Sekilas Mikroskopis Dan Hts

Teori Mikroskopis; Hasil 

Tipe I  B.C.S  Tipe II  ?

by M. Diantoro

1

BCS 





Berdasarkan model kopling elektron “pasangan Cooper” terkondensasi yang berkelakuan sebuah BOSON dan terkondensasi ke keadaan dasar (groundstate) Menghasilkan energi ikat dalam orde meV, yang cukup untuk by M. Diantoro pada suhu 2 menjaga pasangan

Mekanisme dasar cooper pairs Berbeda dengan He-cair, Froehlich menyarankan bahwa pasangan e–e terkopling dg media vibrasi kisi fonon yang terkuantisasi dalam bahan. Secara eksperimen, interaksi ini disediakan oleh eksperimen efek isotop pada Tc.

by M. Diantoro

3

Efek Isotop 



If electrical conduction in mercury were purely electronic, there should be no dependence upon the nuclear masses Yang menunjukkan direct evidence for interaction between the electrons and by the M. Diantoro

4

Bukti kondensasiband gap 



Transisi normal – super (konduktivitas listrik) Transisi kapasitas panas

by M. Diantoro

5

Dari BCS ke HTS 

Kapasitas panas Elektron normal Cen=2π2N(EF)κBT



Diskontinu pada Tc ∆C/Cen=1,43 ∆C = 9,4 N(EF)kB2Tc

Pada suhu rendah, super Ces~exp[- ∆(0)/κBT] by M. Diantoro

6

Dari BCS ke HTS Suhu kritis λep ~ 0,3 dan θD~500K  Tc~25K 

Sedangkan Tc HTS ~ 100K?  McMillan (usulan) interkasi λ (ep) dan µ*(ee) ~ 0,13  Tc 30K 

λ

λ

Dengan kopling yg lebih tinggi misal (ep)~3  Tc ~75K, tapi bgm menghasilkan λ (ep)~3? by M. Diantoro Perlu SISTEM KOPLING BARU!

Tc = θ D e

−1 / λep

 1+ λ   Tc ~ θ D exp −  λ − µ *

7

SISTEM KOPLING BARU HTS?   

McMillan (ph + ee) Anomaly peningkatan rapat keadaan Mediator lain? S dan S* e1 + S  e1’ + S*  e + S*  e ’ + S 2 2 Shg kembali ke keadaan awal, atraktif: 



Tc ~∆Ee-1/λ Pada prinsipnya mediator bisa sembarang, asal terkopel dg elektron.(mis. eksitasi e atau m) by M. Diantoro

8

Mekanisme HTS 



Pada dasarnya belum dicapai kesepakatan umum ttg mekanisme mikroskopis superkonduktivitas HTS Yang paling kuat adalah: 

Kuasi dua dimensi lapisan CuO2



Doping

by M. Diantoro

9

4-kemungkinan 

  

Mekanisme fonon dengan sedikit modifikasi Kopling magnetik Kopling elektronik Superkonduktor eksotik

by M. Diantoro

10

NEW CHARACTERISTICS of HTSC 

HTSC memiliki ciri baru yang tidak dimiliki oleh LTSC. Beberapa parameter tsb adalah: 

Tc, HTSC > Tc, LTSC dan efek isotop relatif lemah.

Tc = Θ D e ΘD

−1 λef

suhu Debye

by M. Diantoro

11

NEW CHARACTERISTICS of HTSC

by M. Diantoro

12

NEW CHARACTERISTICS of HTSC

µ*=~ 0.13 untuk semua bahan yang dikenal

by M. Diantoro

13

NEW CHARACTERISTICS of HTSC

•KONSENTRASI PEMBAWA RENDAH •Karena hanya berasal dari dopan

by M. Diantoro

14

HTS, Cuprates       

Tc jauh lebih tinggi Struktur berlapis Mengandung lapisan CuO2 dan reservoir Sifat anisotropi lebih dominan Struktur vorteks yang lebih kompleks Variasi struktur terhadap suhu Variasi struktur terhadap dopan by M. Diantoro

15

Jenis Pembawa Muatan HTS 



Valensi Cu= 0 (Cu), 1+ (Cu2O), 2+(CuO), 3+(CuO2) Dengan asumsi: 2+ paling stabil  



+1 tereduksi, kelebihan e, +3 teroksidasi, kelebihan p (hole),

Contoh senyawa stabil (Cu2+) 

La23+Cu2+O42- dan Nd23+Cu2+O42by M. Diantoro

16

Doping  Super? 

DOPING  CACAT  DISORDER  SUPER?



DOPING:    

ADITIF (penambahan) SUBTITUTIF (penggantian) SUBTRAKTIF (pengurangan) PRESSURE (penekanan fisik)

by M. Diantoro

17

Doping  Super? 

