Investigation of mechanisms of high temperature superconductor bulk YBCO single domain prepared by seeded infiltration growth

• Auteur / Autrice : Haitao Cao
• Direction : Jacques Guillaume Noudem, Lian Zhou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants critiques

Fusion (chimie physique)

Croissance cristalline

Oxydes

Supraconductivité

Supraconducteurs à hautes températures

Résumé

L’énorme engouement qu’a connu l’étude des supraconducteurs, particulièrement depuis l’émergence des oxydes supraconducteurs, est bien, comme en témoigne le nombre de prix Nobel obtenus sur ce sujet. Les applications potentielles sont le transport de courant, l’imagerie médicale,. . . Les oxydes supraconducteurs ayant des propriétés intéressantes à la température de l’azote liquide sont à l’origine de nombreux travaux depuis leur découverte en 1987. Dans le cadre de ce travail, le procédé de texturation d’YBa2Cu3O7- par la méthode d’infiltration assistée par un germe a été développé. Ce procédé baptisé "Seeded Infiltration Growth-SIG" a pour but de préparer des matériaux monodomaines, puis d’éviter l’ajout de dopants et de réduire les déformations des échantillons liées à la perte de phase liquide généralement observée dans le cas de la méthode conventionnelle de fusion-recristallisation, Melt-Textured-Growth. L’optimisation du procédé SIG a consisté à comprendre les mécanismes d’infiltration et de croissance. Les mesures de susceptibilité magnétique,  (T) à haute température ont permis de déterminer les températures de fusion, de solidification ainsi que les transitions de phase. Ces mesures  (T) couplées au suivi in-situ vidéo de la croissance cristalline sont à l’origine de la détermination d’un traitement adapté au procédé SIG. La recherche d’une configuration SIG adéquate ainsi que d’une composition donnant des échantillons les plus performants a été explorée. Des matériaux massifs monodomaines élaborés ont des densités de courants critiques de 9,5. 104 A/cm2 à 77 K et jusqu’à 2,5. 105 A/cm2 à 40 K en champ propre mesurées sur plusieurs échantillons.

The enormous passion related to the superconducting materials can be clearly reflected by the number of Nobel Prize conferred on this field. The potential applications are electrical cables, the medical imagery. . . Since the discovery of the high temperature superconductors in 1987; their principal quality lies in the fact that they display the superconducting properties at liquid nitrogen temperature. In the framework of this study, the Seeded Infiltration Growth (SIG) process has been developed to texture the YBa2Cu3O7-. The goal of this process is (i) to prepare the single domain bulk superconducting materials, (ii) to avoid the doping agents and (iii) to overcome the cracks usually appearing in the case of the conventional Melt-Textured-Growth (MTG) due to the liquid phase loss. The optimization of the process consisted in understanding the mechanisms of infiltration and growth by using the magnetic susceptibility measurements (MSM) at high temperature and in-situ video observations of single domain formation. This investigation offers the opportunity to verify the main phase transition and to determine the melting point and solidification window of SIG process. Finally, the heat treatment was adjusted and allows to obtain the single domain YBa2Cu3O7-. The search of the suitable configuration and the chemical formula giving the high performance samples was undertaken. The single domain superconductors processed have the critical currents densities close to 9,5. 104 A/cm2 at 77K and up to 2,5. 105 A/cm2 at 40 K under self field reproducibly.