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.

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.

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

Nanostructuració d'òxids mitjançant mètodes de solució química avançats i nanolitografia tova

Un dels reptes tecnològics més importants del segle XXI és el desenvolupament i organització de materials funcionals a escala nanomètrica ja que permet modificar-ne les propietats fonamentals i generar-ne de noves. En el cas dels òxids complexos aquesta tecnologia ha generat grans perspectives en diferents àrees d’estudi perquè presenten propietats molt interessants com la magnetoresistència colossal, superconductivitat o multiferroicitat. En particular, en l’òxid complex superconductor YBa2Cu3O7 (YBCO) s’ha demostrat que la formació de capes superconductores sobre plantilles nanoestructurades o bé la formació de nanocompostos en una matriu superconductora permet millorar de manera espectacular les seves propietats (corrent crític). Aquests resultats introduiran canvis paradigmàtics en la tecnologia de l’energia elèctrica (cables, motors, generadors) i en totes aquelles aplicacions que requereixin camps magnètics intensos. Ara bé, cal aconseguir-ho mitjançant tècniques de baix cost i que permetin un fàcil escalat. Durant els 4 mesos que s’ha disfrutat de l’ajut BP s’han preparat amb èxit noves capes primes superconductores nanoestructurades mitjançant la introducció d’una fase secundària nanomètrica complexa, Ba2YTaO6 (BYTO), dins la matriu d’YBCO pel mètode de baix cost de deposició de solucions químiques. Aquesta nova composició ha donat lloc a un augment significatiu de les propietats superconductores comparat amb la fase tradicional d’YBCO i per tant tenen gran potencial per fabricar futures cintes superconductores.

Generic finite-size enhancement of pairing in mesoscopic Fermi systems

The finite-size-dependent enhancement of pairing in mesoscopic Fermi systems is studied under the assumption that the BCS approach is valid and that the two-body force is size independent. Different systems are investigated such as superconducting metallic grains and films as well as atomic nuclei. It is shown that the finite size enhancement of pairing in these systems is in part due to the presence of a surface which accounts quite well for the data of nuclei and explains a good fraction of the enhancement in Al grains.

Oxygen content and inhomogeneity effects on the electrical properties of YBa2Cu3Oy thin films

Oxygen content is a very important factor influencing the electrical properties of YBa2Cu3Oy. In this work the electrical properties of laser deposited YBa2Cu3Oy thin films on LaAlO3(100), in the whole range 6 y 7, are studied. An electrical network model, which randomly assigns oxygen contents and R(T) characteristics to the different elements in the circuit according to an arbitrary distribution, is used to analyze several features in the measured R(T) characteristics as a function of oxygen homogeneity. The model takes into account both short-range and long-range oxygen inhomogeneities. Good agreement between estimated oxygen contents from x-ray diffraction data in our samples and the average oxygen contents used to reproduce their R(T) characteristics is found. The model points out that oxygen homogeneity is very important in order to get the best and reproducible properties, and for conduction and superconductivity analysis through the shape or derivatives of R(T) characteristics.

Epitaxial growth of Y-doped SrZrO3 films on MgO by pulsed laser deposition

Epitaxial thin films of Y¿doped SrZrO3 have been grown on MgO(001) by pulsed laser deposition. The deposition process has been performed at temperatures of 1000¿1200¿°C and at an oxygen pressure of 1.5×10¿1 mbar. The samples are characterized by Rutherford backscattering spectrometry/channeling (RBS/C) and x¿ray diffraction (XRD). We found an epitaxial relationship of SrZrO3 (0k0) [101]¿MgO (001) [100]. Good crystalline quality is confirmed by RBS/C minimum yield values of 9% and a FWHM of 0.35° of the XRD rocking curve.

Reduced microwave losses of YBa2Cu3O7_thin films on electro-optic LiNbO3 crystals

We report on the growth of epitaxial YBa2Cu3O7 thin films on X-cut LiNbO3 single crystals. The use of double CeO2/YSZ buffer layers allows a single in-plane orientation of YBa2Cu3O7, and results in superior superconducting properties. In particular, surface resistance Rs values of 1.4 m¿ have been measured at 8 GHz and 65 K. The attainment of such low values of Rs constitutes a key step toward the incorporation of high Tc materials as electrodes in photonic and acoustic devices.

Threading dislocation lines in two-sided flux-array decorations

Two-sided flux decoration experiments indicate that threading dislocation lines (TDLs), which cross the entire film, are sometimes trapped in metastable states. We calculate the elastic energy associated with the meanderings of a TDL. The TDL behaves as an anisotropic and dispersive string with thermal fluctuations largely along its Burgers vector. These fluctuations also modify the structure factor of the vortex solid. Both effects can, in principle, be used to estimate the elastic moduli of the material.

Elasticity and melting of vortex crystals in anisotropic superconductors: Beyond the continuum regime.

The elastic moduli of vortex crystals in anisotropic superconductors are frequently involved in the investigation of their phase diagram and transport properties. We provide a detailed analysis of the harmonic eigenvalues (normal modes) of the vortex lattice for general values of the magnetic field strength, going beyond the elastic continuum regime. The detailed behavior of these wave-vector-dependent eigenvalues within the Brillouin zone (BZ), is compared with several frequently used approximations that we also recalculate. Throughout the BZ, transverse modes are less costly than their longitudinal counterparts, and there is an angular dependence which becomes more marked close to the zone boundary. Based on these results, we propose an analytic correction to the nonlocal continuum formulas which fits quite well the numerical behavior of the eigenvalues in the London regime. We use this approximate expression to calculate thermal fluctuations and the full melting line (according to Lindeman's criterion) for various values of the anisotropy parameter.