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Abschrecken von metallen in plussigem helium II- eine neue methode
Vohme 8, number 1
PHYSICS LETTERS
A B S C H R E C K E N VON M E T A L L E N IN F L U S S I G E M H E L I U M II EINE N E U E M E T } ,~DE L. R I N D E R E R
Unl, erst~ de Lausan.¢
1 Jamutry 1964
-
(;ichwe~)
und H. S C H U L T Z
OSRAM-St~lfen~ esel!.=chaft, Augsbsrg ( Deutschla,d) Eingcgangen am 3. Dezember 1963 ~ei hohen Temperatm~en lm thermischen G!eichgewieht gcbilde.e Gitterfehls~ellen (Leerstellen und Doppelleerstellen) lassen ~Ich dutch sehnelles Abkilhlen einfrieren. SeLf den ersten Experimenten yon Kauffman und Koehler 1) haben derartige Untersuchungen zunehmend an Bedeutung gewonnem Sle liefern die Bildungsenergie fttr Leersiellen und in Verbin,Jung mit Erholungsexp~rimenten such deren Wander~mgsenergie. FUr das Verst~lndnis vteler FestktJrpervorg~nge (plastische Verformung, Sintern, Selbstdiffusion) ist die Kenntnis dieser Gr0ssen yon Bedeumng (siehe z.B. ReL 2)). An Edelmeta!ten~ wie Cold oder Platin, 1,~st el- hinrei,.'hend ~chnelies Abktlhlen relativ ehffach dureh Eh~auchen einer hoch erhitzten Probe ins Wasser oder gektthlte Sal~b~der erreichen. Bei tmedlen Metallen, die emplindlich gegen Oxydation und die A~nahme yon Sauerstoff und S~ckstoff sind, Igsst slch diese einfaehe Methode nicht ohne weiteres anwenden. Man hat versuchL sich dadurch zu helfen, class man eine drahff0rmige Probe in eine evakaierte bzw. mit einem Edelgas geflltlte GlasrObre einschmolz, den Draht elektriscb zum GliJhen brachte und die ROhre unter Wasser zerschlug 3). Diese Absehreckverhthren besitzen 2 Nachteile : (a) Es besteht die M0glichkeit der Au~nahme vo~ gasftirmigea Verum-einigungen entweder au~ der GltthatmosptrY~re oder aus dem verd~npfenden Ktthlmittel. (b) Fttr gewisse Metalle ist es wlLnschenswerL auf Temperat,Jxen m~terhalb Raum,*emperatv_v abzuschrecken, ~:/adie inieressierenden Febls*eIlen (Leerstellen oder D~ppetleerstetlen) bereits bei Raum~empera~.w beweglich sind~ Es hat sich daher als notwendig erwiesen, fremdstvHempfindliche l~etalle in einex gereinigten und geki!hltea Edelgasatmosph,qxe abzuschrecken 4,5). Wie Rinderer und Haem~eler 6) in Zusammenhang mit Messungen fiber den Wgrme~lbergang yon ~ e talle~ in flltssiges Helium H gezeigt haben, ist es mOglich, einen dilanen Metalf~Iraht (Pt-O 15~) in 14
tlUssigem Helium II dutch etektriscJlen Stromdurchgang zum Gltthen zu bringen. Um den Draht bildet sich dAbet eine dtlrme station~re Schicht (bis zu einlgen Zehntelmillimetern) Yon ga~Ormigen Helium. Das He-H-Bad selbst, m dem sich diese Vorggnge abepielen, bleibt ruhig und zeigt keine Dampfblasenbildung. Beim Ab~chaltrn des Heizsiromes erfotgt etne sehr sChnelle Abktthl~ng des Drahtes. Der Vorzug einer derartigen Abuchrec~methode dttrfte in folgenden Punkten bestehe~ 1. Hohe Absehreckgeschwindigkeit; 2. Abschrecken his auf i.5°-K und die M0glicllkeit, tmmiRelb~anschli~ssenddarch Messmqg des Restwiderstandes die eiagefrorene Fehisteilenkonzenta'ation zu bestimmen. 