Transient Liquid Assisted Growth of YBCO Superconducting Films
Els superconductors d'alta temperatura (HTS) han liderat els programes d'investigació I desenvolupament durant tres dècades i actualment es troben a prop de ser integrats en aplicacions de gran escala, en forma de cintes superconductores (CCs), una arquitectura de cinta robusta i flexible...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2020 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:241156 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/241156 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Capes primes Superconductors d'alta temperatura Creixement in situ Capas delgadas Thin films Superconductores de alta temperatura High temperature superconductors Crecimiento in situ In-situ growth Ciències Experimentals 538.9 |
| Sumario: | Els superconductors d'alta temperatura (HTS) han liderat els programes d'investigació I desenvolupament durant tres dècades i actualment es troben a prop de ser integrats en aplicacions de gran escala, en forma de cintes superconductores (CCs), una arquitectura de cinta robusta i flexible que permet el creixement texturat d'aquest material fràgil. Un escull pendent per l'amplia implementació de les CCs és l'alt ratio de cost/prestació, essencialment controlat pel creixement complexa i descelerat de la capa de HTS. En aquesta tesis, vem agafar el repte de millorar el rendiment i cost dels mètodes de creixement convencionals a través del desenvolupament d'una nova tècnica de creixement que combina la deposició de solucions químiques (CSD), deposició del precursor inherentment de baix cost, amb l'alta velocitat de creixement, una aproximació de creixement de no equilibri que permet la formació d'una fase líquida transitòria (Ba-Cu-O) que condueix a la cristal·lització del producte final: Creixement Assistit per Líquid Transitori a través de CSD (TLAG-CSD). Hem utilitzat aquest procés nou per créixer capes primes de YBa2Cu3O7-d (YBCO), un material HTS basat en cuprats de inigualables prestacions sota camps magnètics aplicats i altes temperatures. Aquestes propietats tan impressionants sols es poden assolir si el compost, elèctricament anisotròpic, exhibeix una textura biaxial i conté suficients defectes per ancorar els vòrtexs, quantificacions de flux magnètic que necessiten ser immobilitzades per obtenir conducció de corrent elèctric sense pèrdues. Per tant, no tan sols pretenem la comprensió dels fonaments del procés TLAG-CSD, sinó també promoure formes de creixement epitaxial a grans velocitats, evitant les causes de degradació del corrent, i fomentant l'enriquiment d'un paisatge adequat per l'ancoratge de vòrtexs. Per afrontar aquests reptes, hem combinat varis mètodes avançats de caracterització: Hem realitzat experiments de creixement in-situ en una instal·lació de llum sincrotró per avaluar la cinètica de creixement a diferents pressions parcial i total d'oxigen, temperatura de creixement, rampa d'escalfament, gruix de la capa HTS i composició, així com l'addició de nanopartícules (NP). La combinació dels diferents experiments s'ha resumit satisfactòriament en els anomenats diagrames de fase cinètics, una representació visual dels processos fora de l'equilibri i un roadmap per la seva utilització. Les capes de YBCO epitaxial orientades segons l'eix c s'han estudiar minuciosament amb difracció de raigs-X, microscòpia electrònica de transmissió (TEM), experiments de transport elèctric a baixes temperatures i inducció magnètica per identificar les limitacions i oportunitats del procés. Això va incloure l'estudi de la microestructura del YBCO i les propietats elèctriques per evitar la reactivitat del líquid amb el substrat, la segregació de fases secundaries, a la vegada que asseguràvem l'eliminació del CO2 i el dopatge d'oxigen de l'estructura cristal·lina. Finalment, hem revelat que amb el mètode TLAG-CSD es poden assolir velocitats de creixement epitaxial per sobre de 100nm/s, sobrepassant dos ordres de magnitud les tècniques convencionals utilitzades en la fabricació de CC (TFA-CSD/PLD/MOCVD). Les capes superconductores van assolir un alineament epitaxial alt dels grans (Δω<0.6º i Δφ<1º), temperatures crítiques (Tc=88-92K) i densitats de corrent competitives (Jc(77K)=2-5MA/cm2). A més, classifiquem el procés TLAG-CSD com altament versàtil per enriquir el paisatge d'ancoratge de vòrtexs, no solament a través de la capacitat de promoure una alta densitat de faltes d'apilament i grans de YBCO orientats-ab molt petits (5-10nm) en les capes de YBCO, sinó per la seva compatibilitat per formar nanocompostos amb l'addició de nanopartícules preformades. |
|---|