Vortex pinning and creep in YBCO nanocomposite films grown by chemical solution deposition / Ferran Vallès Pérez ; supervisors Dr. Anna Palau Masoliver, Prof. Teresa Puig Molina
Vallès Pérez, Ferran
Palau Masoliver, Anna, dir.
Puig i Molina, Mª Teresa, dir.
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2019.
Descripció: 1 recurs en línia (192 pàgines)
Resum: b. A més a més, la contribució isotròpica de relaxació associada a les regions de nanostrain també es minimitza en el cas dels nanocomposites. En aquest treball es mostra que els nanocomposites proveeixen al mateix temps ancoratge més fort i relaxació més lenta de flux magnètic, especialment a camps magnètics baixos i intermedis i a temperatures baixes i intermèdies. La regió d'aquestes bones propietats es pot eixamplar més a camps i temperatures més alts mitjançant nano-enginyeria addicional, comptant amb que s'ha vist que diferents paisatges de defectes poden ser particularment interessants per diferents condicions donades. $a b) i a l'eix-c (H $a La fabricació de capes superconductores nanocomposite d'YBa2Cu3O7-x (YBCO) mitjançant la incorporació de nanopartícules a la matriu ha demostrat haver realçat el rendiment d'ancoratge de vòrtexs sota camps magnètics aplicats i haver reduït l'anisotropia efectiva, garantint un gran potencial pel seu ús en nombroses aplicacions. Diferents concentracions, mides i processos de creixement de les nanopartícules condueixen a una rica varietat de defectes en les capes, llur efectivitat en ancoratge i relaxació de vòrtexs depèn de la temperatura i la magnitud i orientació del camp magnètic. En aquesta tesi, es presenta una amplia investigació en nanocomposites d'YBCO crescuts mitjançant la tècnica escalable i de baix cost "depòsit de solucions químiques" (CSD), en la que la incorporació de nanopartícules s'obté seguint dues estratègies diferents: nanopartícules de segregació espontània i nanopartícules prèviament formades. Mitjançant la combinació de mesures de transport elèctric amb l'anàlisi micro-estructural efectuat amb XRD o STEM, ha estat possible establir correlacions entre les propietats superconductores i el paisatge de defectes, la qual cosa ens ha permès separar contribucions d'ancoratge i relaxació de vòrtexs en les regions del diagrama camp-magnètic-temperatura i així preveure el millor paisatge per funcionar a certes condicions fins a camps magnètics molt intensos (35 T). S'ha demostrat que la incorporació de nanopartícules indueix altes densitats de falles d'apilament que afecten les contribucions d'ancoratge i relaxació de vòrtexs a qualsevol orientació. Grans forces d'ancoratge isotròpic sorgeixen a camps magnètics baixos i intermedis i a temperatures baixes i intermèdies. Per altra banda, les contribucions d'ancoratge anisotròpic es veuen altament alterades, especialment a camps magnètics intensos i temperatures altes. L'arranjament i la tipologia de les falles d'apilament induïdes per la incorporació de nanopartícules és determinant per la ponderació final de contribucions d'ancoratge. Aquí demostrem que l'ús de nanopartícules petites prèviament formades (7 nm) habilita el bon control d'una microestructura rica en falles d'apilament. S'ha identificat que un paisatge de defectes caracteritzat per una gran densitat de falles curtes i homogèniament distribuïdes és el millor dels paisatges possibles per promoure contribucions d'ancoratge isotròpic enormes atribuïdes al nanostrain localitzat a les vores de les falles d'apilament i a defectes atòmics que poden ser vacants de Cu-O situades en l'interior de les falles d'apilament. A més a més, la gran densitat de falles d'apilament és concomitant a una gran densitat de plans de macla, ambdós defectes beneficiosos per l'ancoratge anisotròpic quan el camp magnètic és paral·lel als plans-ab (H $c i especialment H $c . Els nanocomposites gruixuts de nanopartícules prèviament formades han mostrat evitar significativament aquest trencament de la coherència i ser capaços d'assolir corrents crítiques altes a camps magnètics intensos i altes temperatures. Els falles d'apilament també han mostrat jugar un paper decisiu en l'impediment d'excitacions double-kink, que estimulen la relaxació de flux magnètic per H $c ), respectivament. No obstant, la coherència dels plans de macla es trenca més sovint, cosa que fa que disminueixi la temperatura en la qual l'ancoratge anisotròpic és efectiu per H.
