Per citar aquest document: http://ddd.uab.cat/record/116398
In-depth investigation of the origin, evolution and interaction of structural defects in YBCO nanocomposite thin films / Roger Guzmán Aluja ; direcció Jaume Gàzquez Alabart, Jordi Arbiol Cobos ; tutoria: Àlvar Sánchez Moreno
Guzmán Aluja, Roger
Sánchez Moreno, Álvaro, tutor (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
Institut de Ciència de Materials de Barcelona

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2014
Descripció: 1 recurs electrònic (152 p.)
Resum: Des del descobriment de la superconductivitat d'alta temperatura (HTS), el desenvolupament tecnològic d'un cable superconductor d'alta corrent ha sigut una prioritat per aprofitar plenament les seves capacitats de transport corrent elèctric. Les cintes superconductores basades en el material YBa2Cu3O7-ɗ (YBCO) (o ‘coated conductors', CC), han assolit els requisits necessaris per a la demanda d'energia i la producció de cables superconductors de segona generació (2G). Aquests cables es basen en una arquitectura en la qual una pel·lícula de material superconductor creix epitaxialment sobre un substrat metàl·lic texturat. Noves tècniques emprades en la producció de cables superconductors 2G, com la deposició de solucions químiques (CSD), han esdevingut una alternativa degut al menor impacte econòmic en la seva fabricació vers les tècniques tradicionals de deposició de vapor que necessiten de sofisticats sistemes d'alt buit. A més, permet una fàcil escalabilitat i per tant és una forma d'obtenir cables superconductors comercials competitius. No obstant això, per aconseguir el màxim potencial de cara a les aplicacions és bo tenir en compte un altre requisit abans de enfrontar-se als processos de deposició a gran escala. Aquest requisit implica la introducció controlada d'una densitat de defectes que permeti la millora de la conducció de corrent en presència d'un camp magnètic. Les capacitats de transportar corrent milloren si s'aconsegueix controlar la presència de defectes nanomètrics dins la matriu superconductora els quals actuen com a centres d'ancoratge de vòrtex magnètics. Per tant, la investigació de l'estructura atòmica dels defectes és crucial per a la comprensió de l'eficiència d'aquests superconductors. Aquesta tesi es centra en la investigació i caracterització dels defectes responsables de la millora de les propietats superconductores, així com el seu origen, evolució i interacció, mitjançant la Microscòpia Electrònica de Transmissió en mode d'escaneig (STEM). Actualment, els microscopis amb corrector d'aberracions s'han convertit en l'eina més potent i versàtil per a la investigació estructural a nivell atòmic. Permeten la possibilitat de combinar la informació estructural amb l'anàlisi químic del material amb alta resolució espacial i d'energia, i vincular l'estructura atòmica i electrònica dels sòlids amb les propietats macroscòpiques. Aquesta tesi està estructurada en sis capítols. El capítol 1 és una introducció a les propietats dels superconductors d'alta temperatura i en especial del material YBCO, que inclou una resum del mètode de creixement per deposició de solucions. En el capítol 2, descriuré breument les tècniques experimentals utilitzades per a la caracterització de les pel·lícules primes que es presenten en aquest treball. El Capítol 3 és una visió general de la microestructura de les pel·lícules de YBCO amb l'addició de les fases secundàries BaZrO3, Ba2YTaO6 i Y2O3 en forma de nanopartícules. Aquestes pel·lícules nanoestructurades ofereixen una alta densitat de defectes artificials i una forta millora de les propietats superconductores en comparació amb les pel·lícules de YBCO pures. Els defectes responsables d'aquesta millora es caracteritzen en el capítol 4. Aquests, consisteixen principalment en la introducció d'un pla extra de Cu-O dins la cel·la unitat del YBCO (localment formant la fase Y248). L'alta densitat de defectes donen lloc a una microestructura molt complexa en la qual els defectes interactuen entre si i amb les nanopartícules no superconductores. En el capítol 5 descriuré aquestes interaccions entre els intercreixements Y248 i els plans de macla. La formació d'una gran quantitat de defectes rics en Cu pot donar lloc a desviaments locals de l'estequiometria del compost, ja que les pel·lícules es preparen a partir d'una solució metalorgànica precursora estequiomètrica que posteriorment es converteix en el. En el capítol 6 es mostrarà com el sistema resol aquest problema, mitjançant la generació de vacants de coure al llarg dels defectes planars. Finalment, es presenten les conclusions generals d'aquest estudi.
