Síntesis y caracterización del superconductor Y1Ba2Cu3O7-δ de alta temperatura crítica

Abstract

Los polvos superconductores YBa2Cu3O7-δ fueron preparados por el método de síntesis por combustión en solución usando un horno tipo manta térmica a partir de nitratos de Y, Ba y Cu, y una mezcla de urea y glicina como combustibles. Todos los reactantes fueron balanceados estequiométricamente de acuerdo con el principio de propelente para obtener la fase YBa2Cu3O7-δ. Los polvos obtenidos necesitaron un tratamiento térmico posterior a la reacción a 920 °C por 2h en aire. La caracterización por difracción de rayos x (DRX) mostró que los polvos sintetizados tienen una fase superconductora Y1Ba2Cu3O7-δ predominante con una estructura cristalina ortorrómbica y fases complementarias no superconductoras como Y3Ba8Cu5O18-δ y Y2Ba1Cu1O5. El tamaño de cristalito promedio fue 65 nm calculado de acuerdo con el método de Le Bail. Sin embargo, los resultados de la microscopia electrónica de transmisión (MET) mostraron que la mayoría de los granos tienen un diámetro promedio de 300 nm. Esta diferencia es porque en un grano puede ser conformado por uno o más cristalitos. La medición de transporte eléctrico por el método de 4 puntas y magnetometría SQUID indicaron la temperatura crítica 𝑇𝑐~ 91 𝐾 y 𝑇𝑐~ 92 𝐾 para magnetización ZFC y FC, respectivamente. También, las mediciones de magnetorresistencia por el método de 4 puntas usando un PPMS indicaron la temperatura crítica 𝑇𝑐~ 92 𝐾 y mostraron que las muestras son fuertemente sensibles a campo magnéticos aplicados. Los ciclos de histéresis magnéticos H-M tuvieron un comportamiento superconductor para bajos y altos campos magnéticos en la muestra a 10 K y 50 K con campos críticos 𝐻𝑐1 ~ 1 𝑘𝑂𝑒 y 𝐻𝑐 ~ 162 𝑂𝑒, respectivamente. La densidad de corriente crítica fue 16 MAcm-2 a 10 K y 0.8 T de campo aplicado y 0.74 MAcm-2 a 50 K y 1 T los cuales fueron calculados de acuerdo con el modelo de estado crítico de Bean.

The Y1Ba2Cu3O7-δ superconducting powders were prepared by the method of solution combustion synthesis using a thermal blanket type furnace using nitrates of Y, Ba and Cu, and a mixture of urea and glycine as fuels. All the reactants were stoichiometrically balanced according to the principle of propellant chemistry to obtain the Y1Ba2Cu3O7-δ phase. The obtained powders required a post-reaction heat treatment at 920 ° C for 2h in air. The X-ray diffraction (XRD) characterization showed that the synthesized powder has a predominant YBa2Cu3O7-δ superconducting phase with an orthorhombic crystal structure and complementary non-superconducting phases such as Y3Ba8Cu5O18-δ and Y2Ba1Cu1O5. The average crystallite size was 65 nm calculated according to the Le Bail’s method. However, the results by transmission electron microscopy (TEM) showed that most of the grains had an average diameter of 300 nm. This difference is because in a grain can be formed by one or more crystallites. The measurement of electrical transport by the 4-probe method and SQUID magnetometry indicated the critical temperature 𝑇𝑐~ 91 𝐾 and 𝑇𝑐~ 92 𝐾 for ZFC and FC magnetization, respectively. In addition, the magnetoresistance measurement by 4-probe method using PPMS indicated the critical temperature 𝑇𝑐~ 92 𝐾 and showed that the sample was strongly sensitive to applied magnetic fields. The magnetic hysteresis loops M-H had a superconducting behaviour for low and high magnetic fields on the sample at 10 K and 50 K with critical fields 𝐻𝑐1 ~ 1 𝑘𝑂𝑒 y 𝐻𝑐1 ~ 162 𝑂𝑒, respectively. The critical current density was 16 MAcm-2 at 10 K and 0.8 T of applied field and 0.74 MAcm-2 at 50K and 1 T which were calculated according to Bean’s critical state model.