Improvements of critical current density of bi pb sr ca cu o high tc superconductor by addition of nano structured pinning centers

Nâng cao mật độ dòng tới hạn của siêu dẫn Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O bằng cách thêm các trung tâm ghim nano. Nghiên cứu về vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao.

Chuyên ngành

Thermophysics

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Dissertation For Doctor Of Philosophy In Physics

2023

140
2
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

DECLARATION

ACKNOWLEDGMENTS

1. CHƯƠNG 1: OVERVIEW AND FUNDAMENTALS

1.1. History of Superconductivity

1.2. Critical parameters of a superconductor

1.3. Vortex state in type-II superconductors

1.4. VORTEX DYNAMICS IN TYPE-II SUPERCONDUCTORS

1.5. The collective pinning theory

1.6. Flux pinning mechanism in type-II superconductor

1.7. OVERVIEW ON Bi-Sr-Ca-Cu-O SUPERCONDUCTOR

1.8. Crystal structure of Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductor

1.9. Recent studies on the power applications of BSCCO superconductor

1.10. MOTIVATION OF THE DISSERTATION

2. CHƯƠNG 2: SAMPLE PREPARATION AND CHARACTERIZATION

2.1. Fabrication of Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O polycrystalline samples

2.2. Fabrication of nanoparticles

2.3. Introductions of pinning centers into Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O polycrystalline samples

2.4. Crystal structure analyses

2.5. Superconducting property analyses

3. CHƯƠNG 3: IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY IN HIGH-Tc Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ SUPERCONDUCTOR BY USING SODIUM SUBSTITUTION EFFECT

3.1. FORMATION OF THE SUPERCONDUCTING PHASES

3.2. IMPROVEMENTS OF Jc

3.3. FLUX PINNING PROPERTIES

3.3.1. Improvements of pinning force density

3.3.2. Identification of flux pinning type

3.3.3. Flux pinning mechanism

3.4. CONCLUSION OF CHAPTER 3

4. CHƯƠNG 4: IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY IN HIGH-Tc Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ SUPERCONDUCTOR BY ADDITION OF NON-MAGNETIC TiO2 NANOPARTICLE

4.1. FORMATION OF THE SUPERCONDUCTING PHASES

4.2. THE CORRELATION BETWEEN LOCAL STRUCTURE VARIATIONS AND CRITICAL TEMPERATURE

4.2.1. Fluctuation of mean field region

4.2.2. Local structure variations

4.3. IMPROVEMENTS OF Jc

4.4. FLUX PINNING PROPERTIES

4.4.1. Flux pinning mechanism

4.4.2. Improvements of pinning force density

4.4.3. Identification of flux pinning center

4.5. CONCLUSION OF CHAPTER 4

5. CHƯƠNG 5: IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY IN HIGH-Tc Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ SUPERCONDUCTOR BY ADDITION OF MAGNETIC Fe3O4 NANOPARTICLE

5.1. FORMATION OF THE SUPERCONDUCTING PHASES

5.2. IMPROVEMENTS OF Jc

5.3. FLUX PINNING PROPERTIES

5.3.1. Identification of pinning center

5.3.2. Improvements of pinning potential

5.4. COMPARISON OF SUBSTITUTION EFFECT, ADDITIONS OF NON-MAGNETIC AND MAGNETIC NANOPARTICLE ON THE CRITICAL CURRENT DENSITY OF Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ CERAMIC SUPERCONDUCTOR

LIST OF NOTATIONS AND ABBREVIATIONS

LIST OF TABLES

LIST OF FIGURES

ABSTRACT

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Siêu Dẫn Bi 2223 và Tối Ưu Jc

