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Effet du dopage sur la modulation de structure des matériaux supraconducteurs à haute température critique à base de bismuth

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Academic year: 2021

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Texte intégral

(1)

EFFET DU DOPAGE SUR LA MODULATION DE STRUCTURE

DES MATERIAUX SUPRACONDUCTEURS A HAUTE

TEMPERATURE CRITIQUE A BASE DE BISMUTH.

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIR MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

RECHERCHE SCIENTIFIQUE

N° d’ordre: N° N° de Serie:

UNIVERSITE ECHAHID HAMMA LAKHDAR – EL OUED FACULTE DES SCIENCES EXACTES

DEPARTMENT DE PHYSIQUE

THESE Présentés par :

MIMOUNI MOURAD

En vue de l’obtenion du diplôme de doctorat en sciences Spécialité : Physique

OPTION: CRISTALLOGRAPHIE

TITRE

Soutenue le : 28 Décembre 2020

Devant le jury

Nom et Prénom

Grade

Affiliation

Position

Soria ZEROUAL

M.C.A Université d’El Oued Président

Mohammed Sadok MAHBOUB

M.C.A Université d’El Oued Rapporteur

Mohammed Fayçal MOSBAH

Professeur Ecole Nationale Polytechnique de Constantine

Co- Rapporteur

Azzeddine BEGGAS

M.C.A Université d’El Oued Examinateur

Fayçal CHEMAM

Professeur Université Larbi Tebessi – Tebessa

Examinateur

Linda AISSANI

M.C.A Université Abas Laghrour -

Khenchela

(2)

Table of contents

Content Page

Abstract I

List of figures IV

List of tables VIII

List of symbols IX

List of abbreviations XI

GENERAL INTRODUCTION

Preamble 2

Interest of superconductor 4

Objectives of the thesis 6

Thesis structure 7

Chapter I: Generalities on superconductivity

I-1 Basic Properties of a superconductor 9

I-1-1 Zero resistance 9

I-1-2 Meissner effect 10

I-1-3 Critical superconducting values 12

I-1-3-1 Critical temperature 12

I-1-3-2 Critical magnetic field 13 I-1-3-3 Critical current density Jc: 14

I-1-3-4 Critical Area 14

I-1-4 Energy gap 15

I-2 The major theories of Superconductivity 16

I-2-1 Theory of London 16

I-2-2 Ginzburg-Landau theory 18

I-2-2-1 Characteristic lengths 19 I-2-2-2 Magnetic flux quantification 21 I-2-3 Bardeen-Cooper-Schrieffer Theory (BCS theory) 23 I-3 Classification of superconductors 24

(3)

I-3-2 Type II superconductors 25

I-4 Vortex 27

I-4-1 Definition 27

I-4-2 Lorentz force and anchoring vortices 29 I-5 Flux flow, flux creep and thermally activated flux flow (TAFF) 31

I-6 Josephson effect 33

I-7 Weak Links 34

Chapter II: Bi-based superconductors

II-1 Introduction 36

II-2 Families of Superconductive Cuprates 36 II-3 Crystal Structures of Bi- superconductors

II-3-1 Introduction 39

II-3-2 The crystal Structures of Bi-22(n−1)n high temperature superconductors 40 II-4 Modulated structure of Bi-based superconductors 47 II-4-1 Modulated structure materials 47 II-4-2 Modulation in the Bi-2212 structure 49 II-4-3 Origin of the modulated structure 50 II-5 Effect of doping on the Bi-based superconductors 52 II-5-1 Introduction 52 II-5-2 Effect of doping on the Bi-2212 Phase 53 II-5-3 Effect of samarium doping on BSCCO 54 II-5-4 Effect of doping in Bi-sites of Bi-2212 phase 55 III-5-5 Effect of Oxygen stoichiometry 56

Chapter III: Samples preparation and characterization techniques

III-1 Introduction 58

III-2 Dry routes 59

III-2-1 Solid state reaction 59

III-2-2 Mechanical Ball-Milling Method 59 III-2-3 High Energy Ball-Milling Method 60 III-2-4 Powder-in-tube method (OPIT) 60

(4)

III-3-1 Auto-combustion Method 62

III-3-2 Sol-gel Method 63

III-3-3 Pechini method 66

III-3-4 Co-precipitation Technique 68

III-4 Samples Preparation 70

III-4-1 La series samples preparation 70 III-4-2 Sm series samples preparation 72 III-5 Characterization Techniques 74

III-5-1 FTIR spectroscopy 74

III-5-2 X-ray diffraction analysis 76

III-5-3 SEM analysis 79

III-5-4 EDX analysis 79

III-5-5 Thermogravimetric analysis 81 III-5-6 Resistivity and magneto-resistance measurements 83

Chapter IV: Results and discussions

IV-1 Introduction 87

IV-2 La series 88

IV-2-1 X-ray diffraction results 88 IV-2-2 Thermogravimetric results 95 IV-2-3 Scanning electron microscopy results 96 IV-2-4 Energy dispersive X (EDX) results 99

IV-3 Sm series 100

IV-3-1 FTIR spectroscopy results 100 IV-3-2 X-ray diffraction results 105 IV-3-3 Microstructure and EDX analysis results 113 IV-3-4 Resistivity and magneto-resistivity measurements results 116

General Conclusion & pespectives 122

References 125

Annex – A - Steps of Le Bail refinement using Jana 2006 program. 140

Publications 145

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