Resum: b. Furthermore, the isotropic flux creep contribution associated to the nanostrained regions is also reduced in nanocomposites. In this work, it is shown that nanocomposites provide simultaneously higher flux pinning and lower flux creep especially at low-intermediate temperatures and at low-intermediate magnetic fields. The region of this outstanding performance can be enlarged to larger fields and temperatures by further nanoengineering, where it has been shown that different defect landscapes can be particularly interesting for given operating conditions. $a b) and the c-axis (H $a The fabrication of superconducting YBa2Cu3O7-x (YBCO) nanocomposite films by the incorporation of nanoparticles in the matrix has demonstrated to strongly enhance the vortex pinning performances under applied magnetic fields and to reduce the effective anisotropy, ensuring great potential for their use in a broad number of applications. Different nanoparticle concentrations, sizes and growth process conditions lead to a rich variety of defects in the films, whose vortex pinning and vortex creep effectiveness depends on temperature and the magnitude and orientation of the magnetic field. In this thesis, it is presented an extensive research of YBCO nanocomposites grown by the scalable and low-cost chemical solution deposition (CSD) technique, where the incorporation of nanoparticles is obtained following two different approaches: spontaneous segregated nanoparticles and preformed nanoparticles. By the combination of electrical transport measurements with XRD and STEM microstructural analysis, correlation between superconducting performance and the defect landscape has been possible, allowing us to separate pinning and creep contributions in the regions of the magnetic-field--temperature diagram and therefore foresee the best landscape to operate at certain conditions up to very high magnetic fields (35 T). It has been demonstrated that the incorporation of nanoparticles induces large densities of stacking faults which strongly affect the pinning and creep contributions in all orientations. Large isotropic pinning forces arise at low-intermediate magnetic fields and at low-intermediate temperatures and anisotropic pinning contributions are strongly altered, especially at high magnetic fields and temperatures. The arrangement and the typology of the stacking faults induced by the incorporation of nanoparticles is determinant for the final balance of vortex pinning contributions. We demonstrate that the use of preformed small nanoparticles (7 nm) enables a very good control of the stacking-fault-rich microstructure. A defect landscape characterized by a large density of homogeneously distributed short stacking faults has been identified as the best one to promote huge isotropic pinning contributions, which are ascribed to the nanostrain located at the edges of stacking faults and to atomic defects which may be Cu-O vacancies hosted by stacking faults. Furthermore, the large density of stacking faults is concomitant with a large density of twin boundaries, both beneficial for the anisotropic pinning when the magnetic field orientation is parallel to the ab-planes (H $c and especially H $c . Thick nanocomposites from preformed nanoparticles have shown to significantly avoid this coherence segmentation and be able to afford large critical currents at high magnetic fields and high temperatures. Stacking faults have been also found to play a decisive role for the preclusion of double kink excitations, which boost magnetic flux creep for H $c ) respectively. However, the coherence of twin boundaries is commonly broken, which reduces the temperature where anisotropic pinning is effective for H.
Nota: Tesi. Doctorat. Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física. 2019.
Drets: L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: Creative Commons
Llengua: Anglès
Document: Tesis i dissertacions electròniques. ; Tesi doctoral ; Versió publicada
Matèria: Pel·lícules fines ; Superconductivitat a alta temperatura ; Vòrtexs
ISBN: 9788449087189

Adreça alternativa: https://hdl.handle.net/10803/667226


193 p, 8.8 MB

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

 Registre creat el 2019-10-14, darrera modificació el 2021-08-07



   Favorit i Compartir