Siêu dẫn là hiện tượng vật lý kỳ thú, mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực. Vật liệu Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O (Bi-2223), một loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, thu hút sự quan tâm đặc biệt nhờ khả năng duy trì trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ tương đối cao. Tuy nhiên, để khai thác tối đa tiềm năng của Bi-2223, việc nâng cao mật độ dòng tới hạn (Jc) là vô cùng quan trọng. Mật độ dòng tới hạn quyết định khả năng truyền tải dòng điện của vật liệu mà không mất đi tính siêu dẫn. Bài viết này sẽ đi sâu vào các phương pháp tối ưu hóa mật độ dòng tới hạn của Bi-2223, tập trung vào kỹ thuật bổ sung các trung tâm ghim nano để cải thiện tính chất siêu dẫn. Theo nghiên cứu của Pham The An, việc thêm trung tâm ghim nano có thể cải thiện đáng kể Jc trong khi vẫn duy trì nhiệt độ tới hạn (Tc) trên 77K.

1.1. Khám phá Lịch Sử và Tiềm Năng của Vật Liệu Siêu Dẫn

Lịch sử siêu dẫn bắt đầu vào năm 1911 với phát hiện của Heike Kamerlingh Onnes về siêu dẫn ở thủy ngân. Từ đó, nhiều nghiên cứu và phát triển đã diễn ra, đặc biệt là sự ra đời của siêu dẫn nhiệt độ cao như BSCCO. Những vật liệu này có tiềm năng cách mạng hóa việc truyền tải điện năng, tạo ra các thiết bị điện tử hiệu suất cao và nhiều ứng dụng khác. Việc nghiên cứu vật liệu siêu dẫn là một lĩnh vực quan trọng để phát triển công nghệ tương lai.

1.2. Các Thông Số Quan Trọng Quyết Định Tính Chất Siêu Dẫn

Tính chất siêu dẫn của một vật liệu được quyết định bởi các thông số như nhiệt độ tới hạn (Tc), cường độ từ trường, và mật độ dòng điện. Khi nhiệt độ, từ trường và dòng điện vượt quá các giá trị tới hạn này, vật liệu sẽ mất đi khả năng siêu dẫn. Việc hiểu rõ và kiểm soát các thông số này là rất quan trọng để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu siêu dẫn.

II. Thách Thức Tại Sao Cần Tối Ưu Mật Độ Dòng Tới Hạn Bi 2223

Mặc dù Bi-2223 có nhiều ưu điểm, nhưng mật độ dòng tới hạn (Jc) của nó vẫn còn hạn chế so với yêu cầu của nhiều ứng dụng thực tế. Nguyên nhân chính là do sự tồn tại của các vùng yếu trong vật liệu, nơi các từ thông có thể dễ dàng xâm nhập và di chuyển, gây ra sự tiêu hao năng lượng và làm giảm Jc. Để giải quyết vấn đề này, cần có các biện pháp hiệu quả để ghim các từ thông lại, ngăn chặn sự di chuyển của chúng. Việc tối ưu hóa mật độ dòng tới hạn sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng cho vật liệu siêu dẫn Bi-2223. Theo nghiên cứu, việc bổ sung trung tâm ghim nano là một trong những giải pháp hiệu quả để cải thiện Jc.

2.1. Hiểu Rõ về Trạng Thái Vortex và Sự Ghim Từ Thông trong Siêu Dẫn

Trong siêu dẫn loại II, khi có từ trường tác dụng, các từ thông sẽ xâm nhập vào vật liệu dưới dạng các vortex. Sự di chuyển của các vortex này gây ra sự tiêu hao năng lượng và làm giảm mật độ dòng tới hạn (Jc). Để cải thiện Jc, cần có các trung tâm ghim để giữ chặt các vortex, ngăn chặn sự di chuyển của chúng.

2.2. Cơ Chế Ghim Từ Thông Yếu Tố Then Chốt Cải Thiện Tính Chất Siêu Dẫn

Cơ chế ghim từ thông là quá trình tương tác giữa các vortex và các trung tâm ghim trong vật liệu siêu dẫn. Các trung tâm ghim có thể là các khuyết tật, tạp chất hoặc các hạt nano được bổ sung vào vật liệu. Lực tương tác giữa vortextrung tâm ghim sẽ giữ chặt vortex, ngăn chặn sự di chuyển của nó và cải thiện Jc.

