Propriedades do supercondutor cerâmico diboreto de magnésio-MgB2

Abstract

O presente trabalho é um estudo de algumas propriedades eléctricas e magnéticas fundamentais do composto supercondutor binário intermetálico diboreto de magnésio-MgB2 produzido pelos métodos de prensagem isostática a quente-HIP de pó comercial de MgB2 e sinterização reactiva de pós de Mg e B-SR. O estudo das propriedades eléctricas consistiu na medição da resistência em função da temperatura- R(T) e da tensão em função da corrente para várias temperaturas fixas-V(I) utilizando o método padrão dos quatro contactos que permitiram obter parâmetros como a temperatura crítica Tc, com valores típicos de ≈35-37K, e a largura de transição ΔTc. A partir das medidas V(I) determinou-se a sua densidade de corrente crítica-JC. O estudo das propriedades magnéticas consistiu na medida da magnetização (M) em função do campo (H) e da temperatura e da susceptibilidade magnética χ=M/H em função da temperatura-χ(T) após arrefecimento em campo nulo. Foram realizados ciclos de histerese na fase supercondutora (T≤35K).A JC magnética foi determinada a partir do modelo do estado crítico. Os valores de JC típicos de transporte situam-se entre ≈7-15 A/cm2 para T=13K e são muito inferiores aos valores de Jc(T) magnético, que variam entre ≈ 0.5 e 4x106 A/cm2 para T=10K. Os valores máximos obtidos de Jc(H) são de ≈105-106 A/cm2. O comportamento quantitativo e qualitativo de Jc(T) e Jc(H) magnético bem como o dos parâmetros obtidos das medidas R(T) é semelhante ao reportado na literatura. Pelo contrário, os valores de Jc de transporte são cerca de 5-6 ordens de grandeza inferiores possivelmente devido à existência de “weak-links” nas fronteiras de grão. Os resultados das medidas χ(T) indicam uma Tc≈37K, em acordo com as medidas de transporte, e que a maior parte do volume das amostras (≈90%) se encontra no estado supercondutor. Observou-se também que as propriedades magnéticas variam com as dimensões das amostras (descontando os efeitos da desmagnetização). Este comportamento é uma consequência da existência de supercorrentes de blindagem em diferentes escalas de comprimento devido à existência de vazios e regiões não supercondutoras no interior das amostras. Os valores do campo de irreversibilidade-Hirr a 20K variam entre ≈35 kOe e 55 kOe. Estes resultados são também semelhantes aos tipicamente reportados. Não foi possível tirar conclusões relativamente ao campo crítico superior Hc2 devido às limitações no campo máximo alcançável nas medidas magnéticas. Os dados experimentais sugerem que embora o cerne das amostras se encontre na sua maior parte no estado supercondutor a ligação entre os grãos é ainda deficiente.

ABSTRACT: The present work focus on the electric and magnetic properties of the intermetalic binary superconducting compound magnesium diboride-MgBB2. produced by the methods of hot isostatic pressing-HIP of commercial MgB2 powder and reactive sintering of Mg and B powders-SR.The study of the electric properties consisted on the measurement of the resistance as a function of temperature- R(T) and the voltage as a function of the current fo B r some fixed temperatures- V(I) using the standard 4-point probe technique. From these measurements parameters like the critical temperature-Tc, with typical values between 35-37K, and the transition width-ΔTc were obtained. From the V(I) measurements the critical current density-Jc was determined. The study of the magnetic properties consisted on the measurement of the magnetization (M) as a function of the magnetic field (H) and temperature and of the magnetic susceptibility χ=M/H as a function of temperature, after zero field cooling procedure. Hysteresis cycles were performed in the superconducting phase (T≤35K). The magnetic Jc was determined using a critical state model. The transport Jc values obtained are ≈7-15 A/cm2 for T=13K and the magnetic Jc values ≈ 0.5 a 4x106 A/cm2 for T=10K. The maximum Jc(H) values are ≈105- 106 A/cm2. The quantitative and qualitative behaviour of both Jc(T) and Jc(H) as well as the parameters obtained from the R(T) measurements are similar to the usually reported for HIPed samples. In contrast the transport Jc values are 5-6 orders of magnitude lower possibly because of the existence of weak-links on the grain boundaries. The results of the χ(T) measurements indicated a Tc≈37K, in agreement with the transport measurements, and that most of the samples volume (≈90%) is in the superconducting state. It was observed that the magnetic properties depend on the sample dimensions (besides demagnetising effects). This behaviour is a consequence of magnetic screening in different length scales due to the existence of voids and non superconducting regions inside the samples. The Hirr values at 20K are between ≈35 kOe and 55 kOe.These results are also similar to the usually reported.No conclusions were reached regarding the upper critical field-Hc2 due to limitations in the maximum applied field obtainable. The experimental data indicate that most of the bulk of the samples becomes superconducting but the linking between the grains is still deficient.