Resum: Since the discovery of high-temperature superconductivity (HTS) in cuprate materials, efforts have focused on developing a high-current superconducting wire technology to fully exploit their fundamental current-carrying capability. Superconducting YBa2Cu3O7-ɗ (YBCO) based tapes, referred to as coated conductors (CCs), have achieved the needed requirements for the power demand and production of second generation (2G) superconducting wires. These wires are based on an architecture where a coating of a superconducting film grows epitaxially onto a biaxially textured substrate. The techniques used in the production of 2G superconducting wires have given new alternatives, like chemical solution deposition (CSD), where the main advantage is a lower economic impact in its fabrication compared to the vapor deposition techniques that needs of sophisticated high vacuum systems. Furthermore, it allows for an easy scalability and thus it is a way to obtain competitive commercial superconducting wires. However, to achieve the maximum potential of applications is good to consider another requirement before facing the large scale deposition processes. This requirement implies the controlled introduction of a density of defects allowing the enhancement of the flux pinning when applying magnetic field. Current-carrying capabilities are strongly enhanced if well-controlled nanometric defects are present inside the epitaxial superconducting matrix acting as vortex pinning centers and preventing resistive loses. Therefore, the investigation of the atomic structure of individual defects is thus critical to the understanding of the flux pinning efficiency of these HTS superconductors. This thesis is focused in the detailed investigation and characterization of the particular defects in the material responsible of the strong enhancement of the superconducting properties, as well as its origin, evolution and its complex interaction, by means of the aberration-corrected Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). The particular geometry of this microscopes operated in scanning mode, provides the possibility to combine the structural information together with the chemical analysis of the material at high spatial and energy resolution, permitting to link the atomic and electronic structure of solids to their macroscopic properties. This thesis is divided in six main chapters. The properties of high temperature superconductors and especially of YBCO are reviewed in Chapter 1, including an overview of the chemical solution deposition route and a brief summary of the TFA-YBCO growth process. In Chapter 2 I describe briefly the experimental techniques used for the characterization of the CSD thin films presented in this work. Chapter 3 is a general overview of the microstructure found in YBCO films with the addition of BaZrO3, Ba2YTaO6 and Y2O3 as secondary phase nanoparticles. These nanostructured films are found to feature a high density of artificial defects and a strong enhancement of the superconducting properties compared to pristine YBCO films. The particular defects responsible of this enhancement are characterized in Chapter 4. They mainly consist on the introduction of an extra Cu-O layer in the YBCO unit cell (Y248 intergrowths). The high density of defects found in CSD films give rise to a highly complex defect landscape where they interact with each other and with the non-superconducting nanoparticles. In Chapter 5 I will describe the interactions between the commonest structural defects found in YBCO thin films: Y248 intergrowths and twin boundaries. The formation of a large amount of Cu-rich faults may lead to local off-stoichiometries since such films are prepared from a stoichiometric metalorganic precursor solution that is converted to the YBCO following a two step thermal treatment. In Chapter 6 it will be shown how the system overcome this issue, which involves the generation of Cu vacancies along the planar defects. Finally, I present the general conclusions of this study.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2013
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Institut de Ciència de Materials de Barcelona ICMAB-CSIC. Departament de Materials Superconductors i Nanoestructuració a Gran Escala, 2013
Drets: ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Llengua: Anglès
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Òxid de coure, bari i itri (YBa2Cu3O7) ; Microscòpia electrònica de transmissió ; Pel·lícules fines ; Superconductivitat a alta temperatura
ISBN: 9788449041945

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/129295


152 p, 12.6 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2014-03-04, darrera modificació el 2016-04-17



   Favorit i Compartir