Kisi Vorteks pada Superkonduktor dengan SANS

1. Setting Eksperimen SANS untuk Kisi Vorteks

Pada SANS digunakan sumber neutron sebagai sumber energi yang nantinya akan memiliki kontribusi panjang gelombang yang akan digunakan dalam pengamatan. Pada eksperimen SANS dengan menggunakan material superkonduktor biasanya digunakan panjang gelombang yang besar, dengan tujuan untuk mendapatkan suatu resolusi yang tinggi (high resolution). Untuk pengaturan L1( jarak sumber ke sampel) dan L2 (jarak sampel ke detektor) idealnya dibuat sama, atau jika tidak memungkinkan bisa divariasikan dan harus memenuhi L1 > L2. Jika SANS digunakan untuk mengamati vortex lattice pada superkonduktor dimana dalam hal ini adalah superkonduktor dengan bahan keramik, maka diperlukan alat tambahan pada SANS yaitu dengan menggunakan cryostat. Cryostat merupakan alat yang berfungsi sebagai pendingin untuk material superkonduktor, biasanya digunakan liquid helium sebagai pendinginnya. Pada superkonduktor suhu tinggi, panjang skala yang terkait dengan jarak bidang hexagonal vortex lattice (plane spacing) ,d, secara umum jauh lebih besar dari panjang gelombang neutron yang digunakan. Plane spacing (d) ini sendiri berkisar pada nilai 100 – 1000 Angstom. Pengukuran difraksi bisa diatur menjadi 2 bentuk kemungkinan. Geometri yang biasa digunakan adalah untuk meluruskan medan magnet sedemikian rupa sehingga hampir paralel (sejajar) ke berkas neutron datang. Ini memiliki keuntungan bahwa semua urutan pertama puncak Bragg dapat diakses oleh hanya rotasi kecil atau miring dari sistem cryostat. Alternative pengukuran adalah untuk meluruskan medan magnet tegak lurus ke berkas neutron baik horizontal maupun vertikal. Dalam geometri ini jauh lebih besar rotasi sudut (60 derajat untuk vortex lattice hexagonal) dibutuhkan untuk mengamati antara dua urutan puncak bragg pertama dan oleh karena itu biasanya lebih cocok di sistem cryomagnet untuk menggunakan medan magnet vertikal untuk memaksimalkan intensitas untuk setiap titik difraksi tertentu rocking curve harus dilakukan miring atau rotasi Sampel ,cryostat dan magnet bersama sekitar sumbu horizontal untuk memenuhi kondisi Bragg untuk titik tersebut. Difraksi dari vortex lattice terjadi pada sudut kecil dan biasanya pada eksperimen akan ditampilkan paling bagus pada SANS. Pada eksperimen SANS menggunakan material superkonduktor, metode yang membedakan adalah pada cryostat yang digunakan. Metode eksperimennya seperti pada gambar berikut :

Cryostat akan menjaga suhu material agar tetap dalam keadaan dingin sehingga sifat superkonduktivitasnya akan terjaga.Cryostat merupakan supercooled equipment dengan pendingin berupa helium cair atau nitrogen cair. Proses pendinginan dengan menggunakan gas helium diperlukan waktu sekitar 2,5 jam. Ruang pada cryostat membutuhkan kondisi kering dan dingin dipenuhi dengan proses penghampaan udara yang dilakukan oleh sistem penghampa dan pompa kompresor gas He.

2. Struktur Kisi Vorteks

Untuk material superkonduktor, ada dua jenis kisi (lattice) yang dapat teramati, yaitu square lattice atau trigonal lattice. Dengan arah neutron datang paralel dengan sumbu c (sumbu horizontal) menyebabkan terciptanya suatu pola twin boundaries yang identik dengan pola trigonal lattice. Terdapat tipe pola hexagonal yang teramati pada material superkonduktor keramik ketika medan magnet dimiringkan dari sumbu c. Setiap rotasi yang dilakukan terhadap medan magnet akan memberikan tampilan yang berbeda pada detektor, sehingga triangular lattice menjadi lebih bervariasi ketika ƟB ( sudut antara medan magnet dan sumbu c) cukup besar. Jika twin boundaries yang tercipta saling berinteraksi maka akan terbentuk pola square lattice Dengan menggunakan asosiasi terhadap pola difraksi, maka bisa dibayangkan bahwa susunan cluster pada material superkonduktor memiliki struktur atom yang tersusun hexagonal sesuai dengan pola yang teramati pada detektor.

Dalam permisalan gambar di atas, menyatakan rotasi dan φ menyatakan sudut yang dapat diputar terhadap sample untuk memperoleh variasi image lattice yang ditangkap detektor. Karena jelas tiap perubahan posisi sample ( berarti juga perubahan bidang) akan memberikan perbedaan sudut hamburan. Perbedaan sudut hamburan akan memberikan nilai yang berbeda terhadap momentum transfernya. Hal inilah yang mengakibatkan perbedaan tampilan vortex lattice yang dihasilkan.