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Introduction of quasi-multilayer pulsed laser deposition for enhanced superconducting properties of Ba(FeCo)As thin films
Diese Arbeit befasst sich mit der Implementierung von künstlichen Pinningzentren
durch den Einsatz der Quasi-Mehrschichttechnik für die gepulste Laserabscheidung
(PLD) in Kobalt (Co)-dotierten BaFeAs (Ba122)-Verbindungen. Das Ziel hierbei ist
die Erhöhung der kritischen Stromdichten und der Pinningkräfte, welche entscheidende
Parameter für elektrische Anwendungen sind, denn sie geben den Strom an, den
diese Verbindungen in einem Magnetfeld führen können, ohne ihre supraleitenden Eigenschaften
zu verlieren. Quasi-multilagige Schichten mit Perowskit-Pinningzentren aus
BaHfO (BHO) und BaZrO (BZO), die mittels PLD hergestellt wurden, sind bereits für
YBaCuO-Verbindungen (YBCO) untersucht worden. Durch die Optimierung
des epitaktischen Wachstums von Ba122-Verbindungen, wurde ein reproduzierbarer
Prozess zum Experimentieren mit verschiedenen Mengen an künstlichen Pinningzentren
etabliert, um eine - für den experimentellen Aufbau - optimale Ba122-Schicht ohne
intrinsische Pinningzentren, wie Gitterdefekte oder Fremdphasen, zu erhalten.
Aufgrund der weniger intrinsischen Pinningzentren, hoher kritischer Stromdichten
und kritischer Temperaturen von 20 K und einfach zu handhabenden Abscheidungstemperaturen
von 700 °C, erwies sich Co-dotiertes Ba122 als bestgeeignetes Material für
diesen Zweck. Phosphor (P)-dotiertes Ba122 zeigte Fremdphasen und Ausscheidungen
an der Oberfläche, die als intrinsische Pinningzentren wirken. Obwohl die kritische
Temperatur höher ist als bei Co-dotiertem Ba122, konnte die optimale Abscheidungstemperatur
von 1050 °C zur Erzielung der Reproduzierbarkeit nicht durch die Substratheizung
erreicht werden.
Ein weiterer beeinflussender Faktor auf das Wachstum ist das Substrat und seine Eigenschaften.
Mehrere einkristalline Substrate mit einer Größe von 1 x 1 cm wurden auf
ihre Eignung hin untersucht. Co-dotierte Schichten, die auf CaF aufgewachsen wurden,
zeigten die besten Ergebnisse unter Berücksichtigung der kritischen Temperatur, der
kritischen Stromdichte und der geringen Menge an intrinsischen Pinningzentren. MgO
war aufgrund niedriger Reproduzierbarkeitsraten kein geeigneter Kandidat als Substrat
für optimales Wachstum, ebenso wenig wie LaAlO (LAO) aufgrund hoher Mengen
an intrinsischen Pinningzentren, verursacht durch Kristallzwillinge auf der Substratoberfläche. Die Laserparameter für das beste erreichbare Wachstum wurden auf 30 mJ (bzw. 3,0 J/cm) und eine Repetitionsrate von 10 Hz eingestellt. Auf der Grundlage
mehrerer Versuchsreihen mit unterschiedlichen Pulsanzahlen und Targetwechseln, wurde
der Fokus dieser Arbeit auf die Implementierung von BHO als künstliches Pinning-
Material gerichtet, da BZO bereits in mehreren Studien untersucht worden ist, obwohl die untersuchten Schichten nicht mit Quasi-Multilagen-Technik gewachsen wurden. Die
beste Konfiguration der Quasi-Multilagen-Technik wurde bei 12 BHO-Pulsen pro Quasi-
Schicht und einer Gesamtanzahl von 18.000 Pulsen auf dem Co-dotierten Ba122-Target
erreicht. Die Anzahl der Targetwechsel unterschieden sich bei den untersuchten Proben,
um die Menge des künstlichen Pinning-Materials mit einer möglichst gleichmäÿigen
Verteilung in der Schicht einzustellen.
