Transport properties and vortex pinning mechanisms of nanostructured ybco thin films and coated conductors

Resumen

En este trabajo hemos realizado un cuidadoso estudio del anclaje de vórtices en capas delgadas de YBCO crecidas mediante la ruta MOD-TFA, así como en capas delgadas nanoestructuradas. Los mecanismos de anclaje de vórtices que gobiernan las propiedades de transporte han sido determinadas en una amplia región de temperatura-campo magnético. Este estudio está basado en medidas de transporte eléctrico de las corrientes críticas y la resistividad. Debido a las altas corrientes críticas de estos materiales ha sido necesaria una preparación detallada de la muestra que incluye contactos eléctricos metal/noble superconductor de baja resistividad y definir caminos de dimensiones micrométricas para el flujo de la corriente. Hemos desarrollado una metodología nueva de aplicación general que permite separar y estudiar individualmente tres contribuciones al anclaje de vórtices i.e. isotrópica fuerte, isotrópica débil y anisotrópica fuerte. Hemos sido capaces de definir diagramas de anclaje de vórtices donde evaluamos el peso relativo de cada contribución. Hemos probado que el anclaje de vórtices en capas delgadas de YBCO crecidas por MOD-TFA es principalmente producido por la contribución fuerte, compuesta por una parte anisotrópica y una parte isotrópica identificada por primera vez en superconductores de alta temperatura. Esta metodología nos ha permitido estudiar los efectos específicos de la introducción controlada de diferentes centros de anclaje artificiales a través de diferentes rutas de nano ingeniería. En particular en este trabajo se presentan tres maneras de nanoestructuración mediante CSD, que incluye modificación de los diagramas de anclaje de vórtices en estos materiales. La introducción de nanoistas interfaciales produce un gran incremento del anclaje de los vórtices cuando el campo magnético está alineado a lo largo del eje cristalino c. Los diagramas de anclaje revelan que estas capas nanoestructuradas presentan un panorama de anclaje de vórtices totalmente diferente al de las capas estándar. Hemos visto que en estas capas el anclaje de los vórtices está totalmente dominado por defectos anisotrópicos a lo largo del eje c. Hemos demostrado la capacidad de la técnica CSD para generar nanocompuestos de YBCO/BZO que tienen unas propiedades de anclaje de vórtices únicas. Estos nanocompuestos están caracterizados por una anisotropía efectiva menor que la de las capas delgadas de YBCO y presentan un incremento gigante en las propiedades superconductoras debido a un gran incremento en la contribución isotrópica fuerte. En particular hemos obtenido fuerzas de anclaje tan grandes como 22 GN/m3 y 78 GN/m3 a 77 K y 65 K respectivamente, siendo estas mejores que las obtenidas para los mejores cables de NbTi. En la última parte de esta tesis hemos analizado diferentes situaciones donde los efectos de la granularidad magnética determinan las propiedades de transporte eléctrico de capas delgadas y cintas superconductoras. Hemos usado un modelo previamente desarrollado en el grupo de superconductividad del ICMAB como un punto de partida para analizar los resultados. El comportamiento anómalo observado en los ciclos de magnetización de algunas capas delgadas de MOD-TFA, similares a los obtenidos en cintas granulares de YBCO, ha sido analizado. Hemos sido capaces de atribuir el fenómeno anómalo de estas capas a efectos de granularidad magnética inducidos por la porosidad que aparece durante el crecimiento. Hemos estudiado el comportamiento de las curvas Jc (H,T) alrededor de Hllab en cintas granulares. Hemos extendido el modelo presentado de granularidad magnética, para determinar la JGc promedia en función del campo magnético y la temperatura. De esta manera se complementa forma elegante el análisis inductivo de los efectos inducidos por granularidad en cintas, y se demuestra la capacidad de esta técnica de caracterización avanzada mediante transporte eléctrico como una oportunidad única para estudiar en detalle el anclaje de vórtices y la granularidad magnética en cintas de YBCO.