Elaboration d'oxydes supraconducteurs en couches à bas de thallium pour les applications

par Hoan Nguyen Xuan

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Philippe Galez.

Soutenue en 2005

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    Les phases à base de thallium présentent un intérêt à la fois pour les applications en électrotechniques avec T1Ba2Ca2Cu3O9 (T1-1223) et dans le domaine des micro ondes avec T12Ba2Ca2Cu3O10 (T1-2223). L'objectif de ce travail était la fabrication de couches semi-épaisses de ces deux composés. Les films ont été élaborés en deux étapes. La première consiste à déposer un film précurseur de composition " Ba2Ca2Cu3Oz " par pyrolyse d'aérosol ou par dépôt chimique en phase vapeur d'organométalliques. La seconde est une thallination en système fermé avec une pastille de composition variable comme source de thallium. Nous avons réalisé des films de T1-1223 de très bonne qualité avec une texture bi-axiale très prononcée, une température critique (Tc) comprise entre 108 et 113 K et des densités de courant critique (Jc) pouvant atteindre 2. 5 MA/cm2 (77 K, 0 T), ce qui, à notre connaissance, constitue un record pour ce composé. La fabrication de couches de T1-2223 beaucoup plus ardue conduit le plus souvent à un mélange des phases T1-2223 et T1-2212 en épitaxie, T1-2223 recouvrant T1-2212. Ces couches présentent de bonnes propriétés supraconductrices Tc = 122 K et Jc atteignant 1. 2 MA/cm2 (77 K, 0 T) et une surface propice à la gravure. Pour comprendre les difficultés mentionnées plus haut, nous avons mené une étude cinétique de la transformation de T1-2212 en T1-2223 - dernière étape dans le chemin de formation de T1-2223 - sur des échantillons massifs. Les résultats nous ont permis de proposer un mécanisme limitant qui explique effectivement les problèmes rencontrés et surtout de modifier les conditions de synthèse avec des premiers résultats encourageants. Parallèlement, nous avons étudié le système ternaire BaO-CaO-CuO de manière à optimiser le dépôt du précurseur. Nous avons ainsi établi la section isotherme du système à 900°C sous p(O2) = 1 bar et obtenu des résultats originaux sur la structure cristallographique et la stabilité des composés Ba4CaCu3O8+d et Ba6CaCu3O10+d

  • Titre traduit

    TI-based cuprates films elaboration for applications


  • Résumé

    Tl-based superconducting phases are interesting to be used in "coated conductor" for power applications (T1Ba2Ca2Cu3O9, T1-1223, Tc = 115 K) and in microwaves devices (T12Ba2Ca2Cu3O10, T1-2223, Tc = 125 K). The purpose of this work was the fabrication of T1- based HTc superconducting films, 200 to 1000 nm in thickness, with high critical current densities (Jc) and low surface resistance. The films have been prepared in a two step process : a precursor film with a composition "Ba2Ca2Cu3Oz" was first deposited by spray pyrolysis or Metal-Organic Chemical Vapour Deposition -and then thallinated ex situ in a closed system with a pellet of appropriate composition as a source of thallium. T1-1223 films have been fabricated in a reproducible way with high quality : excellent bi-axial texture, Tc ranging from 108 to 113 K and Jc up to 2. 5 MA/cm2 (77 K, 0 T). To our knowledge, it is the highest value ever reported. Pure T1-2223 films are by far more difficult to prepare. We have systematically obtained a mixture of T1-2223 and T1-2212 phases. However the films have an excellent bi-axial texture with the T1- 2223 completely covering the T1-2212 and good superconducting properties : Tc = 122 K (first transition) and Jc up to 1. 2 MA/cm2 (77 K, 0 T). Moreover, the morphology of their surface is suitable for patterning. In order, to understand the difficulties encountered in the fabrication of T1-2223 films, a kinetics study of the transformation of T1-2212 into TI-2223 bas been carried in bulk samples. This study allowed us to propose a limiting mechanism for the transformation and to modify our elaboration conditions with fist very encouraging results. In parallel, we studied the BaO-CaO-CuO ternary system in order to optimise the precursor film deposition. The isothermal section of the system at 900°C, p(O2) = 1 bar has been established. Original results on the structure and stability of two compounds of the system, Ba4CaCu3O8+d and Ba6CaCu3O10+d, have been obtained

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Informations

  • Détails : 1 vol. (157 p)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. : 204 réf.

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