Die untersuchten Proben wiesen 0 Mol-%, 1,03 Mol-%, 1,59 Mol-% und 3,85 Mol-%
BHO auf. Diese Gehalte wurden mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie
(ICP-MS) gemessen.
Sowohl die kritische Stromdichte als auch die Pinningkraftdichte konnten auf 106
A/cm bzw. 50,6 GN/m für den höchsten getesteten Dotierungsgrad erhöht werden.
Weitere Untersuchungen zeigten, dass für niedrigere Dotierungsniveaus Nanopartikel
und Nanosäulen für das Pinning verantwortlich waren. Mit zunehmendem Dotierungsgrad
traten mehr Nanosäulen auf. Die Nanosäulen konnten durch energiedispersive
röntgenspektroskopische Messungen (EDX) als BHO identifiziert werden.
Vergleichbare Experimente mit vergleichbaren, auf LAO gewachsenen Schichten zeigten
ein erwartetes Verhalten. Die kritischen Stromdichten und Pinningkraftdichten streuten
aufgrund des starken intrinsischen Pinning im Co-dotierten Ba122. Die zusätzlichen
künstlichen Pinningzentren führten zu mehr Störungen im Gitter, ohne die supraleitenden
Eigenschaften zu verbessern.
Diese Untersuchungen wurden mit der Implementierung von InAs als künstliches
Pinning-Material wiederholt. Der Sphalerit-Halbleiter InAs wurde bisher noch nie als
künstliches Pinning-Material untersucht. Um die optimale Zusammensetzung zu erhalten,
wurden verschiedene Untersuchungsreihen durchgeführt.
Für die beste Zusammensetzung wurden 39 Targetwechsel durchgeführt, wobei nur
die Anzahl der Laserpulse auf InAs verändert wurde, die zwischen 10 und 30 Pulse pro
Wechsel lag.
Der Gehalt des Pinning-Materials der vorherigen Experimenten konnte nicht reproduziert
werden, da der Gehalt an InAs, gemessen durch ICP-MS, nicht mit der
Anzahl der Laserpulse korrelierte. Eine mögliche Erklärung ist die Bildung von Droplets
auf der Oberfläche der Schicht. Ein weiterer Grund können die großen Agglomerationen
von InAs sein, die nicht Teil des Pinning-Mechanismus sind, aber in den ICP-Messungen
angezeigt werden. Transmissive Elektronenmikroskopie (TEM) konnte kein InAs in der
Schicht nachweisen, was möglicherweise auf die Flüchtigkeit von InAs unter Elektronenbeschuss
zurückzuführen ist. Die kritischen Stromdichten zeigten ein Maximum bei 468
InAs-Pulsen.
Es wurde festgestellt, dass der Pinning-Mechanismus durch Punktdefekte verursacht
wird, die jeweils nur mit einer Flusslinie interagieren können. Daher führte ein Anstieg
des InAs-Gehalts in der Schicht zu einer zunehmenden Anzahl von Punktdefekten, die
mit einer Flusslinie interagieren, bis ein Optimum der kritischen Stromdichte erreicht
wird. Jenseits dieses Optimums verursachte der zunehmende InAs-Gehalt lediglich Unordnung im Gitter und die kritische Stromdichte nahm wieder ab
Long Range Effects in Gravity Theories with Vainshtein Screening
In this paper we study long range modifications of gravity in the consistent
framework of bigravity, which introduces a second massive spin-2 field and
allows to continuously interpolate between the regime of General Relativity
(mediated by a massless spin-2 field) and massive gravity (mediated by a
massive spin-2 field). In particular we derive for the first time the equations
for light deflection in this framework and study the effect on the lensing
potential of galaxy clusters. By comparison of kinematic and lensing mass
reconstructions, stringent bounds can be set on the parameter space of the new
spin-2 fields. Furthermore, we investigate galactic rotation curves and the
effect on the observable dark matter abundance within this framework.Comment: 32 pages, 9 figures; v2: minor changes to the body of the text;
improved motivation of the framework and discussion of bullet cluster
section; updated Fig. 9; content matches published versio
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