Manyetik alınganlık ölçümleri ile bizmut tabanlı seramik süperiletkenlerin karakterizasyonu

Abstract

Bi1,7-xPb0,3GdxSr2Ca2Cu3Oy ve Bi1,7-xPb0,3NbxSr2Ca2Cu3Oy süperiletken örneklere Niyobyum ve Gadolinyum eklenmesinin yapısal, manyetik ve süperiletken özellikler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Süperiletken örnekler geleneksel katıhal reaksiyon yöntemi ile hazırlanmıştır. Niyobyum ve Gadolinyum katkılı süperiletken örneklerin geçiş sıcaklığını, kritik akım yoğunluğunu ve boşluk konsantrasyonunu belirlemek için ac alınganlık ölçümleri ve örneklerin yapısal karakterizasyonu, yüzey morfolojisi ve faz analizi için X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve yoğunluk ölçümleri yapılmıştır. AC alınganlık ölçümlerinden Niyobyum katkısı ile kritik başlangıç sıcaklıklarının Nb0, Nb1, Nb2, Nb3, Nb4 örnekleri için sırasıyla 108, 105, 104, 105, 100 K ve Gadolinyum katkısı ile kritik başlangıç sıcaklıklarının Gd0, Gd1, Gd2, Gd3, Gd4 örnekleri için sırasıyla 108, 77, 77, 72, 70 K olduğu gözlenmiştir. XRD ölçümleri, Niyobyum katkısı ile yüksek-Tc fazının hacim kesri artarken düşük-Tc fazının hacim kesrinin azaldığını ve Gd katkısının artmasıyla ise yüksek-Tc fazının hacim kesrinin azaldığını ve düşük-Tc fazının hacim kesrinin sisteme hakim olduğunu göstermektedir. SEM fotoğraflarından Niyobyum katkı miktarı arttıkça porozitenin azaldığı ve tanecikler arası bağlantıların iyileştiği, Gd katkı oranı arttırıldığında ise, örneklerin yüzey morfolojisinin ve tanecik bağlılığının bozulduğu gözlenmiştir. Yoğunluk ölçümleri de SEM sonuçlarını desteklemektedir. The effects of addition of Niobium and Gadolinium on structural, magnetic and superconducting properties in Bi1,7-xPb0,3GdxSr2Ca2Cu3Oy and Bi1,7-xPb0,3NbxSr2Ca2Cu3Oy superconducting samples were investigated. The superconducting samples were prepared by conventional solid state reaction method. The investigation consisted of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), density measurements for structural characterization, surface morphology and phase analysis and ac susceptibility to determine the critical current density and hole concentration of the samples. In ac susceptibility measurements with Niobium addition, the critical onset temperatures were observed to be about 108, 105, 104, 105 and 100 K for samples Nb0, Nb1, Nb2, Nb3 and Nb4, and with Gadolinium addition, the critical onset temperatures were observed to be about 108, 77, 77, 72, and 70 K for samples Gd0, Gd1, Gd2, Gd3 and Gd4, respectively. XRD measurements show that high-Tc phase increases and low-Tc phase decreases with the Niobium substitution whereas high-Tc phase volume fraction decreases and low-Tc phase volume fraction dominates the system with increasing Gd addition. When Niobium addition was increased, the porosity decreases and grain connectivity of the samples were observed to improve and when Gd addition ratio was increased, surface morphology and grain connectivity of the samples were observed to degrade from SEM investigations. Density measurements are in line with SEM results.