Caracterización y estudio de la textura en capas superconductoras de YBa2Cu3O7-δ sobre el sustrato MgO

Abstract

La tesis reporta la caracterización magnética y estudio de la textura en capas superconductoras de YBa2Cu3O7-δ sobre el sustrato MgO. Se divide en dos partes. En la primera se reporta la caracterización tanto estructural, morfológica y magnética y la segunda parte consta de un estudio de la dinámica de vórtices de un filme superconductor del compuesto de YBa2Cu3O7-δ (YBCO), el cual ha sido crecido sobre el sustrato monocristalino de MgO (100) tipo-E, la cual fue donada por la empresa Ceraco. Para la primera caracterización estructural se emplea la Difracción de rayos-X (DRX), donde se observa picos del tipo (00l) pertenecientes al YBCO con crecimiento orientado. Fases secundarias, como el Y2BaCuO5 (Y211) y óxido de Cobre (CuO) también son detectados. El crecimiento ordenado, mostrado mediante DRX, es confirmado con micrografías de sección transversal, usando Microscopía electrónica de transmisión (TEM), donde se observa el ordenamiento y la presencia tanto de la fase principal de YBCO como del sustrato MgO. Una posterior caracterización de la morfología y topología superficial del filme se realiza mediante Microscopía de Fuerza Atómica, encontrándose una rugosidad media cuadrática RMS = 3,6824 nm; es decir, la superficie de la película es relativamente suave respecto a filmes superconductores anteriormente fabricados en el laboratorio. Para la caracterización magnética y comprobación de la superconductividad se realizan unas primeras mediciones bajos los campos magnéticos aplicados 0.05, 0.2 y 2 T, encontrándose experimentalmente un TC = 88 K. Medidas posteriores en estado no superconductor permiten obtener dos regiones con una temperatura de Curie equivalente a 35.77 y 71.47 K, observándose la respuesta ferromagnética de la muestra para ambos casos. De las medidas de magnetización versus campo aplicado M(H) a T=10, 20, 30, 40, 50, 60 y 70 K se calculan los campos críticos experimentales HC1, HC2, HP y Hirr, obteniéndose el Diagrama de Fase Magnético para la muestra. Usando el modelo de Bean se realizan cálculos de Densidad de Corriente Crítica JC, de cuyas curvas se observa la presencia del efecto pico, calculándose los campos Bpico dependientes de la temperatura. La dinámica de los vórtices se estudia a partir de las curvas de densidad de corriente crítica en escala log-log, observándose la presencia de 4 regiones muy diferenciadas de comportamiento de líneas de flujo respecto al campo aplicado. Se obtienen las curvas de Fuerza de Fijación de vórtices (también llamada Fuerza de anclaje) y Fuerza normalizada. Finalmente, medidas de relajación magnética en modo Field Cooling (FC) a T = 10, 30, 40 y 60 K permiten estudiar la evolución temporal de los vórtices mediante el modelo de vortex glass, calculándose la energía característica de anclaje mediante el método de Maley, además de estimar el tiempo de salto de vórtices entre sitios de anclaje en el orden de microsegundos. De las curvas de relajación magnética y B(t) en los ciclos de Histéresis se pueden esbozar las curvas características E(J). Finalmente, la medición de la relajación magnética en el estado no superconductor permite confirmar el carácter ferromagnético de la muestra. Con la finalidad de estudiar cómo la anisotropía magnética, propia del YBCO, afecta los distintos valores obtenidos anteriormente, se realizan mediciones bajo las distintas intensidades de campo: 50, 100, 500, 1000, 5000 y 10 000 Oe con y , observándose un comportamiento anisotrópico. Curvas permiten estudiar más a detalle esta variación. Mediciones de histéresis a T = 10 y 30 K en disposición de campo externo longitudinal a la muestra permiten graficar las curvas J(H), las cuales son comparadas con sus campos BC2 similares medidas a campo transversal, calculándose la el factor de anisotropía experimental , además de las longitudes de coherencia para las temperaturas T = 10, 20, 30, 40, 50 , 60 y 70 K. De estas curvas M(H) se calculan los campos característicos y se esboza el diagrama de fase magnético de la muestra cuando el campo externo está en disposición longitudinal a éste. De las curvas log-log J(H) se estudia la dinámica de vórtices en esta disposición de campo aplicado. Finalmente, mediciones de Rocking curves permiten obtener un .