Microstructure, texture and superconductive properties of High Temperature Superconducting "HTS" oxides : yBCO thin films and bulk NBCO and YBCO

par Sarra Grira

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Claude Esling et de Liang Zuo.

Soutenue en 2009

à Metz en cotutelle avec Northeastern University (Shenyang) .

  • Titre traduit

    Microstructure, texture et propriétés supraconductrices d'oxydes supraconducteurs haute température critique SHTc : yBCO couches minces et NBCO et YBCO massifs


  • Résumé

    Ce travail concerne l'étude de la texture et de la microstructure en relation avec les propriétés supraconductrices Tc et Jc de supraconducteurs haute température critique SHTc : YBCO et NBCO. Les techniques de caractérisation utilisées pour la microstructure sont la diffraction de RX et la diffraction d'électrons (Electron Back-Scatter Diffraction) "EBSD". Tc et Jc ont été déduits des mesures d'aimantation et de susceptibilité magnétique au SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) et PPMS (Physical Properties Measument System). La première partie de l'étude traite de la caractérisation de la texture de couches minces SHTc d'YBCO, et de la possibilité de déterminer les relations d'épitaxie par EBSD entre le film déposé et la couche tampon. Ce type d'échantillon est constitué d'un substrat de saphir sur lequel 3 couches successives ont été déposées dont 300 nm de YBCO, destinées aux applications électrotechniques comme limiteurs de courant. La deuxième partie concerne l'étude de matériaux massifs supraconducteurs YBCO et NBCO fabriqués par différentes techniques. L'effet du dopage d'YBCO avec de l'argent a été étudié sur des échantillons fabriqués par la technique dite de "texturation par croissance orientée" soit MTG (Melt Textured Growth) et sous une faible pression partielle d'oxygène. Le dopage jusqu'à un certain pourcentage d'argent améliore la microstructure ainsi que la densité de courant critique. Une comparaison des caractéristiques physiques et structurales d'échantillons NBCO oxygénés ex-situ et YBCO in-situ, élaborés par MTG sous champ magnétique intense a été effectuée. De même des échantillons NBCO texturés par la technique de fusion de zone (Zone Melting) oxygénés respectivement in-situ et ex-situ ont été étudiés. Ils présentent des textures similaires avec présence de macles pour NBCO oxygéné ex-situ


  • Résumé

    The aim of this work is the study of crystallographic texture and microstructure in connection with the superconducting properties (Tc and Jc) of High Temperature Superconducting (HTS) materials: YBCO and NBCO. Microstructure is studied by X-Ray Diffraction (XRD) and Electron backscatter Diffraction (EBSD). The Determination of critical temperature (Tc) and critical current density (Jc) are made with Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer or Physical Properties Measurement System (PPMS). The first part of this work investigates the crystallographic textures of the YBCO film by using EBSD in order to deduce the epitaxial relationship between the superconducting layer and the buffer layer. This thin film is made up of three successive deposits (among which 300 nm of YBCO), used in fault current limiters for electrical engineering applications. The second part presents the study of NdBa2Cu3O7-d (NBCO) and YBCO bulks prepared by various techniques. The effect of silver doping of YBCO has been studied on samples prepared by the Melt Textured Growth (MTG) technique under low oxygen partial pressure. The doping up to a given amount of silver enhances the microstructure and the critical current density. A comparison of the physical and structural characteristics between NBCO oxygenated exsitu and YBCO oxygenated in-situ, prepared by MTG under high magnetic field has been made. Zone-melted NBCO samples textured by zone melting method oxygenated respectively in-situ and ex-situ have been studied. These samples exhibit the same texture with the occurrence of twins for the NBCO oxygenated ex-situ

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  • Annexes : Notes bibliogr.

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