III. Phương Pháp Bổ Sung Trung Tâm Ghim Nano Bí Quyết Tối Ưu Jc

Một trong những phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa mật độ dòng tới hạn của Bi-2223bổ sung các trung tâm ghim nano. Các trung tâm ghim nano này tạo ra các vùng ghim trong vật liệu, giúp ngăn chặn sự di chuyển của các từ thông và tăng cường Jc. Việc lựa chọn loại trung tâm ghim nano, kích thước và phân bố của chúng là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các hạt nano có kích thước phù hợp và phân bố đồng đều có thể cải thiện đáng kể mật độ dòng tới hạn. Pham The An đã nghiên cứu việc sử dụng các hạt nano TiO2Fe3O4 làm trung tâm ghim nano.

3.1. Lựa Chọn Vật Liệu Nano Phù Hợp TiO2 Fe3O4 và Các Ứng Viên Khác

Việc lựa chọn vật liệu nano phù hợp để làm trung tâm ghim nano là rất quan trọng. Các vật liệu như TiO2Fe3O4 đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc cải thiện Jc của Bi-2223. Ngoài ra, các vật liệu khác như ZnO, Al2O3 cũng có thể được sử dụng. Việc lựa chọn vật liệu nano phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước hạt, độ phân tán, và tương tác với vật liệu siêu dẫn.

3.2. Kiểm Soát Kích Thước và Phân Bố Hạt Nano Yếu Tố Quyết Định Hiệu Quả

Kích thước hạt nanophân bố hạt nano là hai yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của phương pháp bổ sung trung tâm ghim nano. Các hạt nano có kích thước quá lớn có thể gây ra sự cản trở dòng điện, trong khi các hạt nano có kích thước quá nhỏ có thể không đủ lực để ghim các từ thông. Phân bố hạt nano đồng đều sẽ tạo ra các vùng ghim hiệu quả hơn.

3.3 Phương pháp bổ sung nano vào vật liệu Bi Pb Sr Ca Cu O hiệu quả

Có nhiều phương pháp bổ sung nano vào vật liệu Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O. Trong đó, phương pháp trộn cơ học, lắng đọng pha hơi là hai phương pháp phổ biến. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào loại vật liệu nano và yêu cầu về độ đồng đều của phân bố hạt nano.

IV. Nghiên Cứu Cải Thiện Mật Độ Dòng Tới Hạn Bằng Thay Thế Natri Na

Nghiên cứu của Pham The An cũng đề cập đến phương pháp thay thế một phần Canxi (Ca) bằng Natri (Na) trong Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O. Kết quả cho thấy việc thay thế Na có thể cải thiện đáng kể mật độ dòng tới hạn (Jc). Cơ chế hoạt động của phương pháp này là thay đổi cấu trúc điện tử của vật liệu siêu dẫn, tạo ra nhiều trung tâm ghim hơn và tăng cường hiệu ứng ghim từ thông. Việc kết hợp phương pháp thay thế Na với phương pháp bổ sung trung tâm ghim nano có thể mang lại hiệu quả cao hơn.

4.1. Phân Tích Ảnh Hưởng của Natri Đến Cấu Trúc và Tính Chất Siêu Dẫn

Việc thay thế Ca bằng Na có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và tính chất điện tử của vật liệu siêu dẫn. Nghiên cứu cần tập trung vào việc phân tích sự thay đổi về cấu trúc và tính chất này, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế cải thiện Jc. X-ray diffraction (XRD) là một phương pháp phổ biến được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể.

