CENTRO DE INVESTIGACI“N EN MATERIALES .Breve rese±a hist³rica 14 ... 2.3...

download CENTRO DE INVESTIGACI“N EN MATERIALES .Breve rese±a hist³rica 14 ... 2.3 Rese±a de la coexistencia

of 111

  • date post

    07-Oct-2018
  • Category

    Documents

  • view

    214
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of CENTRO DE INVESTIGACI“N EN MATERIALES .Breve rese±a hist³rica 14 ... 2.3...

  • CENTRO DE INVESTIGACIN EN MATERIALES AVANZADOS, S. C.

    DIVISIN DE ESTUDIOS DE POSGRADO

    Sntesis y caracterizacin de los superconductores ferromagnticos

    RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10- y Ru0.915Fe0.085Sr2Eu1.4Ce0.6Cu2O10-

    Tesis como Requisito para Obtener el Grado de:

    Maestro en Ciencias de Materiales

    Presenta:

    Ing. Paula Rebeca Realyvzquez Guevara

    Directores:

    Dr. Jos Andrs Matutes Aquino

    Dr. Sergio Garca Garca

    Chihuahua, Chihuahua. Agosto 2007

  • ii

    Sntesis y caracterizacin de los

    superconductores ferromagnticos

    RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10-

    y

    Ru0.915 Fe0.085Sr2Eu1.4Ce0.6Cu2O10-

  • iii

    A Dios que me acompaa en todo momento

    A mi esposo Alejandro por el amor, confianza y apoyo incondicional en cada etapa de mi vida

    A mi mam Marcela y a mis hermanos Jazmn, Eduardo y Sara; quienes a pesar de la distancia, me han brindado su cario y comprensin.

    A mis suegros, Alicia y Vctor, por el gran apoyo que me brindaron.

    Gracias por todo!, los quiero mucho.

  • vii

    AGRADECIMIENTOS A Dios por darme la fuerza y sabidura para alcanzar esta meta. A mi familia, por su amor y por su apoyo incondicional. Al CIMAV, por brindarme la oportunidad de lograr mi superacin acadmica. A mis asesores Dr. Jos Andrs Matutes Aquino y Dr. Sergio Garca Garca por su gran

    colaboracin y orientacin durante el transcurso de mis estudios de maestra y desarrollo de

    la tesis. Al Dr. Francisco Espinosa Magaa y al Dr. Luis Fuentes Cobas por el apoyo que me brindaron

    durante el desarrollo de la tesis, as como por compartir sus conocimientos conmigo durante

    la maestra. A la M. en C. Mara Eugenia Botello por su apoyo, colaboracin y consejos en esta etapa de

    mi vida. Al Dr. Oscar Ayala Valenzuela y al M. C. Carlos Santilln por las mediciones realizadas para

    el desarrollo de mi tesis. Al Ing. Enrique Torres por su disponibilidad en las mediciones a las muestras y su trato

    siempre amable. A todos los doctores, que durante el transcurso de mi maestra compartieron conmigo su

    enseanza.

  • v

    NDICE TEMTICO

    Resumen 1 Abstract 3 I. Captulo 1: Introduccin 5 1.1 Introduccin 7 1.2 Hiptesis 9 1.3 Objetivos 9 II. Captulo 2: Marco Terico 11 2.1. Superconductividad 13

    2.1.1. Breve resea histrica 14 2.1.2. Tipos de superconductores 15 2.1.3. Longitudes caractersticas de un superconductor 18

    2.2. Ferromagnetismo dbil 19 2.2.1. Interaccin de intercambio Dzyaloshinsky Moriya 21

    2.3 Resea de la coexistencia de dos fenmenos antagnicos 21 2.4. El compuesto RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10- (Ru-1222) 23

    2.4.1 Estructura cristalina 24 2.4.2. Estado de valencia mixta del Ru 27

    2.5 Superconductividad en RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10- (Ru-1222) 27 2.5.1 Comportamiento granular de la transicin superconductora 27 2.5.2. Otras propiedades superconductoras 28

