Estudio de soluciones precursoras para el crecimiento de capas superconductoras gruesas por el método de deposición de soluciones químicas

• Autores: Nieves Romà Buyreu
• Directores de la Tesis: Susagna Ricart Miró (dir. tes.), Javier Rodríguez Viejo (dir. tes.), Teresa Puig i Molina (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Mª Lourdes Calzada Coco (presid.), Mónica Lira Cantú (secret.), Jordi Farjas Silva (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electromagnetismo
      • Superconductividad
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
      • Síntesis química
    • Tecnología de materiales
      • Materiales cerámicos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD  TESEO 
• Resumen

  • Esta tesis se centra en la síntesis de soluciones de trifluoroacetatos de itrio, bario y cobre para el crecimiento de capas epitaxiales de YBa2Cu3O7 mediante el método de descomposición metalorgánica (MOD) de deposición de soluciones químicas (CSD). Este método es barato, escalable y ha demostrado altas prestaciones en capas superconductoras delgadas (?300nm). La fabricación de cintas epitaxiales de óxidos superconductores es un campo de gran interés debido a la gran variedad de aplicaciones de los mismos, que va desde los imanes para generar campos magnéticos altos y realizar diagnóstico médico por imagen hasta sus numerosas aplicaciones en el sector Energético (por ejemplo, almacenamiento de energía magnética por superconducción (SMES), fabricación de cables, transformadores, limitadores de corriente superconductor (FCL)…). Entre los métodos de preparación de dichas cintas se distinguen los métodos de deposición de soluciones químicas (CSD) con la variante más utilizada de descomposición metalorgánica (MOD) o por deposición química metalorgánica de vapor (MOCVD) siendo ambas una alternativa a los métodos físicos (la deposición por láser (PLD) o la evaporación por haz de electrones como más utilizados). Las metodologías por CSD son sin ninguna duda las de menor coste entre todas las alternativas. El reto en este campo es la necesidad de producir cintas epitaxiales de óxidos superconductores de forma reproducible y que transporten la máxima corriente posible. En este contexto, el primero objetivo de la tesis ha sido conseguir por métodos de deposición de soluciones químicas (CSD), soluciones estables de precursores organometálicos para el crecimiento de capas epitaxiales de muy altas prestaciones. La deposición de la solución precursora, en nuestro caso, ha sido realizada, en un monocristal de aluminato de lantano (LAO) de orientación (001). Mediante la descomposición de precursores metalorgánicos (MOD), basados en trifluoroacetatos (TFA) como precursores hemos conseguido el crecimiento de capa epitaxiales de YBCO. Usando una concentración de sales de partida de 1.5M (Y:Ba:Cu) (0.25:0.50:0.75) depositados por spin coating hemos obtenido capas epitaxiales de YBCO de 300nm±25nm sin fases secundarias, bien oxigenadas (Tc=92K) y Jc a 77K de 4MA/cm2 que equivale a una Ic=120A/(cm-w). El siguiente reto planteado se basa en conseguir que las capas superconductoras crecidas transporten la mayor corriente (Ic) posible. Esto se puede llevar a cabo por dos vías. Una de ellas es incrementando la densidad de corriente crítica (Jc) a través de la preparación de nanocompuestos con el objetivo de generar defectos los cuales sean capaces de anclar los vórtices y con ello mejorar las prestaciones superconductoras . Otro camino, es aumentando el grosor de las capas de YBCO y con ello la cantidad de material por el que podrá pasar más corriente. Nosotros abordamos la última vía, que se explora en 3 capítulos de la tesis. Múltiples estrategias se han evaluado para incrementar el grosor de las capas de YBCO, como la variación de la concentración de la solución precursora anhidra inicial, variación de los parámetros del spin coating, la realización de múltiples pasos de deposición, el uso del dip coating o de distintos aditivos. En estas estrategias el uso de múltiples pasos de deposición, permitió obtener capas de 1000nm con Jc a 77K de 2 MA/cm2 y Ic=216 A/(cm-w). Valores que son competitivos con los valores internacionales actuales reportados en la literatura. La combinación de las diferentes estrategias con las que se ha trabajado se ha presentado como la vía viable para llegar a grosores incluso mayores de 1000nm para obtener capas de YBCO capaces de transportar de 400-1000 A/ (cm-w) a 77K con CSD.