4.2. So Sánh Hiệu Quả Thay Thế Natri So Với Bổ Sung Nano

Cần có sự so sánh chi tiết về hiệu quả của hai phương pháp: thay thế Na và bổ sung trung tâm ghim nano. So sánh cần dựa trên các tiêu chí như mức độ cải thiện Jc, ảnh hưởng đến nhiệt độ tới hạn (Tc), và độ bền của vật liệu siêu dẫn. Việc so sánh này sẽ giúp lựa chọn phương pháp tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

V. Kết Quả Ứng Dụng Thực Tiễn Của Vật Liệu Siêu Dẫn Bi 2223 Tối Ưu

Việc tối ưu hóa mật độ dòng tới hạn (Jc) của Bi-2223 mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như truyền tải điện năng, thiết bị điện tử, và y học. Vật liệu siêu dẫn có thể được sử dụng để chế tạo các đường dây truyền tải điện không tổn hao, các nam châm siêu dẫn mạnh mẽ cho máy MRI, và các thiết bị điện tử tốc độ cao. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng này là rất quan trọng để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu siêu dẫn.

5.1. Ứng Dụng Trong Truyền Tải Điện Năng Tiết Kiệm Năng Lượng và Bảo Vệ Môi Trường

Vật liệu siêu dẫn có thể được sử dụng để chế tạo các đường dây truyền tải điện không tổn hao, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng vật liệu siêu dẫn trong truyền tải điện năng có thể mang lại hiệu quả kinh tế và xã hội to lớn.

5.2. Thiết Bị Y Tế và Nghiên Cứu Khoa Học Nam Châm Siêu Dẫn và Hơn Thế Nữa

Các nam châm siêu dẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế như máy MRI và trong các dự án nghiên cứu khoa học lớn như máy gia tốc hạt. Việc tối ưu hóa mật độ dòng tới hạn của vật liệu siêu dẫn sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị này.

VI. Triển Vọng Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Cho Siêu Dẫn Bi 2223 Tối Ưu

Nghiên cứu về tối ưu hóa mật độ dòng tới hạn (Jc) của Bi-2223 vẫn còn nhiều thách thức và cơ hội. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tìm kiếm các vật liệu nano mới có hiệu quả ghim từ thông cao hơn, phát triển các phương pháp chế tạo vật liệu siêu dẫn với cấu trúc và thành phần được kiểm soát chặt chẽ, và nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tương tác giữa trung tâm ghimtừ thông. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học vật liệu, vật lý và kỹ thuật sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực siêu dẫn.

6.1. Tìm Kiếm Vật Liệu Nano Mới Nâng Cao Hiệu Quả Ghim Từ Thông

Việc tìm kiếm và nghiên cứu các vật liệu nano mới có khả năng ghim từ thông cao hơn là một hướng đi quan trọng. Các vật liệu nano này cần có kích thước, hình dạng và tính chất phù hợp để tương tác mạnh mẽ với từ thông và cải thiện Jc.

6.2. Chế Tạo Vật Liệu Siêu Dẫn Kiểm Soát Cấu Trúc và Thành Phần

Phát triển các phương pháp chế tạo vật liệu siêu dẫn với cấu trúc và thành phần được kiểm soát chặt chẽ là một thách thức lớn. Việc kiểm soát các yếu tố này sẽ giúp tạo ra các trung tâm ghim đồng đều và hiệu quả hơn, từ đó cải thiện Jc.

15/05/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE _______________________ Pham The An IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY OF Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O HIGH-Tc SUPERCONDUCTOR BY ADDITIONS OF NANO-STRUCTURED PINNING CENTERS Major: Thermophysics Code: 9440130.07 DISSERTATION FOR DOCTOR OF PHILOSOPHY IN PHYSICS SUPERVISORS : 1. Luu Tuan Tai Professor of Physics 2. Tran Hai Duc Associate Professor of Physics Ha Noi - 2023 DECLARATION I hereby declare that this is my own research work. The results written in collaboration with other authors have been approved by the co-authors prior to being included in the thesis.

The results presented in the thesis are truthful and have not been published in any other works. Author Pham The An 1 ACKNOWLEDGMENTS Time as a doctoral student is the first step on our academic long journey. A challenging period that demanded great effort and perseverance, but was extremely rewarding, has enabled me to develop the necessary mindset, skills, and character to conduct independent research and contribute to scientific advancement. The achievements that I have attained today have greatly benefited from the contribution and support of my supervisors, lab-mates, colleagues, friends, and family.