    2.6 Ferromagnetismo dbil en RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10- (Ru-1222) 28 2.6.1 Escenarios propuestos 29

    III. Captulo 3: Metodologa experimental 31 3.1. Preparacin de muestras 33

    3.1.1. Pesado y mezcla de los xidos de partida 35 3.1.2. Primer tratamiento trmico de calcinacin 38 3.1.3. Segundo tratamiento trmico de calcinacin 39 3.1.4. Tercer tratamiento trmico de calcinacin 39 3.1.5. Prensado 39

    3.1.6. Tratamiento final de oxigenacin 40 3.1.7. Consideraciones finales 41

  • vi

    IV. Captulo 4: Resultados y discusin 43 4.1. Clculos de densidad en verde y densidad final 45 4.2. Difraccin de rayos X (DRX) 45 4.3. Refinamiento por el Mtodo Rietveld 47 4.4 Microscopa electrnica de barrido (SEM) 51 4.5. Anlisis elemental semicuantitativo 51 4.6. Resistencia en funcin de la temperatura y el campo 53 4.7. Anlisis termomagntico (TMA) 58 4.8. Susceptibilidad AC 59 4.9. Espectroscopia de prdida de energa de electrones (EELS) 60 4.10. Espectroscopia Mssbauer (MS) 66 V. Captulo 5: Conclusiones 75 5.1. Conclusin 77 5.2. Trabajos a futuro 78 Literatura citada 79 Apndice 83

  • vii

    NDICE DE FIGURAS

    Figura 2.1. Tres parmetros limitantes de la superconductividad. 14

    Figura 2.2. Diagrama de fases para un superconductor tipo I, en trminos del campo magntico aplicado y la temperatura. 16

    Figura 2.3. Variacin de los campos crticos Hc1 y Hc2 en funcin de la temperatura. 17

    Figura 2.4. Estructura cristalina del compuesto RuSr2RCu2O8. 25

    Figura 2.5. Vista superior de la capa RuO2. 25

    Figura 2.6. Estructura cristalina del compuesto RuSr2(R,Ce)2Cu2O10. 26

    Figura 2.7. Dependencia del campo coercitivo (HC) para RuEu2-xCexSr2Cu2O10. 28

    Figura 3.1. Diagrama de flujo del proceso experimental. 34

    Figura 3.2. Balanza Marca Ohaus, modelo TS200S utilizada para pesar los xidos. 35

    Figura 3.3. Horno Thermolyne 46100 utilizado para tratar la muestra trmicamente a 1000, 1020 y 1040 C. 36

    Figura 3.4. Crisol de alta almina utilizado durante los tratamientos trmicos intermedios. 39

    Figura 3.5 Crisoles de alta almina en forma de canoa utilizados en el tratamiento final de oxigenacin. 40

    Figura 3.6 Carbolite STF 14/75/450 utilizado durante la oxigenacin de las pastillas. 40

    Figura 4.1. Seguimiento de la formacin de la fase RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10-. 46

    Figura 4.2. Seguimiento de la formacin de la fase Ru0.915Fe0.085Sr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10-. 47

    Figura 4.3. Refinamiento Rietveld al proponer una muestra monofsica de Ru-1222. 48

    Figura 4.4. Refinamiento Rietveld obtenido al proponer la presencia de dos fases cristalinas: Ru-1222 y Sr-2116. 48

    Figura 4.5. Refinamiento Rietveld obtenido al proponer la presencia de tres fases cristalinas: Ru-1222, Sr-2116 y Ru-1212. 49

  • viii

    Figura 4.6. Anlisis Rietveld del patrn de difraccin de rayos X de la muestra Ru0.915Fe0.085-1222. 50

    Figura 4.7. Micrografa tomada a 4000X despus del tratamiento de oxigenacin. 51

    Figura 4.8. Uno de los anlisis realizados a diez microregiones distintas. 52

    Figura 4.9. Dependencia de la resistencia en funcin del campo y de la temperatura, en la regin de transicin superconductora. 54

    Figura 4.10. Derivadas de la resistencia en funcin de la temperatura, en un campo constante. 55

    Figura 4.11. Primera y segunda derivada de la medicin realizada a 14 T. 56

    Figura 4.12. Variacin de las temperaturas crticas en funcin del campo magntico aplicado. 57

    Figura 4.13. Anlisis termomagntico de la muestra Ru-1222. 58

    Figura 4.14. Grfico de la susceptibilidad compleja (), mostrando, adems, las componentes real () e imaginaria (). 59

    Figura 4.15. Partes real (1) e imaginaria (2) de la funcin dielctrica. 63

    Figura 4.16. Funcin de prdida de energa,

    1Im .