3. Extrem saube~e Bedingungen, die n u t mtt denen des Lqfxahochvakuums vergleiehbax sind. Die Methode ist such bei Metallen mR sehr hohem Schmetzpunkt noch anwendbar, wie posRlv vet ' l a u t e n d ~ x p e r h n e n t e an Wotirarn gezetgt haben (H. Schultz -I), Es ist m~glich, einen W - D ~ a t vc~ 0.039 mm Durchmesser bei einer Temperatur yon 2 600oC in flUsstgem He II gltthend zu er~.altem Die elekixisehe Lcistungsaufr~hme betrug etnige Watt. Die tieie Temperatttr (T~2IOK) muss dutch Ab~:m~pen des He-Dampfes aufrecht erhalteu werden. M i i d e r bel dlesem Experiment zur Vez~ttg~. g ~eheaden Pumpleist%mg yon 90 m3/h (Nermleistung bezogen aaf Atmosph~D'endr,J~k) war dies ohne Weiteres mt)gIich. ]Sine ausf'dJhrllche Darstellung der e)cperimente~en Technik uad yon Messungev der Abkllhlgeschwindigkei~ v2~d m FJ~rze er~olgen 8). ~fc~cnze~ I) J, W. Kauffma~ und J.~, Koeh]er, Phys. Rev. 88 {1952) 149. 2) A.Seeger, Theorie der Gltterfehl~tetten, Handtmch Physik 7 (1955) 1. 3} J~N/hou}, Phyai~a status solidi 2 (1962) 308,
Votttme 8, ~ttmber I
PHYSICS
4~ /~. Doy~tma u ~ J. 8. KoehIcr, Phys. ~tev. 127 (t962} 21. 5J L,J.Cuddy u ~ E,S.Macldm, Ph|l,Mag.7 (1962) 745. 6) L.Rt~derer trod F , ~ e l e r , Proc.of the 10th Int. cot~gre~ of Re~riger~ios, Copen}m~ 1959 (Per~m@n
LE CHAMP
1 January 1964
LETTERS
Press, London. 1960)S.?A3. 7) H, Schultz, Acta Met., dema~chst.
8) H.-H.Kuhlmann trod H.Schutts, ZoNa~LPforschung, demn~chst.
CRITIQUE DE L'ETAT SUPRACONDUCTEUR
G. B e N M A R D I O N ,
B. B. G O O D M A N
DE SURFACE
et A. L A C A Z E
Centre de R e c k e r c h # s s u r lee Trbs B a s s e s TempL, ralures
C~f~noble, Frw~ce Ro~:U~e 3 d~cembre 1963
C o m m e Glnzbttrg et Landau I) ont dt~ lee premiers ~tle remarquer, leur 6qsatlon I poss~de, pour des supracondueteurs de '= d e u ~ m e es~ce 2,3) ( J ~ > I), des solutions ~t l'intdr~ur de l'~cbantiUon autres que ~ - 0 rant que le champ .nagn@flque H dans lequei se trouve l'@chantillon no d~passe pas He2 =,~J/c. Ainei He2 est le champ qui stffafRtort juste pour f a i r e dieparaltre l'almanration d'ta~ ~praconducteu_r de 1R deuxA~me e ~ p~ee 4,5). Cependant, en tenant compte de ia condRion limRe !) qui s~app~ique ~ une surface plane entre un suprsteo~ductettr et ld vide 6), n ~tant ~ v e c t o u r tmit~ n o r m a l ~ la s u r f a c e , S a i n t - J a m e s et de Germes 7) ont Lro~v~ un stutre type de solution ~ l'cSquation (1). Celui~ci correspor~t ~t l ' e x i s t e n c e d'une couehe supraconductrlce s u p e r l i c i e l l e dont l ' ~ p a i e s e u r e s t de P o r d r e de ~ -~ ),L/K. Cet ~t~t de s u r f a c e s u p r a cor,ducteur n ' e ~ p~ts stable t o r s q u e / f e s t p a r a l l ~ l e ,, et ~ m s ce cas ~l:est partout ~gal ~tz~ro lorsque H>Hc2. reals, lorsque #Test para!!~le ~ la ~Jrfstce, lhOtat do s ~ r i a c e s u p r a ~ n d ~ c t e a x ~ ) r a | t stable t~'~t que H< ,lc3 = 1.~946 HC2. Hc3 s e r a R d,~:c la vaieur du champ qui, d)xtg~ pa.rall~lement ~ la s u r f a c e de l'~chantlllon, r~tablit compt~tera~nt sa r ~ s i s t a n e e l'dtat normal. Novas prdsentons lel des me~RLree ~ui font en accord avec ces pr~visions, Tout d~abord Doidge 8) a ~udi~ les trvnsitions magn~tlques et r~sisUves de ~ongs cyllndres m o nocrlstalllns ::alli~ges diluds d'Indivm d~ns l ' ~ t n . Pour ~ytts lee ~cha~tilR.~s (-~udlds, oa peut estlmer
(your ~quatlon (3) cl-desfous) clue ~r~K~
!