Although these words can never fully express my gratitude and love, I would like to send my sincerest thanks to those who have accompanied me throughout this journey. First and foremost, I would like to express my highest reverent gratitude to my supervisors – Asso. Tran Hai Duc and Prof. Luu Tuan Tai, for their supervision, guidance, and invaluable feedback throughout the journey.

Their insightful comments and constructive criticisms were instrumental in shaping and refining my research work. I am truly grateful for the time and effort they have devoted to helping me achieve my academic goals. I am also grateful to the members of my dissertation committee, for their precise feedback. Their constructive comments and suggestions have immensely improved the quality of my work.

I would like to express my appreciation to my lab-mates, colleagues, and friends, who have provided enthusiasm and valuable support to me during the research. I extend my gratitude to the professors and staffs at my faculty and functional departments, especially, Dr. Nguyen Duy Thien, Dr. Sai Cong Doanh, Dr.

Nguyen Quang Hoa at Faculty of Physics, Asso. Nguyen Hoang Nam at Nano and Energy Center, and Dr. Nguyen Thanh Binh, University of Science, Vietnam National University; Dr. Nguyen Khac Man at International Training Institute for Materials Science, Hanoi University of 2 Science and Technology, who have provided me with administrative and technical support.

I also would like to express my appreciation for the collaboration with the research groups of Dr. Le Minh Tien, Msc. Tran Tien Dzung at Sungkyunkwan University (Korea), Dr. Wantana Klysubun at Synchrotron Light Resource Institute (Thailand), and Prof.

Takafumi Miyanaga at Hirosaki University (Japan). Their assistance has been crucial in facilitating the completion of my doctoral course. I would like to thank PhD Scholarship Programme of Vingroup Innovation Foundation, the Institute of Big Data and The Development Foundation of Vietnam National University, Hanoi for sponsoring my research. Lastly, I would like to express my sincere gratitude to my family and my girlfriend, for their support, encouragement, and spiritual strength during all of this challenging period.

Their love has been my great motivation to achieve every goal. I am most sincerely grateful for their sacrifices and unwavering belief in me. Ha Noi, August 2023 Pham The An 3 CONTENTS DECLARATION. 4 LIST OF NOTATIONS AND ABBREVIATIONS.

7 LIST OF TABLES. 10 LIST OF FIGURES. History of Superconductivity. Critical parameters of a superconductor.

Vortex state in type-II superconductors. VORTEX DYNAMICS IN TYPE-II SUPERCONDUCTORS. The collective pinning theory. Flux pinning mechanism in type-II superconductor.

OVERVIEW ON Bi-Sr-Ca-Cu-O SUPERCONDUCTOR. Crystal structure of Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductor. Recent studies on the power applications of BSCCO superconductor. MOTIVATION OF THE DISSERTATION .1 Fabrication of Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O polycrystalline samples.

Fabrication of nanoparticles. Introductions of pinning centers into Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O polycrystalline samples. Crystal structure analyses. Superconducting property analyses.

56 CHAPTER 3 : IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY IN HIGH-Tc Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+ SUPERCONDUCTOR BY USING SODIUM SUBSTITUTION EFFECT. FORMATION OF THE SUPERCONDUCTING PHASES. IMPROVEMENTS OF Jc. FLUX PINNING PROPERTIES.

Improvements of pinning force density. Identification of flux pinning type. Flux pinning mechanism. CONCLUSION OF CHAPTER 3.

75 CHAPTER 4 : IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY IN HIGH-Tc Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+ SUPERCONDUCTOR BY ADDITION OF NON-MAGNETIC TiO2 NANOPARTICLE. FORMATION OF THE SUPERCONDUCTING PHASES. THE CORRELATION BETWEEN LOCAL STRUCTURE VARIATIONS AND CRITICAL TEMPERATURE. Fluctuation of mean field region.

