Propriedades do supercondutor cerâmico diboreto de magnésio-MgB2

摘要

O presente trabalho é um estudo de algumas propriedades eléctricas emagnéticas fundamentais do composto supercondutor binário intermetálicodiboreto de magnésio-MgB2 produzido pelos métodos de prensagem isostáticaa quente-HIP de pó comercial de MgB2 e sinterização reactiva de pós de Mg eB-SR. O estudo das propriedades eléctricas consistiu na medição daresistência em função da temperatura- R(T) e da tensão em função da correntepara várias temperaturas fixas-V(I) utilizando o método padrão dos quatrocontactos que permitiram obter parâmetros como a temperatura crítica Tc, comvalores típicos de ≈35-37K, e a largura de transição ΔTc. A partir das medidasV(I) determinou-se a sua densidade de corrente crítica-JC. O estudo daspropriedades magnéticas consistiu na medida da magnetização (M) em funçãodo campo (H) e da temperatura e da susceptibilidade magnética χ=M/H emfunção da temperatura-χ(T) após arrefecimento em campo nulo. Foramrealizados ciclos de histerese na fase supercondutora (T≤35K).A JC magnéticafoi determinada a partir do modelo do estado crítico.Os valores de JC típicos de transporte situam-se entre ≈7-15 A/cm2 para T=13Ke são muito inferiores aos valores de Jc(T) magnético, que variam entre ≈ 0.5 e4x106 A/cm2 para T=10K. Os valores máximos obtidos de Jc(H) são de ≈105-106A/cm2. O comportamento quantitativo e qualitativo de Jc(T) e Jc(H) magnéticobem como o dos parâmetros obtidos das medidas R(T) é semelhante aoreportado na literatura. Pelo contrário, os valores de Jc de transporte são cercade 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 asmedidas de transporte, e que a maior parte do volume das amostras (≈90%) seencontra no estado supercondutor. Observou-se também que as propriedadesmagnéticas variam com as dimensões das amostras (descontando os efeitosda desmagnetização). Este comportamento é uma consequência da existênciade supercorrentes de blindagem em diferentes escalas de comprimento devidoà 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 55kOe. Estes resultados são também semelhantes aos tipicamente reportados.Não foi possível tirar conclusões relativamente ao campo crítico superior Hc2devido às limitações no campo máximo alcançável nas medidas magnéticas.Os dados experimentais sugerem que embora o cerne das amostras seencontre na sua maior parte no estado supercondutor a ligação entre os grãosé ainda deficiente. ABSTRACT: The present work focus on the electric and magnetic properties of theintermetalic binary superconducting compound magnesium diboride-MgBB2.produced by the methods of hot isostatic pressing-HIP of commercial MgB2powder and reactive sintering of Mg and B powders-SR.The study of theelectric properties consisted on the measurement of the resistance as afunction of temperature- R(T) and the voltage as a function of the current foBrsome fixed temperatures- V(I) using the standard 4-point probe technique.From these measurements parameters like the critical temperature-Tc, withtypical values between 35-37K, and the transition width-ΔTc were obtained.From the V(I) measurements the critical current density-Jc was determined. Thestudy of the magnetic properties consisted on the measurement of themagnetization (M) as a function of the magnetic field (H) and temperature andof the magnetic susceptibility χ=M/H as a function of temperature, after zerofield cooling procedure. Hysteresis cycles were performed in thesuperconducting phase (T≤35K). The magnetic Jc was determined using acritical state model.The transport Jc values obtained are ≈7-15 A/cm2 for T=13K and the magneticJc 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) aswell as the parameters obtained from the R(T) measurements are similar to theusually reported for HIPed samples. In contrast the transport Jc values are 5-6orders of magnitude lower possibly because of the existence of weak-links onthe grain boundaries.The results of the χ(T) measurements indicated a Tc≈37K, in agreement withthe transport measurements, and that most of the samples volume (≈90%) is inthe superconducting state. It was observed that the magnetic propertiesdepend on the sample dimensions (besides demagnetising effects). Thisbehaviour is a consequence of magnetic screening in different length scalesdue to the existence of voids and non superconducting regions inside thesamples. The Hirr values at 20K are between ≈35 kOe and 55 kOe.Theseresults are also similar to the usually reported.No conclusions were reachedregarding the upper critical field-Hc2 due to limitations in the maximum appliedfield obtainable.The experimental data indicate that most of the bulk of the samples becomessuperconducting but the linking between the grains is still deficient.