Yüksek sıcaklık seramik süperiletkenlerde 2. harmonik oluşuma etki eden faktörler ve çok düşük dc alan manyetometre tasarımı
The factors affecting the 2nd harmonic generation in high-tc ceramic superconductors and design of an ultra-low dc field magnetometer
Yazar: FATMA ALIKMA
Danışman: DR. UĞUR TOPAL ; PROF. DR. ŞAHİN AKTAŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Tanecikli yapıya sahip yüksek sıcaklık süperiletkenler üzerinde yapılan çalışmalar bu malzemelerin tanecikler arası bölgelerine çok düşük manyetik akının bile girebildiğini ve bu nedenle doğrusal olmayan bir mıknatıslanma gösterdiklerini ortaya çıkarmıştır. Doğrusal olmayan mıknatıslanma ise uyarma sinyalinin harmoniklerinin oluşmasına neden olmaktadır. 2. harmonik sinyalinin uygulanan DC alana geniş aralıkta doğrusal bağımlılığı bu malzemelerin manyetik alan sensörü olarak kullanılabileceği fikrini doğurmuştur ki bu çalışmanın temelini oluşturmaktadır.Bu çalışmada çok kristal süperiletkenlerin algılama nüvesi olarak kullanıldığı ve 10-9 T mertebelerinde DC alan büyüklüklerinin ölçülebileceği manyetometre tasarımı hedeflenmiştir. Çalışma sonucunda 0.5 nT DC alan rahatlıkla ölçülebilmiştir. Bu hedefe ulaşmak için çok farklı parametrelerin iyileştirilmesi ve bu parametrelerin sensör hassasiyetine olan etkisinin anlaşılması üzerine çalışmalar yapılmıştır. Örneğin; tanecikler arası bağların sensör hassasiyetine etkisini incelemek amacıyla Y-123 süperiletkenlerine kalsiyum gibi literatürde tanecikler arası bağları kuvvetlendirdiği rapor edilen iyonlar katkılanmıştır. Aynı şekilde farklı tavlama sıcaklıklarında elde edilen Y-123 süperiletkenlerinin, yani farklı tanecik yapılanmasına sahip, süperiletkenlik özellikleri incelenmiş ve sensör uygunluğu test edilmiştir. Sinyal/Gürültü (S/N) oranının maksimum olabilmesi için gerekli çevresel parametrelerin sağlanması üzerine çalışmalarda bulunulmuştur. Aynı şekilde SC numune ve bobin konfigürasyonunun optimizasyonu yapılarak en uygun sensör geometrisi belirlenmiştir. En uygun uyarma frekansı ve genliği belirleme çalışmaları yapılmıştır. Çalışma frekansı dışındaki çevresel gürültülerin süzülmesi için pasif ve aktif bandpass filtreler tasarlanmış ve yapılmıştır. Nihayetinde 0.5x10-4 T (dünya alanı) ile 5x10-10 T arası geniş bir dinamik ölçeğe sahip ölçüm sisteminin tasarımı gerçekleşmiş ve başarı ile üretilmiştir.Haziran, 2012

Abstract:
Experiments on granular high-Tc cuprates have shown that these materials make quite low flux entries possible through grain boundaries and show nonlinear magnetization which causes the generation of harmonics of excitation field. Especially, perfect linear dependence of 2nd harmonic signal to applied DC fields, where the 2nd harmonic signal is generated by co-application AC and DC fields, has attracted interests to magnetic sensor technology.The aim of the study was to develop a DC magnetometer with a sensitivity of the order of 10-9 T that uses polycrystalline superconductor as a sensor element. As a result of this study the DC fields down to 0.5 nT could easily be measured. In order to achieve this target, many different parameters affecting the sensor sensitivity was determined and studied extensively. For example to understand the role of inter-grain couplings on the sensor sensitivity, Y-123 superconductors were doped with calcium ions, which is known to be assistance for the improvement of the couplings. In the same way, performance of Y-123 superconductor as a sensor element was examined in terms of granular structure by annealing at different temperatures. Besides, to achieve the maximum signal to noise (S/N) ratio, the environmental conditions have been optimized. By optimizing the coil and the core configuration the best sensor geometry was assigned. The optimal excitation frequency and amplitude have been found. In order to suppress the environmental noises other than the working frequency, active and passive bandpass filters were developed and built. Consequently, a DC-field magnetometer having a wide dynamic range from 0.5x10-4 T (Earth?s field) to 5x10-10 T has been successfully constructed.June, 2012