Manuel Cardona i Castro

Biografia del físic Manuel Cardona i Castro, autoritat mundial en l’estudi dels semiconductors i dels superconductors i gran promotor de la física a l’Amèrica Llatina.

Deposició de capes superconductores de YBa2Cu3O7 amb textura bidimensional a partir de solucions metal·lorgàniques

L’objectiu d’aquest projecte és l'obtenció de capes primes superconductores de YBa2Cu3O7 mitjançant el procés de descomposició metal·lorgànica, a partir de la combinació de sals precursores amb un contingut en fluor inferior a l’estàndard utilitzat pel grup de superconductivitat de l’ICMAB, així com l’estudi i caracterització d’aquestes capes mitjançant les tècniques utilitzades pel mateix grup. Per tal de poder analitzar els resultats, es realitzarà una comparació entre aquesta capa obtinguda a partir de la nova solució i una altra desenvolupada pel mètode estàndard. Sobre aquestes dues mostres es realitzaran tots els assaigs necessaris per tal d’obtenir les seves propietats físiques i químiques per tal d’analitzar la qualitat de la capa i avaluar la viabilitat de la nova solució.

Estudio de cerámicas nanoestructuradas mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de alta resolución

Este proyecto trata sobre la determinación de las relaciones epitaxiales que se dan entre una capa de NGO (Oxido de Neodimio-Galio) y una capa depositada de CGO (Óxido de Cerio dopado con Gadolinio). Con ello buscamos estudiar indirectamente como podemos producir las dislocaciones antes citadas mediante la tensión superficial que se crea al dar lugar un crecimiento heteroepitaxial auto-ensamblado de nanohilos sobre un substrato. Para utilizar en el futuro esta cerámica nanoestructurada como plantillas de superconductores. Abordaremos este objetivo mediante dos vertientes distintas. Por un lado, mediante el estudio de una muestra mediante difracción de rayos X en dos dimensiones (DRX2). Y paralelamente mediante su visualización usando Microscopía Electrónica de Transmisión (MET).

Mètodes de visualització i dinàmica de gasos relacionats amb l'escalat de cintes superconductores en planta prepilot

Ara ja fa un segle del descobriment de la superconductivitat. Aquest fenomen quàntic macroscòpic té aplicacions en el camp de la diagnosi mèdica per MRI (Magnetic Resonance Imaging), que permet obtenir imatges internes detallades del cos humà o en aplicacions científiques com el SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), amb el que es poden mesurar camps magnètics molt dèbils, amb límits de detecció fins a 10-15 T. Però les aplicacions dels superconductors no es limiten ni molt menys a aquests camps ja que s‟estan fent grans esforços per poder processar cintes superconductores a gran escala per tal de poder aplicar aquest fenomen a cables de conducció elèctrica, motors, generadors, transformadors, etc. Amb això s‟aconseguiria un increment notable de l‟eficiència energètica amb la consegüent disminució de l‟emissió de gasos d‟efecte hivernacle. En aquest projecte, realitzat al grup de Superconductivitat i Nanoestructuració a Gran Escala de l„ICMAB, s‟han fet diversos muntatges experimentals per tal de poder observar i entendre millor el procés de piròlisi d‟una solució precursora de YBCO en forma de capes primes a sobre de diferents substrats. Aquesta etapa és determinant per obtenir en el procés de creixement una capa texturada i d‟ alta densitat de corrent crítica (Jc). Per això s‟ha fet ús d‟un sistema que permet realitzar la piròlisi de forma relativament ràpida mentre s‟enregistra en vídeo l‟evolució de la capa. En totes les mostres pirolitzades s‟ha estudiat la qualitat, textura i morfologia superficial. També s‟ha intentat veure de forma qualitativa el comportament dinàmic dels gasos a dins d‟una cavitat cilíndrica, que és la geometria utilitzada fins ara per créixer cintes superconductores. Finalment s‟han dissenyat diferents tipus de bufadors per tal d‟introduir els gasos de forma transversal i no longitudinal dins del forn tubular durant el tractament tèrmic, fet que dóna lloc a un increment de la superfície superconductora homogènia. El projecte es distribueix en diferents parts. Inicialment es fa una introducció als superconductors d‟alta temperatura així com els mètodes de fabricació actuals de les cintes superconductores. Seguidament s‟expliquen els objectius que pretenem assolir. En un apartat posterior descrivim les tècniques experimentals utilitzades. Seguidament detallem tots els resultats obtinguts junt amb les seves caracteritzacions. Finalment estudiem el impacte ambiental que ha tingut la realització d‟aquest projecte. Detallem el cost del mateix en un pressupost. En tres annexes ampliem alguns subapartats que per manca d‟espai en el text principal no hem pogut desenvolupar.

