Influența Condițiilor de Sinteză Asupra Proprietăților Structurale și de Transport în Supraconductorul BI 2223

INTRODUCERE

Supraconductibilitatea a fost descoperită în anul 1911 dc către Heike Kammerling Onnes şi din acel moment a fost unul din domeniile cele mai studiate în fizică. Onnes descoperă în laboratorul din Leiden, Olanda, supraconductibilitatea, care s-a manifestat prin faptul că mercurul (Hg) prezintă sub 4,2 K rezistenţă electrică zero. A doua proprietate a stării supraconductoare, diamagnetismul perfect, este descoperită de Meissncr şi Ochsenfeld în 1933.

Cunoaşterea proprietăţilor stării normale şi explicarea acestora este alternativa de bază în identificarea mecanismelor care intră în acţiune pentru apariţia stării supraconductoarc la temperaturi înalte. în această categorie de proprietăţi, conducţia electrică în straturile supraconductoare CuO2 reprezintă obiectul unui număr mare de studii. Acestea au căutat să identifice factorii intrinseci şi extrinseci ce contribuie la rezistivitatea electrică.

Studiul supraconductibilităţii a cunoscut o relansare spectaculoasă o dată cu punerea în evidenţă a acestui fenomen la temperaturi înalte (Tc = 40 K) în sistemul La - Sr - Cu - O de către Bednoz şi Muller în anul 1986. în perioada scursă de la descoperirea supraconductibilităţii la temperaturi înalte şi până în prezent au fost sinterizate un număr mare de sisteme cu temperatura critică tot mai ridicată. Valoarea cea mai mare a Tc este aproximativ 134 K la sistemul HgBa2Ca2Cu3Oy [1].

Descoperirea supraconductibilităţii la temperaturi înalte în sistemele ceramice a produs o adevărată revoluţie în fizica stării condensate, în electricitate şi în magnetism. Printre compuşii ceramici supraconductori care s-au bucurat de un interes deosebit se numără şi compusul (Bi,Pb):2223 cu temperatura critică de aproximativ 110 K. Acest lucru se datorează faptului că aceste ceramici se bazează pe bismut; ele au devenit mult mai ieftine, deoarece nu mai erau necesare pământurile rare, mult mai scumpe. De asemenea, interesul asupra acestei categorii este datorat şi proprietăţilor sale fizice deosebite, cât şi perspectivelor de aplicare în practică:

- straturi subţiri

- benzi supraconductoarc

- fire de lungimi impresionante (> 200 m) şi cu densităţi de curent Jc =104 A/cm2 la 77,3 K (curent critic de 14 A) au fost obţinute prin sinteza compusului "2223" în tuburi subţiri de argint cu o secţiune de 0,25 mm • 2,6 mm. [2].

Proprietăţile intrinseci ale conducţiei electrice stau la baza modelelor teoretice elaborate la compuşii HTS. Aceste proprietăţi sunt însă alterate în majoritatea cazurilor de către proprietăţile extrinseci, datorate, de exemplu, defectelor materialului. în materialele HTS defectele joacă un rol important din două motive de bază.

În compuşii monocristalini. defectele cu un diametru de dimensiune comparabilă cu lungimea de coerenţă sunt centrii de fixare a cuantei de flux „flux pinning" (FP) în materiale. Creşterea numărului centrilor de FP puternici duce la creşterea densităţii curentului critic.

Defectele cu dimensiuni mari conduc însă la reducerea puternică a densităţii curentului critic. Acest fapt se datorează lungimii de coerenţă mici în compuşii HTS. Corelaţia între regiunile adiacente defectului este puternic diminuată (când dimensiunea defectului este mai mare decât lungimea de coerenţă), motiv pentru care regiunea cu defect se numeşte slabă legătură (weak links WL) . Acest tip de defecte influenţează anizotropia conducţiei electrice.

Scurt istoric al supraconductibilităţii

Supraconductibilitatea a fost descoperită de Heike Kamerlingh Onnes în Olanda în anul 1911 ca rezultat al studierii rezistivităţii mercurului, care la aproximativ 4,2 K are rezistivitatea zero.

Repere importante ale supraconductibilităţii

1911 - Fizicianul danez H.K. Onnes descoperă supraconductibilitatea mercurului la 4,15 K 1933 - W. Meissner şi R. Ochsenfeld descoperă diamagnetismul perfect al supraconductorilor în câmp magnetic sub valoarea critică H<Hc (efect Meissner)

1935 - H. London şi F. London descoperă o relaţie fenomenologică între densitatea

curentului j si potenţialul vector A, relaţie cunoscută ca ecuaţia London

1941 - Este descoperită supraconductibilitatea în nitraţi de niobiu la 16K

1950 - Ginsburg şi Landau postulează diferenţa de energie între faza normală si cea

supraconductoare la tranziţia temperaturii, în parametrii normali

1953 - Se descoperă supraconductibilitatea pentru V3Si la 17,5 K

1957 - John Bardeen, Leon Cooper şi John Schrieffer introduc teoria microscopică BCS -tranziţie fonon-electron. în acelaşi an A.A. Abrikosov artă apariţia stării de vortex la supraconductorii de tip II.

1962 - B.D. Josephson prezice remarcabila teorie ce-i poartă numele. Oamenii de ştiinţă de la Westinghouse fac primul fir comercial supraconductor de niobiu-titan

1967 - U. Essman si II.Trauble identifică reţeaua de vortexuri Abrikosov prin decorare magnetică.

1973 - J.R. Gavaler găseşte Nb3Ge, supraconductor cu Tc de până la 23,2 K

1986 - Cercetătorii de la IBM, Alex Miiller şi Georg Bednorz fac o componentă ceramică de lantan, bariu, cupru şi oxigen, supraconductoare la 35 K [3-4].

1987 - Compusul YBa2Cu307 este descoperit ca fiind un supraconductor peste 90 K. Primul compus din familia BiSrCaCuO, Bi2Sr2Cu06 este găsit ca fiind un supraconductor

1988 - Sunt găsiţi supraconductorii din familia BiSrCaCuO cu Tc de până lai 10 K şi cei din familia TIBaCaCuO cu Tc de până 125 K.

1993 - a. Schilling produce un supraconductor din mercur, bariu şi cupru (HgBa2Ca2Cu20g) cu o temperatură de tranziţie del33 K; C.W.Chu ridică această temperatură la 150 K prin tratare la presiune ridicată

1994-2000 - Sunt studiate noi grupe de supraconductori HTS. Sunt date câteva explicaţii teoretice asupra caracteristicilor neconvenţionale ale supraconductori lor cum sunt: perechi de tip d, pseudo-gap-ul, faza de stripes (panglici) si diagrama de fază.