Bagaimana dengan doping Sr2+, Ce4+ pada RE214? 3+ 2+ 2+ 2−

La 2− xSrx Cu O 4

Nd Nd

3+ 2− x

4+ x

2+

Ce Cu O

3+ 2− x − z

4+ x

2+ z

2− 4 2+

Ce Sr Cu O

2− 4

by M. Diantoro

18

Model Lawrence Doniach 

Model GL tidak dapat diterapkan untuk HTS/ Cuprate:  



Anisotropi ξ < a (parameter kisi) Tc tinggi ξ bervariasi, ada inhomogentitas

GL valid jika   

ξ(T) > s ξ[Tc/(Tc-T)]1/2 > s  [(Tc-T)/Tc] < (ξ0/s)2 Hasil teoretik [(Tc-T)/Tc] < 2(ξ0/s)2 by M. Diantoro

19

Parameter fisis HTS? 







ξ(0) < a (kisi) atau s (jarak antar bidang CuO2) Anisotropi ξ yang bernilai besar pada bidang CuO2 dan kecil antar bidang  inhomogenitas distribusi Situasi seperti ini mengharuskan koping lemah (weak-link) antar bidang, efek penerobosan  Josephson Junction. Model dengan memperhitungkan lapisan by M. Diantoro

20

Bc2 menurut LW 

H//sumbu c, Bc2c, nilai sama dg GL 





Arus super akan bergerak dalam bidang CuO2 Fase parameter order dari ψeiφ(r) tidak berubah dari lapisan ke lapisan Kontribusi JJ thd energi tidak diperhitungkan

by M. Diantoro

21

Bc2 menurut LW 

H//sumbu-ab, Bc2ab, nilai tdk sama dg GL 







Arus super sebagian mengalir diantara lapisan-lapisan dan Beda fase φ(r) menyumbang variasi energi antar lapisan Dekat Tc model LW tereduksi ke pers. GL. Sehingga 4.17 dan 4.18 berlaku dalam by M. Diantoro

22

Bc2ab menurut LW 

Dalam rentang suhu yang memenuhi kondisi ξ  (Tc − T ) / Tc > 2 0   s 

2

Medan akan menembus lapisan CuO2. Mengingat λ >> s tebas lapisan CuO2 medan akan menembus secara uniform tanpa kehilangan energi magnetik. Dalam model sederhana ini, film tipis superkonduktor dg d~ λ dapat menahan medan tanpamerusak keadan superkonducktivitas by M. Diantoro

23

Bc2ab menurut LW 

Dalam kasus tanpa memperhatikan energi Gibbs dg medan dalam logam paramagnetik, medan kritis diberikan oleh batas paramagnetik CLOGSTON. Medan ∆ penetrasi Bp = 2 µB 2

Sehingga medan kritis atas //ab, Bab c 2 = Bp

Tc − T Tc

ξ  (Tc − T ) / Tc > 2 0   s 

untuk by M. Diantoro

2

24

LW 



Perubahan kelakuan antara model GL anisotropik dekat Tc dan model 2D pd T rendah, dimana lapisan CuO2 k.l. terdekopel dan berkelakuan sbg bidang superkonduktor independen, dpt diperiksa dari kurva Bc2(θ). Dg θ(H,c). Dekat Tc dan θ=π/2, i.e bidang ab, diperoleh kelakuan yang mulus. Untuk lapisan terdekopel, diperoleh bentuk cusp untuk Bc(0) sekitar θ=π/2, hanya pd kasus film by M. Diantoro

25

Daerah GL dan LW Sehingga dpt ditentukan suhu karakteristik T* yang bawah ini adalah model LW memberikan deskripsi lebih sesuai senyawa berlapis drpd model GL.  Contoh BSCCO-2212, T = 85K, ξ =1Å c 0 dan s=15Å diperoleh Tc – T* = 0,76 K Yang menandakan bahwa Bi-2212 sangat bersifat 2D. 

by M. Diantoro

26

Sifat kisi vorteks; eg H//c 



Untuk B>Bc1c vorteks Abrikosov terbentuk pada bidang CuO2 (2D). Order parameter ψ eiφ(r) lenyap pada bidang CUO2. Yang dipisahkan oleh JJ diantaranya. Interaksi vorteks antar bidang membentuk vorteks garis (Flux Line Lattice:FLL) sepanjang c.

by M. Diantoro

27

Sifat kisi vorteks; eg H//c 





Perbedaaan dengan vorteks konvensional adalah, koplingnya lebih lemah. Artinya, modulus miring (tilt) C44 tereduksi oleh faktor mab/mc <<1. Jika anisotropi besar, C44 menjadi sangat kecil drpd modulus geser (shear) C66 . Ini berlawanan dg FLL konvensional pd medan rendah by M. Diantoro

28

Sifat kisi vorteks; eg H//c 

Untuk Bc1<


Karenanya memerlukan energi lebih rendah untuk memindah vorteks 2D pada lapisan n terhadap vorteks di lapisan terdekat, n-1 atau n+1 (tilt), dibanding terhadap vorteks disekitar pada lapisan n yang sama (geser, shear) by M. Diantoro

29

Sifat kisi vorteks; eg H//c Praktisnya, untuk medan B lebih besar dari Φ m B 2D ≡

s

0 2

ab

mc

pining dan creep dari FLL dpt dinyatakan spt pd kasus film terisolasi. Untuk Bi-2212, B2D ~ 0,3T, Untuk Y-123, B2D ~ 50T by M. Diantoro

30