Vortex pinning and creep in ybco nanocomposite films grown by chemical solution deposition

Resum

La fabricació de capes superconductores nanocomposite d’YBa2Cu3O7-x (YBCO) mitjançant la incorporació de nanopartícules a la matriu ha demostrat haver realçat el rendiment d’ancoratge de vòrtexs sota camps magnètics aplicats i haver reduït l’anisotropia efectiva, garantint un gran potencial pel seu ús en nombroses aplicacions. Diferents concentracions, mides i processos de creixement de les nanopartícules condueixen a una rica varietat de defectes en les capes, llur efectivitat en ancoratge i relaxació de vòrtexs depèn de la temperatura i la magnitud i orientació del camp magnètic._x000D_ _x000D_ En aquesta tesi, es presenta una amplia investigació en nanocomposites d’YBCO crescuts mitjançant la tècnica escalable i de baix cost “depòsit de solucions químiques” (CSD), en la que la incorporació de nanopartícules s’obté seguint dues estratègies diferents: nanopartícules de segregació espontània i nanopartícules prèviament formades._x000D_ _x000D_ Mitjançant la combinació de mesures de transport elèctric amb l’anàlisi micro-estructural efectuat amb XRD o STEM, ha estat possible establir correlacions entre les propietats superconductores i el paisatge de defectes, la qual cosa ens ha permès separar contribucions d’ancoratge i relaxació de vòrtexs en les regions del diagrama camp-magnètic—temperatura i així preveure el millor paisatge per funcionar a certes condicions fins a camps magnètics molt intensos (35 T). S’ha demostrat que la incorporació de nanopartícules indueix altes densitats de falles d’apilament que afecten les contribucions d’ancoratge i relaxació de vòrtexs a qualsevol orientació. Grans forces d’ancoratge isotròpic sorgeixen a camps magnètics baixos i intermedis i a temperatures baixes i intermèdies. Per altra banda, les contribucions d’ancoratge anisotròpic es veuen altament alterades, especialment a camps magnètics intensos i temperatures altes._x000D_ _x000D_ L’arranjament i la tipologia de les falles d’apilament induïdes per la incorporació de nanopartícules és determinant per la ponderació final de contribucions d’ancoratge. Aquí demostrem que l’ús de nanopartícules petites prèviament formades (7 nm) habilita el bon control d’una microestructura rica en falles d’apilament. S’ha identificat que un paisatge de defectes caracteritzat per una gran densitat de falles curtes i homogèniament distribuïdes és el millor dels paisatges possibles per promoure contribucions d’ancoratge isotròpic enormes atribuïdes al nanostrain localitzat a les vores de les falles d’apilament i a defectes atòmics que poden ser vacants de Cu-O situades en l'interior de les falles d’apilament._x000D_ _x000D_ A més a més, la gran densitat de falles d’apilament és concomitant a una gran densitat de plans de macla, ambdós defectes beneficiosos per l’ancoratge anisotròpic quan el camp magnètic és paral·lel als plans-ab (H||ab) i a l’eix-c (H||c), respectivament. No obstant, la coherència dels plans de macla es trenca més sovint, cosa que fa que disminueixi la temperatura en la qual l’ancoratge anisotròpic és efectiu per H||c. Els nanocomposites gruixuts de nanopartícules prèviament formades han mostrat evitar significativament aquest trencament de la coherència i ser capaços d’assolir corrents crítiques altes a camps magnètics intensos i altes temperatures._x000D_ _x000D_ Els falles d’apilament també han mostrat jugar un paper decisiu en l’impediment d’excitacions double-kink, que estimulen la relaxació de flux magnètic per H||c i especialment H||ab. A més a més, la contribució isotròpica de relaxació associada a les regions de nanostrain també es minimitza en el cas dels nanocomposites._x000D_ _x000D_ En aquest treball es mostra que els nanocomposites proveeixen al mateix temps ancoratge més fort i relaxació més lenta de flux magnètic, especialment a camps magnètics baixos i intermedis i a temperatures baixes i intermèdies. La regió d’aquestes bones propietats es pot eixamplar més a camps i temperatures més alts mitjançant nano-enginyeria addicional, comptant amb que s’ha vist que diferents paisatges de defectes poden ser particularment interessants per diferents condicions donades.

Data del Ajut	7 de maig 2019
Idioma original	Anglès
Supervisor	María Teresa Puig Molina (Director/a) & Ana Maria Palau Masoliver (Director/a)