Síntesis de nanopartículas de ferritas tipo MFe2O4 (M=Fe, Co, Cu) para su aplicación en superconductores

La tecnología actual ha permitido que en los últimos años la nanociencia y la nanotecnología sean puntos críticos en el desarrollo del conocimiento. En estos momentos se desarrollan sistemas de dimensiones nanométricas que son interesantes debido a sus potenciales aplicaciones en diferentes ámbitos como en química, física, biología, materiales, medicina, cosmética... Dentro de estos sistemas nanoscópicos se encuentran las nanopartículas, estructuras con un tamaño inferior a los 100nm de longitud. En esta clasificación existen a su vez diferentes categorías, como las nanopartículas metálicas, semiconductoras, magnéticas, etc. y es exactamente en esta última tipoogía donde se centra este estudio. Este proyecto de investigación desarrolla la síntesis de magnetita (Fe3O4), ferrita de cobalto (CoFe2O4) y ferrita de cobre (CuFe2O4) con la finalidad de utilizarlas como dopante en superconductores. El método sintético utilizado es del tipo solvotérmico y se lleva a cabo en trietilenglicol, el cual actúa a la vez como disolvente y como estabilizante de las nanopartículas. Las partículas así obtenidas son dispersables en medios polares como el etanol absoluto. Los precursores de este método sintético son los respectivos acetilacetonatos metálicos debido a que el ligando orgánico descompone en productos volátiles. Existen diferentes factores que afectan a la síntesis, tales como la velocidad de ascenso de la temperatura, la agitación, la presencia de agua, la temperatura de descomposición de los precursores, etc. Algunos de estos factores han sido estudiados con detalle y aplicados con tal de optimizar el método experimental. Las nanopartículas sintetizadas han sido analizadas mediante diversas técnicas físicas con tal de establecer diferentes parámetros, tales como su composición fnal, su pureza, su estructura, sus propiedades magnéticas, etc. Estas técnicas son diversas: desde la espectroscopia infrarroja hasta medidas mediante SQUID, pasando por rayos X, microscopía electrónica y termogravimetría. Los resultados han sido favorables en la síntesis de la magnetita y también en la ferrita de cobalto, ya que las nanopartículas obtenidas son homogéneas, fácilmente dispersables en algoholes, estables por largos períodos de teimpo, rápidas de sintetizar, etc. El único problema observado ha sido la síntesis de ferrita de cobre la cual se ha de optimizar, ya que el producto final ha resultado ser una mezcla de tres compuesto diferentes.

Anàlisi tèrmica de l'obtenció d'òxids de ceri a partir de precursors moleculars

El projecte consisteix en l’anàlisi tèrmica de l’obtenció d’òxids de ceri a partirde precursors moleculars com són el propionat de ceri (III), el propionat de ceri (III)dopat amb gadolini i el propionat de ceri (III) dopat amb zirconi. Els òxids resultantssón materials superconductors que ofereixen una resistència nul•la al pas del correnten determinades condicions. Per realitzar l’estudi hem fet servir quatre tècniques diferents: termogravimetria, calorimetria diferencial, espectrometria de masses i difracció de raigs-x

Anàlisi tèrmica de l’obtenció d’òxids de bari a partir de precursors moleculars

Aquest projecte, que col•labora amb el Grup de Recerca en Materials i termodinàmica,tractarà de com obtenir òxids de bari purs per incloure en la matriu del superconductorYBCO a partir de diversos precursors moleculars tals com l’acetat de bari, el propionatde bari i l’etil hexaonat de bari. La dificultat rau en la descomposició tèrmica d’aquestsprecursors a òxid, ja que solen descompondre’s a carbonat. L’estudi consistirà encercar les condicions que evitin la formació de carbonat i per tant afavoreixin l’obtencióde l’òxid.L’estudi es realitza fent ús de les tècniques d’anàlisi tèrmica tals com latermogravimetria i l’anàlisi tèrmica diferencial. A posteriori, també hem utilitzat ladifracció de Raigs-X que ens permetrà analitzar el residu sòlid resultat de ladescomposició i per tant saber quin compost tenim, si òxid o carbonat. Tot i això, caltenir en compte que aquesta tècnica s’ha d’aplicar en finalitzar l’anàlisi tèrmica ja quesinó l’òxid que es forma reacciona amb el CO2 de l’atmosfera amb molta facilitat ialeshores s’observa només carbonat en el resultat

Exact lower bounds to the ground-state energy of spin systems: The two-dimensional S=1/2 antiferromagnetic Heisenberg model

We present a very simple but fairly unknown method to obtain exact lower bounds to the ground-state energy of any Hamiltonian that can be partitioned into a sum of sub-Hamiltonians. The technique is applied, in particular, to the two-dimensional spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg model. Reasonably good results are easily obtained and the extension of the method to other systems is straightforward.