500
I000
} O~
"' 1500
Fig. 1. Compara~son entre lee mesures de Doidge du champ H~ ' qui produit diff~tents degree de rdt~blissev~ent de la r ~ i s t a n ~ d,alliages Sn -In (o: ~ = 0.9~ ÷: "~= 0.5;t: ~ = 0.1)e~ la valettrth~orique de He3 (courbe continueL en fonction de/.
de/, le fibre parcours moyen des d!ectrons 1'(~.t normal. A par~lr de ta r e l a t i o n 9,3) K
= K^+7.Sxi0~p~
~
(3)
o~, pour l'~ta2n, KO= 0.12 ±0.02 7), 7_.1076 erg cm-~.eg-2 I0) et Ipo =I.05×io -11 o h m c m 2 II), nous avons calculd la eourbe qui, A la figure 1, reprdsente Rd/Hc3 -~(1.69464~K) "I en foneUon 15
PHYSICS LETTERS
A B S C H R E C K E N VON M E T A L L E N IN F L U S S I G E M H E L I U M II EINE N E U E M E T } ,~DE L. R I N D E R E R
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1 Jamutry 1964
-
(;ichwe~)
und H. S C H U L T Z
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tlUssigem Helium II dutch etektriscJlen Stromdurchgang zum Gltthen zu bringen. Um den Draht bildet sich dAbet eine dtlrme station~re Schicht (bis zu einlgen Zehntelmillimetern) Yon ga~Ormigen Helium. Das He-H-Bad selbst, m dem sich diese Vorggnge abepielen, bleibt ruhig und zeigt keine Dampfblasenbildung. Beim Ab~chaltrn des Heizsiromes erfotgt etne sehr sChnelle Abktthl~ng des Drahtes. Der Vorzug einer derartigen Abuchrec~methode dttrfte in folgenden Punkten bestehe~ 1. Hohe Absehreckgeschwindigkeit; 2. Abschrecken his auf i.5°-K und die M0glicllkeit, tmmiRelb~anschli~ssenddarch Messmqg des Restwiderstandes die eiagefrorene Fehisteilenkonzenta'ation zu bestimmen. 3. Extrem saube~e Bedingungen, die n u t mtt denen des Lqfxahochvakuums vergleiehbax sind. Die Methode ist such bei Metallen mR sehr hohem Schmetzpunkt noch anwendbar, wie posRlv vet ' l a u t e n d ~ x p e r h n e n t e an Wotirarn gezetgt haben (H. Schultz -I), Es ist m~glich, einen W - D ~ a t vc~ 0.039 mm Durchmesser bei einer Temperatur yon 2 600oC in flUsstgem He II gltthend zu er~.altem Die elekixisehe Lcistungsaufr~hme betrug etnige Watt. Die tieie Temperatttr (T~2IOK) muss dutch Ab~:m~pen des He-Dampfes aufrecht erhalteu werden. M i i d e r bel dlesem Experiment zur Vez~ttg~. g ~eheaden Pumpleist%mg yon 90 m3/h (Nermleistung bezogen aaf Atmosph~D'endr,J~k) war dies ohne Weiteres mt)gIich. ]Sine ausf'dJhrllche Darstellung der e)cperimente~en Technik uad yon Messungev der Abkllhlgeschwindigkei~ v2~d m FJ~rze er~olgen 8). ~fc~cnze~ I) J, W. Kauffma~ und J.~, Koeh]er, Phys. Rev. 88 {1952) 149. 2) A.Seeger, Theorie der Gltterfehl~tetten, Handtmch Physik 7 (1955) 1. 3} J~N/hou}, Phyai~a status solidi 2 (1962) 308,
Votttme 8, ~ttmber I
PHYSICS
4~ /~. Doy~tma u ~ J. 8. KoehIcr, Phys. ~tev. 127 (t962} 21. 5J L,J.Cuddy u ~ E,S.Macldm, Ph|l,Mag.7 (1962) 745. 6) L.Rt~derer trod F , ~ e l e r , Proc.of the 10th Int. cot~gre~ of Re~riger~ios, Copen}m~ 1959 (Per~m@n
LE CHAMP
1 January 1964
LETTERS
Press, London. 1960)S.?A3. 7) H, Schultz, Acta Met., dema~chst.
8) H.-H.Kuhlmann trod H.Schutts, ZoNa~LPforschung, demn~chst.
CRITIQUE DE L'ETAT SUPRACONDUCTEUR
G. B e N M A R D I O N ,
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Centre de R e c k e r c h # s s u r lee Trbs B a s s e s TempL, ralures
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