significant influence on flux jumping.Comment: 10 pages, 6 figures, RevTeX4, submitted to Phys. Rev.

Магнитные свойства металлоуглеродных комплексов C–Ni

Новый метод металлизации графита кластерами металлических атомов применен для получения металлоуглеродных нанокомплексов С–Ni. Измерения магнитных свойств образцов обнаруживают сильно неравновесное поведение намагниченности в случаях охлаждения в магнитном поле и без него. Для объяснения поведения магнитных свойств нанокомплексов использована модель суперпарамагнитных частиц. В рамках этой модели определена величина анизотропии и оценен характерный размер наночастиц.Новий метод металізації графіту кластерами металевих атомів застосовано для отримання металовуглецевих нанокомплексів C–Ni. Вимірювання магнітних властивостей зразків виявляє сильно нерівноважну поведінку намагніченості у випадках охолодження в магнітному полі та без нього. Для пояснення поведінки магнітних властивостей нанокомплексів використано модель суперпарамагнітних частинок. В рамках цієї моделі визначено величину анізотропії та оцінено характерний розмір наночастинок.A new method of graphite metallization by clusters of metallic atoms is used to produce carbon-metal C-Ni nanocomplexes. Measurements of the magnetic properties of the samples reveal a highly non-equilibrium behavior of magnetization in cases of cooling in a magnetic field and without. The superparamagnetic particle model is used to explain the behavior of the magnetic properties of the nanocomplexes. The anisotropy is determined and the size of the nanoparticles is estimated based on this model

Границы устойчивости критического состояния жесткого сверхпроводника Nb₃Al на Н–Т плоскости

Впервые изучена неустойчивость критического состояния сверхпроводника второго рода Nb₃Al при одновременном учете реальных зависимостей тепловых и проводящих свойств материала от температуры Т и магнитного поля Нe. Для этого экспериментально в сильном (до 12 Тл) магнитном поле исследованы зависимости теплоемкости С(Т,Не), намагниченности М(Т,Нe) и магнитострикции ΔL(Т,Нe) сверхпроводника. На основе экспериментальных данных по теплоемкости в широком интервале температур и магнитных полей Hc₁ ≤ He ≤ Hc₂ найдена ширина щели, коэффициент при линейном члене, определяющий электронный вклад в теплоемкость, температура Дебая и другие параметры. Из экспериментальных исследований намагниченности восстановлены зависимости критического тока сверхпроводника Jc(T,He). Используя экспериментальные данные для температурной и полевой зависимостей тепловых и проводящих свойств, рассчитаны петли гистерезиса намагниченности и магнитострикции.Вперше вивчено нестійкість критичного стану надпровідника другого роду Nb₃Al при одночасному обчисленні реальних залежностей теплових та провідних властивостей матеріалу від температури Т та магнітного поля Нe. Для цього експериментально в сильному (до 12 Тл) магнітному полі досліджено залежності теплоємності С(Т,Не), намагніченості М(Т,Нe) та магнітострикції ΔL(Т,Нe) надпровідника. На основі експериментальних даних по теплоємності в широкому інтервалі температур і магнітних полів Hc₁ ≤ He ≤ Hc₂ знайдено ширину щілини, коефіцієнт при лінійному члені, який визначaє електронний вклад в теплоємність, температуру Дебая та інші параметри. З експериментальних досліджень намагніченості побудовано залежності критичного струму надпровідника Jc(T,He). Використовуючи експериментальні дані для температурної і польової залежностей теплових та провідних властивостей, розраховано петлі гістерезису намагніченості та магнітострикції.Stability of the critical state of type-II hard superconductors with respect to small fluctuations of temperature Т or magnetic field Нe is strongly dependent on material properties. For this purpose, heat capacity С(Т,Нe), magnetization М(Т,Нe) and magnetostriction ΔL(Т,Нe) of the superconductor were measured in a strong (up to 12 Т) magnetic field. The experimental data on heat capacity in a wide temperature range and in magnetic fields Hc₁ ≤ He ≤ Hc₂, were used to determine the gap width and some other parameters such as the coefficient of the linear term defining the electron contribution to the heat capacity and the Debye temperature. The experiments on magnetization allowed the critical current dependences of the superconductor Jc(T, He) to be recovered. The experimental data on temperature and field dependences of thermal and conducting properties were used to calculate magnetization and magnetostriction hysteresis loops