Characterization of hydroxyapatite laser ablation plumes by fast intensified CCD-imaging

ArF excimer laser pulses (193 nm, 20 ns, 150 mJ) have been focused on a hydroxyapatite (HA) target in similar conditions to those normally used for thin film deposition. Fast intensified CCD images of HA laser ablation plumes have been taken in vacuum and under different water vapor pressures ranging from 0.01 mbar to 1 mbar. Images of HA ablation in vacuum have shown a plume freely expanding at a constant velocity of 2.3 106 cm/s. HA ablation under a water vapor pressure of 0.01 mbar has revealed an expansion behavior very similar to that of ablation in vacuum. Images taken under a water vapor pressure of 0.1 mbar have shown the formation of a shock structure in the plume. Finally, HA ablation under a water vapor pressure of 1 mbar has revealed the development of some irregularities in the shape of the plume.

Graphoepitaxy of CeO2 on MgO and its application to the fabrication of 45° grain boundary Josephson junctions of YBa2Cu3O7-x

We communicate a detailed study of the epitaxial growth of CeO2 on MgO. The key feature of the growth is the dependence of the in¿plane orientation of the CeO2 epitaxial layer on the MgO surface morphology. Atomic force microscopic (AFM) measurements, x¿ray analyses, as well as high¿resolution transmission electron microscopy (HRTEM) investigations reveal that on rough substrates a cube¿on¿cube growth of CeO2 on MgO occurs while on smooth substrates the CeO2 unit cell is rotated around the surface normal by 45° with respect to the MgO unit cell when the deposition rate is low (~0.3 Å/s) during the first stages of growth. This growth mechanism can be used for a defined fabrication of 45° grain boundaries in the CeO2 layer by controlling the surface roughness of the MgO substrate. This report demonstrates that these 45° grain boundaries may be used to fabricate YBa2Cu3O7¿x Josephson junctions.

Grain boundaries in vortex matter

We explore the statistical properties of grain boundaries in the vortex polycrystalline phase of type-II superconductors. Treating grain boundaries as arrays of dislocations interacting through linear elasticity, we show that self-interaction of a deformed grain boundary is equivalent to a nonlocal long-range surface tension. This affects the pinning properties of grain boundaries, which are found to be less rough than isolated dislocations. The presence of grain boundaries has an important effect on the transport properties of type-II superconductors as we show by numerical simulations: our results indicate that the critical current is higher for a vortex polycrystal than for a regular vortex lattice. Finally, we discuss the possible role of grain boundaries in vortex lattice melting. Through a phenomenological theory we show that melting can be preceded by an intermediate polycrystalline phase.

Superconducting p-branes and extremal black holes

In Einstein-Maxwell theory, magnetic flux lines are "expelled" from a black hole as extremality is approached, in the sense that the component of the field strength normal to the horizon goes to zero. Thus, extremal black holes are found to exhibit the sort of ¿Meissner effect¿ which is characteristic of superconducting media. We review some of the evidence for this effect and present new evidence for it using recently found black hole solutions in string theory and Kaluza-Klein theory. We also present some new solutions, which arise naturally in string theory, which are non-superconducting extremal black holes. We present a nice geometrical interpretation of these effects derived by looking carefully at the higher dimensional configurations from which the lower dimensional black hole solutions are obtained. We show that other extremal solitonic objects in string theory (such as p-branes) can also display superconducting properties. In particular, we argue that the relativistic London equation will hold on the world volume of ¿light¿ superconducting p-branes (which are embedded in flat space), and that minimally coupled zero modes will propagate in the adS factor of the near-horizon geometries of "heavy," or gravitating, superconducting p-branes.

Quantum tunneling of domain walls in ferromagnets

We present a theoretical study of the quantum depinning of domain walls. Our approach extends earlier work by Stamp and confirms his suggestion that quantum tunneling of domain walls in ferromagnets may reveal itself at a macroscopic level in a manner similar to the Josephson effect in superconductors. The rate of tunneling of a domain wall through a barrier formed by a planar defect is calculated in terms of macroscopic parameters of the ferromagnet. A universal behavior of the WKB exponent in the limit of small barriers is demonstrated. The effect of dissipation on the tunneling rate is studied. It is argued that quantum diffusion of domain walls apparently explains a nonthermal magnetic relaxation observed in some materials at low temperatures.