Gadolinyum ve iterbiyum difüzyonunun YBa2Cu3O7-x bileşiğinin yapısal ve süperiletkenlik özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, gadolinyum (Gd) ve iterbiyum'un (Yb) termal yolla polikristal yapılıYBa2Cu3O7-x (Y123) süperiletkenine difüzyonunun, süperiletkenin fiziksel ve yapısalözelliklerini hangi oranda değiştirdiği araştırıldı. Böylece, katkı difüzyon yöntemiyle Y123örneğinin süperiletkenlik mekanizmasını anlamaya ve süperiletkenlik özelliklerinigeliştirmeye çalışıldı.Araştırmada, Y123 külçe örneği üzerine Gd ve Yb difüzyonu uygulandıktan sonradifüzyon edilmiş örneklerin yapısal özellikleri X-ışını kırınım analizi, taramalı elektronmikroskobu ve optik mikroskop ölçümleriyle; elektriksel ve manyetik özellikleri de PPMSsistemi kullanılarak R-T ve M-H ölçümleri ile incelendi. Farklı sıcaklıklarda termal difüzyonyapılan Y123 örneklerinin direnç ölçümlerinden yararlanarak değişik manyetik alanlardakiaktivasyon enerjisi (U) ve üst kritik manyetik alan (Hc2) değerleri; manyetizasyonölçümlerinden ise kritik akım yoğunluğu (Jc) değerleri hesaplandı.Gadolinyum ve iterbiyum'un Y123 örneğine farklı sıcaklıklarda (800-900 ºC) yapılandifüzyonu neticesinde elde edilen konsantrasyon dağılımı eğrilerinden, Gd ve Yb'un taneiçine yavaş difüzyon katsayısı D1 ve taneler arası yüzeylere hızlı difüzyon katsayısı D2 gibi,iki farklı difüzyon katsayısıyla ifade edilebileceği bulundu. Yapısal özelliklerin incelenmesisonucunda 900 ºC'de Gd difüzyonu yapılmış Y123 örneğinin c örgü sabitinin, difüzyonyapılmamış örneğe göre % 0,23 oranında arttığı ve difüzyon yapılmış yüzeyden derinlereinildikçe c örgü sabitinin azaldığı saptandı. Ayrıca 900 ºC'de Gd ve Yb difüzyonu yapılmıştüm örneklerin SEM fotoğraflarının incelenmesinde, taneler arası boşluk oranının azaldığı vekristal yöneliminin arttığı görüldü. Fiziksel ölçümler neticesinde Gd ve Yb'un difüzyontavlama sıcaklığı arttıkça, difüzyon yapılmış örneklerin U, Hc2 ve Jc değerlerinde de artışlarbelirlendi.Anahtar Kelimeler: YBa2Cu3O7-x, Gd ve Yb difüzyonu, Aktivasyon enerjisi, Üst kritikmanyetik alan, M-H eğrileri, Kritik akım yoğunluğu

This study deals with the thermal diffusion of gadolinium (Gd) and ytterbium (Yb)into the polycrystalline Y123 superconductor to understand the diffusion-induced variation ofphysical and structural properties. Ultimately, attempts are made to comprehend themechanism of superconductivity and improve the properties of the superconductivity.The Y123 samples which were diffusion-doped at various temperatures were preparedby solid-state reaction method. Values of diffusion coefficient (D) and activation energy (Ea)for Gd and Yb diffusion were determined by EDXRF method. Structural properties of thesamples subjected to Gd and Yb diffusion were determined by X-ray diffraction analysis,scanning electron microscopy and optical light microscopy while electrical and magneticproperties by the R-T and M-H measurements by means of vibration sample magnetometer.Values of activation energy (U) and upper critical magnetic field (Hc2) were computed by useof the resistance measurements, whereas critical current density (Jc) from the magnetizationmeasurements.Two distinct diffusion coefficients (D1 and D2) are defined for the Gd and Ybdiffusion into the Y123 at the different temperatures (800-900 ºC) whereby D1 and D2represent slow intragrain and intergrain fast diffusion coefficients, respectively. The c-latticeparameter of Y123 which is subjected to Gd diffusion at 900 ºC increases 0.23 % relative topure Y123. In addition, c-lattice parameter systematically decreases from the diffusion-treatedsurfaces into interior of the sample. SEM imaging of all the Gd and Yb diffused samples (900ºC) revealed that the amount of the intergranular spaces decreases and crystal-orientationincreases. The physical measurements clearly display that Hc2 and Jc values increases with theincreasing diffusion annealing temperatures.