Local structure variations. IMPROVEMENTS OF Jc. FLUX PINNING PROPERTIES. Flux pinning mechanism.

Improvements of pinning force density. Identification of flux pinning center. CONCLUSION OF CHAPTER 4. 106 5 CHAPTER 5 : IMPROVEMENTS OF CRITICAL CURRENT DENSITY IN HIGH-Tc Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+ SUPERCONDUCTOR BY ADDITION OF MAGNETIC Fe3O4 NANOPARTICLE.

FORMATION OF THE SUPERCONDUCTING PHASES. IMPROVEMENTS OF Jc. FLUX PINNING PROPERTIES. Identification of pinning center.

Improvements of pinning potential. COMPARISON OF SUBSTITUTION EFFECT, ADDITIONS OF NON-MAGNETIC AND MAGNETIC NANOPARTICLE ON THE CRITICAL CURRENT DENSITY OF Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ CERAMIC SUPERCONDUCTOR. 125 6 LIST OF NOTATIONS AND ABBREVIATIONS Notations Explain %Bi-2212 volume fraction of Bi-2212 phase %Bi-2223 volume fraction of Bi-2223 phase APC artifial pinning center A-L Azlamazov-Larkin b normalized field (b = B/Birr) Bc1 lower critical field Bc2 upper critical field BCS Bardeen-Cooper-Schrieffer Birr irreversibility field Blb large bundle field bpeak reduced field at maximum of flux pinning force density BSCCO Bi-Sr-Ca-Cu-O BPSCCO Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O Bsb small bundle field d effective inter-layering spacing dϕ inter-flux-line spacing e electron charge FL Lorentz force density Fp pinning force density fp normalized pinning force density (fp = Fp/Fp,max) Fp,max maximum value of pinning force density FWHM full width at half maximum ħ reduced Planck constant HTS high-Tc superconductor I electric current 7 I2212 X-ray diffraction intensity of Bi-2212 phase I2223 X-ray diffraction intensity of Bi-2223 phase j normalized critical current density (j = Jc/Jc(0) ) J interlayer coupling strength Jc critical current density Jsv critical current density in single vortex regime k Gaussian critical exponent kB Boltzmann's constant L-D Lawrence-Doniach PPMS Physical Property Measurement System R resistance SEM scanning electron microscopy T temperature t normalized temperature (t = T/Tc) Tc critical temperature TEM transmission electron microscopy TLD Lawrence–Doniach temperature U voltage difference U0 pinning potential v hole concentration V valence XANES X-ray absorption near edge structure XAS X-ray absorption spectrocopy XRD X-ray diffraction ΔM magnetization hysteresis width Δσ excess conductivity ε reduced temperature (ε = (T – Tc)/Tc ) 8 λ coherence length λCu-Kα Cu-Kα radiation wavelength ξ penetration depth ξc c-axis coherence length ρ resistivity ρ0 residual resistivity τ crystallite size Φ0 magnetic flux quantum 9 LIST OF TABLES Table 1. Details of types of pinning properties in type II superconductors.

Variations of volume fractions and lattice parameters for Bi-2223 phase of Bi1.4Sr2Ca2-xNaxCu3O10+ samples. Flux pinning centers properties with modified Dew-Hughes model scaling of the samples at 65 K, 55 K, 45 K, and 35 K. The volume fraction, average crystallite size, lattice constants for Bi- 2223 phase, Tc and ρ0 values of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. Excess conductivity analysis calculated parameters of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0.

Bsb and Blb values of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. Flux pinning centers properties with modified Dew-Hughes model scaling of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. Characteristic fields and Dew–Hughes model fitting parameters of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(Fe3O4)x samples. 117 10 LIST OF FIGURES Figure 1.

History of Superconductivity [83]. Three states of conductivity in a superconductor: zero resistance (inside the innermost surface), transition state (outer surface), and normal conductance (beyond the outer surface) [84]. Phase diagram of Type-I and Type-II superconductors [84]. Vortices pinning in type-II superconductor [48].