Circulating Very Small Embryonic-Like Stem Cells in Cardiovascular Disease

Very small embryonic-like cells (VSELs) are a population of stem cells residing in the bone marrow (BM) and several organs, which undergo mobilization into peripheral blood (PB) following acute myocardial infarction and stroke. These cells express markers of pluripotent stem cells (PSCs), such as Oct-4, Nanog, and SSEA-1, as well as early cardiac, endothelial, and neural tissue developmental markers. VSELs can be effectively isolated from the BM, umbilical cord blood, and PB. Peripheral blood and BM-derived VSELs can be expanded in co-culture with C2C12 myoblast feeder layer and undergo differentiation into cells from all three germ layers, including cardiomyocytes and vascular endothelial cells. Isolation of VSLEs using fluorescence-activated cell sorting multiparameter live cell sorting system is dependent on gating strategy based on their small size and expression of PSC and absence of hematopoietic lineage markers. VSELs express early cardiac and endothelial lineages markers (GATA-4, Nkx2.5/Csx, VE-cadherin, and von Willebrand factor), SDF-1 chemokine receptor CXCR4, and undergo rapid mobilization in acute MI and ischemic stroke. Experiments in mice showed differentiation of BM-derived VSELs into cardiac myocytes and effectiveness of expanded and pre-differentiated VSLEs in improvement of left ventricular ejection fraction after myocardial infarction

Study on crystallization phenomenon and thermal stability of binary Ni–Nb amorphous alloy

In this paper, a ribbon of binary Ni–Nb amorphous alloy was prepared by the melt spinning technique. Glass transition and crystallization phenomenon of the alloy were investigated by differential scanning calorimetry. Thermal properties of the ribbon of binary Ni–Nb upon heating and cooling were analysed by DTA at a heating/ cooling rate of 0.5 K s-1 under the purified argon atmosphere. The thermal stability of Ni–Nb amorphous alloy was studied by using an X-ray diffractometer equipped with an in situ heating system. The structure and fracture morphology of the ribbons were examined by X-ray diffraction and scanning electron microscopy methods

Application of injection method to modify titanium alloy Ti6Al4V

In the present work, the samples were subjected to a comparative analysis of the titanium alloy Ti6Al4V prepared by various methods. The research included a comparison of the following properties of manufactured elements: microstructure, phase composition and surface roughness. The test results clearly showed that these properties are different when using different method of casting. These changes allows the use of prepared elements in medicine

Modification Of The Structure And Properties Of The Titanium Alloy Ti6Al4V In Biomedical Applications

From the time when Per-Ingvar Brånemark discovered oseointegration properties of titanium in 1952 a large-scale studies on the issue of usability this metal in surgery were started. Thanks to the parallel research conducted on independent centers managed to get a number of metal alloys which were implanted into the human body in the form of implants. Among the alloys produced appeared alloy of aluminum and vanadium Ti6Al4V. The mechanical properties, high biocompatibility, low density and for this relatively low-cost, caused that the alloy began to be used as a material for biomedical applications. In the present article analyzed the possibility of modifying the properties of the alloy, by choosing another method of producing – method of injection casting with suction. A comparative analysis of the input material - the alloy commercially produced in the form of a rod of the same material melted by injection under vacuum and in air were carried out. The studies results indicate that using method of injection casting with suction to produce the final item influence on significant improvement in mechanical properties as a result of fragmentation of the grains at the element surface. The mechanical properties play a key role in a tissue-implant-bone system

The influence of powder fraction on magnetic and mechanical properties of a resin bonded composite made from amorphous metallic Fe60Co10Y8W1B20 powder

W pracy badano wpływ wielkości frakcji amorficznego proszku wiązanego polimerem na właściwości magnetycznie miękkie i mechaniczne. Proszek został otrzymany poprzez niskoenergetyczne mielenie amorficznej płytki wytworzonej metodą wtłaczania ciekłego stopu do miedzianej formy. Na podstawie badań dyfrakcji promieni rentgenowskich stwierdzono, że kompozyty miały strukturę amorficzną. Wykorzystując magnetometr wibracyjny zmierzono statyczne pętle histerezy magnetycznej, na podstawie których wyznaczono parametry takie jak: magnetyzacja nasycenia (μoMs.) oraz pole koercji (Hc). Zmierzono mikrotwardość wykorzystując metodę Vickersa. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wielkość amorficznych cząstek istotnie wpływa na zmianę parametrów magnetycznych jak i mechanicznych badanych kompozytów. Dodatkowo stwierdzono, że osnowa polimerowa izolująca amorficzne cząstki wpłynęła na pogorszenie parametrów magnetycznie miękkich w porównaniu do masywnych płytek.In the paper investigates the effect of the volume fraction of amorphous powders on the soft magnetic and mechanical properties. The powder was obtained by low-energy milling of amorphous plates produced by the injection of a liquid alloy into a copper mold. On the basis of X-ray diffraction, it was found that the composites had an amorphous structure. Using the vibrating sample magnetometer, the static hysteresis loops were measured, on which basis the basic magnetic parameters such as saturation magnetization (μoMs) and the coercive field (Hc) were determined. Microhardness was measured using the Vickers method. From the examinations, it was found that the size of the amorphous particles significantly influences the change of magnetic and mechanical parameters of the studied composites. Additionally it was found that the polymeric matrix insulating the amorphous particles affected the deterioration of soft magnetic parameters in comparison to the massive plates