    64

    Figura 4.17. OJDS derivada del anlisis Kramers-Kronig. 64

    Figura 4.18. Dependencia del ndice de refraccin en funcin de la energa. 65

    Figura 4.19. Dependencia del coeficiente de extincin en funcin de la energa. 65

    Figura 4.20. Ajuste de espectro Mssbauer obtenido durante la primera aproximacin. 68

    Figura 4.21. a) Probabilidad de distribucin del desdoblamiento cuadrupolar y b) determinacin de I.S. y Q.S. para los mximos observados en la probabilidad de distribucin. 70

    Figura 4.22. Ajuste de espectro Mssbauer obtenido durante la segunda aproximacin. 71

    Figura 4.23. Ajuste de espectro Mssbauer obtenido durante la tercera aproximacin. 73

    Figura 4.24. Descompensacin de carga local en el sitio Ru5+ debido a la introduccin de un ncleo Mssbauer. 74

  • ix

    NDICE DE TABLAS

    Tabla 3.1. Clculos estequiomtricos para la muestra Ru-1222. 36

    Tabla 3.2. Clculos estequiomtricos para la muestra Ru0.915Fe0.085-1222. 37

    Tabla 4.1. Clculos de densidad en verde y densidad final. 45

    Tabla 4.2. Parmetros estructurales refinados para la muestra Ru-1222. 50

    Tabla 4.3 Resultados obtenidos durante el anlisis semicuantitativo de las microregiones. 51

    Tabla 4.4. Comparativa de los porcentajes atmicos observados durante el anlisis semicuantitativo y los porcentajes atmicos calculados. 52

    Tabla 4.5. Temperaturas de inicio de la transicin, intra- e intergrano y temperatura a la cual se presenta resistencia cero; en funcin del campo aplicado. 56

    Tabla 4.6. Valores de los parmetros obtenidos durante la primera aproximacin. 69

    Tabla 4.7. Valores de los parmetros obtenidos durante la segunda aproximacin. 71

    Tabla 4.8. Valores de los parmetros obtenidos durante la tercera aproximacin. 72

  • x

    LISTA DE ACRNIMOS

    AFM Antiferromagnetismo DOS Densidad de estados DRX Difraccin de rayos X EELS Espectroscopia de prdida de energa de electrones FC Field cooling FM Ferromagnetismo FWHM Ancho a la altura media HC1 Campo crtico inferior HC2 Campo crtico superior HSCT Superconductores de alta temperatura I.S. Corrimiento isomrico JC Densidad de corriente crtica JDOS Densidad de estados ptica comn MS Espectroscopia Mssbauer Q.S. Desdoblamiento cuadrupolar elctrico Ru0.915Fe0.085-1222 Ru0.915Fe0.085Sr2Eu1.4Ce0.6Cu2O10- Ru-1212 RuSr2EuCu2O8- Ru-1222 RuSr2Eu1.5Ce0.5Cu2O10- SC Superconductividad SEM Microscopa electrnica de barrido SPV Fase de vrtices espontnea Sr-2116 Sr2EuRuO6 TC Temperatura de transicin superconductoras TM Primer transicin magntica TM2 Segunda transicin magntica (TM2 < TM) TMA Anlisis termomagntico TN Temperatura de Neel WFM Ferromagnetismo dbil YBCO YBa2Cu3O7- ZFC Zero field cooling

  • RESUMEN Los ruteno-cupratos son una familia de materiales en las cuales coexisten dos fenmenos

    antagnicos: la superconductivid