Schematic of collective pinning regimes with increasing magnetic field [52]. Balance of forces acting on vortices [91]. Schematic of different types of nano-sized pinning centers in type- II superconductors [75]. Classification of types of pinning centers.

Illustration of crystal structures of three phases of BSCCO system [8]. BSCCO 1st generation HTS wire [39]. Fabrication process of sample series illustration. Bragg's Law reflection [115].

The photoelectric effect, in which an x-ray is absorbed and a core level electron is promoted out of the atom [67]. Illustration of estimation of ΔM from a hysteresis loop of a BPSCCO sample measured at 65 K. XRD patterns of Bi1.4Sr2Ca2-xNaxCu3O10+δ samples [95]. Field dependence of Jc at 65 K for Bi1.4Sr2Ca2-xNaxCu3O10+ samples in which enhancements of Jc were observed [95].

Field dependence of Jc of the Na000 and Na006 samples at different temperatures. Descriptions of the field dependence of Jc of all samples by using the collective pinning theory at (a) 65 K, (b) 45 K and (c) 25 K. The solid lines are the fitting curves using Eq. (a) Field dependence of -ln(Jc(B)/Jc(0)) of Na000 and Na006 samples at 65 K.

(b) The temperature dependence of Birr of all samples at different temperatures. The solid lines are the fitting curves using Eq. (c) The B-T phase diagram of Na000 sample. (d) The B-T phase diagram of Na006 sample.

Pinning force density (Fp) versus reduced field (b) of the samples at (a) 65 K, (b) 55 K, (c) 45 K, (d) 35 K and (e) 25 K. The relation between the pinning force density maximum Fp,max and irreversible field Birr with Na content as the hidden variable. Data are shown in double-logarithmic plots. Scaling behaviors of the normalized pinning force density (fp) versus (b) at all measured temperatures of (a) Na000, (b) Na002, (c) Na004, (d) Na006, (e) Na008 and (f) Na010 samples.

The solid lines are the fitting curves using Eq. (a) Normalized critical current density Jc(t)/Jc(0) versus normalized temperature t of all the samples; (b) Crossover field (Bsb) versus normalized temperature of all the samples. The solid lines are the fitting curves using Eq. (a) TEM images and (b) histogram of TiO2 nanoparticles.

XRD patterns of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. SEM images of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. The temperature dependence of resistivity of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. Double logarithmic plot of excess conductivity as a function of reduced temperature of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples (a) x = 0, (b) x = 0.

The red, green, and blue solid lines correspond to the critical region, 3D and 2D region, respectively. The Cu-O, Cu-Ca and Cu-Sr bond distances of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. (a) Cu K-edge XANES spectra of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1- x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. (b) Copper valence of all samples.

(a) Cu L2,3-edge XANES spectra of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1- x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. (b) Cu L2- edge XANES spectra deconvolution with pseudo-Voigt function. (c) Hole concentration of all samples. Ti L2,3-edge spectra of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0.

The field dependence of Jc of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0.010 with small bundle regimes description using collective pinning theory at (a) 65 K, (b) 55 K, (c) 45 K, and (d) 35 K. Dash-dot lines are fitting curves using Equation (1. (a) The normalized temperature dependence of normalized Jc and (b) normalized Bsb of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. Solid lines are fitting curves in terms of the δl pinning and δTc pinning mechanisms using Eqs.

The normalized field dependence of flux pinning force density of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(TiO2)x samples, with x = 0, 0. The normalized field dependence of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1- x(TiO2)x samples, with x = 0, 0.010 with modified Dew-Hughes model scaling at (a) 65 K, (b) 55 K, (c) 45 K ,and (d) 35 K. Solid lines are fitting curves using Eq. (a) TEM images and (b) histogram of Fe3O4 nanoparticles.

(a) XRD patterns and (b) Volume fractions and average crystalline size of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(Fe3O4)x samples, with x = 0, 0. SEM images of (Bi1.4Sr2Ca2Cu3O10+δ)1-x(Fe3O4)x samples, with x = 0, 0.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