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Autor(en): Zinßer, Mario
Titel: Frequenz- und temperaturabhängige Mikrowelleneigenschaften supraleitender Proben in Corbino-Geometrie
Sonstige Titel: Frequency- and temperature-dependent microwave properties of superconducting samples in Corbino geometry
Erscheinungsdatum: 2016
Dokumentart: Abschlussarbeit (Bachelor)
Seiten: 99
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-ds-96843
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/9684
http://dx.doi.org/10.18419/opus-9667
Zusammenfassung: Aufbauend auf der Staatsexamensarbeit von Markus Bader beschäftigt sich diese Bachelorarbeit mit Oszillationen des komplexwertigen Reflexionskoeffizienten als Funktion der Frequenz bei supraleitenden Proben in Corbino-Geometrie. Zur Messung verwendet wurde ein Durchflusskryostat mit angeschlossenem Netzwerkanalysator, Temperaturcontroller und Gleichstromwiderstandsmessgerät. Dieser Aufbau erlaubt Messungen bis zu ca. 14 K und ein Frequenzspektrum von 300 kHz bis 20 GHz. Bestätigt werden konnte, dass die Intensität der Oszillationen gleichermaßen von der Probentemperatur und der verwendeten Leistung der Mikrowellenstrahlung abhängt, nicht jedoch von dessen Zeitfrequenz. In dieser Arbeit konnte die Ursache der genannten Schwingungen stehenden Wellen in den zur Probe führenden Koaxialkabeln zugeordnet werden. Dies wird unter anderem durch die lineare Zunahme der Zeitfrequenz als Funktion einer steigenden Kabellänge in Abbildung 5.17 deutlich bestätigt. Durch die Ausbildung der bereits erwähnten Stehwellen nur bei diskreten Frequenzen der Mikrowellen heizt sich die Probe für diese auf und bleibt kälter bei Frequenzen, die nicht zur Kabellänge passen. Diese Aquivalenz des Reflexions-spektrums mit der Temperatur ist stellvertretend mit dem Gleichstromwiderstand statt der Temperatur in Abbildung 5.20 zu sehen. Da diese Erklärung der Oszillationen sich nicht auf eine supraleitende Reflexionscharakteristik im Speziellen beruft, wurde neben dem bisher verwendeten NbTiN auch der Supraleiter YBCO auf die gleiche Art gemessen. Dies führte zu denselben Ergebnissen, die jedoch nicht so stark wie bei den NbTiN-Proben ausgeprägt waren. Um letztendlich die völlige Unabhängigkeit von supraleitenden Übergängen zu zeigen, wurden eine defekte Magnesiumdiborid-Probe, deren Gleichstromwiderstand mit sinkender Temperatur steigt, und eine Vanadiumdioxid-Probe, die bei ca. 67°C einen Übergang vom Isolator zum metallischen Leiter aufweist, ebenfalls gemessen. Auch hier traten dieselben Oszillationen mit denselben Zeitfrequenzen wie bei den supraleitenden Proben auf. Der Effekt dieser Schwingungen beruht also lediglich auf einem großen Gradienten des Gleichstromwiderstandes als Funktion der Temperatur, nicht jedoch auf supraleitenden Effekten. Sowohl bei Messungen aus dem eigenen Institut als auch bei Messungen externer Institute traten bei verschiedensten Supraleitern ebenfalls die gleichen Reflexionsoszillationen nahe der kritischen Temperatur auf. Dadurch, dass alle Kalibrierungsmessungen für Corbino-Messungen mit Materialien durchgeführt werden, deren Widerstand als Funktion der Temperatur konstant bleibt, ist es mit einer herkömmlichen Open-Short-Load-Kalibrierung nicht möglich, diese Oszillationen auszulöschen, da keine der drei Referenzmessungen einen derartigen Sprung in der Widerstandskurve aufweist. Eine Möglichkeit, die spektrumsverzerrenden Schwingungen dennoch loszuwerden, ist die Methode der sogenannten Powerflatness, die bei einigen Netzwerkanalysatoren eingestellt werden kann. Sie sorgt regeltechnisch mittels eines Leistungssensors dafür, dass an der Probe für jeden Frequenzpunkt die gleiche Leistung ankommt. Es ist somit nicht mehr die Ausgangsleistung des Netzwerkanalysators konstant, sondern die Leistung an der Probe selbst. Die Stehwellen an sich werden damit zwar nicht unterbunden, jedoch deren Intensität so variiert, dass deren Ausprägungsstärke in das kontinuierliche Leistungsspektrum passt und die Reflexionscharakteristika der Probe nicht mehr durch Temperaturschwankungen verfälscht werden. Da jedes Kabel jedoch seine eigene spezifische Oszillationsperiodenlänge besitzt, musste die Powerflatness für jeden Kabeltypen neu kalibriert werden.
Enthalten in den Sammlungen:08 Fakultät Mathematik und Physik

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