Vortex lines in layered superconductors. II. Pinning and critical currents in high temperature superconductors

(Received 18 December 1993, accepted 21 April 1993)

Abstract
In this article, a qualitative survey is given on the various phenomena which influence the critical current of high temperature superconductors. Critical current is defined as a property related to a non-zero electric field criterion, the level of which is fixed by experimental considerations, or efficiency requirements of applications. The presentation is restricted to extrinsic intragranular critical current, which depends in a complex way on the interplay between the characteristics of pinning centres and the properties of the vortex lattice. The discussion is focussed on the configuration / / , which contains the main elements of this problem. Differences of behaviour between Y(123) and BSCCO (Bi(2212) or Bi(2223)) are analysed in the context of their respective anisotropy factors. Possible regimes for pinning and creep are discussed in various temperature domains. From critical current results, a strong pinning regime is found to occur in BSCCO, whereas the pinning strength in Y(123) is still an open question. The thermal decrease of critical current allows a collective creep regime to appear in both materials, but at different temperature ranges. The disappearance of correlation effects near the irreversibility line results in a fall of the effective pinning energy. We show that in BSCCO, the effective pinning energy deduced from experimental results is not in agreement with pinning by randomly dispersed oxygen vacancies. Finally, we shortly describe the microstructures which could allow a more efficient pinning in future materials.

Résumé
On effectue une présentation qualitative des divers phénomènes qui contrôlent la valeur du courant critique dans les supraconducteurs à haute température. La notion de courant critique qui est utilisée est reliée à un critère de champ électrique non nul, fixé par des considérations expérimentales ou des exigences de rendement pour les applications. On se restreint au problème des courants critiques intragranulaires d'origine extrinsèque, qui dépendent de façon complexe des caractéristiques d'ancrage des défauts présents dans le matériau et des propriétés du réseau de vortex. On privilégie la configuration de champ / / qui est la plus révélatrice à cet égard. On analyse les différences de comportement entre les composés Y(123) et BSCCO (Bi(2212) ou Bi(2223)) en liaison avec leurs degrés d'anisotropie respectifs. Les différents régimes d'ancrage et de creep possibles pour ces composés sont examinés en fonction de la température. Les courants critiques obtenus pour BSCCO semblent correspondre à un régime d'ancrage fort, alors que la question reste ouverte pour Y(l23). La décroissance en température du courant critique expérimental suscite l'apparition d'un régime de creep collectif pour ces deux composés, avec cependant des différences notables sur la position et l'étendue des domaines correspondants. Au voisinage de la ligne d'irréversibilité, la disparition progressive des corrélations entre vortex provoque une chute de l'énergie d'ancrage effective. Dans BSCCO, celle-ci ne semble pas compatible avec l'hypothèse d'un ancrage par des lacunes d'oxygène réparties de façon aléatoire. On donne en conclusion quelques indications concernant les microstructures susceptibles d'améliorer les propriétés d'ancrage des futurs matériaux.