Imagerie magnéto optique pour les matériaux supraconducteurs

• Auteur / Autrice : Alain Villaume
• Direction : Daniel Bourgault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Supraconducteurs

Mots clés libres

Imagerie magnéto optique

Résumé

Ce travail a été consacré à la réalisation et l'utilisation d'un dispositif d'imagerie Magnéto-Optique (MO) pour l'étude des matériaux supraconducteurs. La principale originalité de ce dispositif est de permettre des mesures sous courant de transport (30A), sous champ magnétique (jusqu'à 100mT), et/ou sous contrainte axiale (80kg maximum). Les études MO ont notamment porté sur les matériaux supraconducteurs à haute température critique élaborés ou étudiés au CNRS-CRETA et laboratoire de Cristallographie. En particulier, un dispositif de texturation par défilement sous champ magnétique de rubans multifilamentaires de Bi2212 a été mis au point. Connaître précisément les conditions de texturation pour chaque échantillon permet en effet de mieux interpréter les données issues des caractérisations, et notamment les images MO. Nous avons pu mettre en évidence par des obervations MO que la texturation sous champ magnétique améliore le piégeage et la texture des filaments, notamment ceux situés au centre des rubans. Par ailleurs le courant critique mesuré à 4,2K est augmenté de 30 à 40\% grâce à la texturation sous champ magnétique. Dans les massifs YBCO, nous avons mis en évidence grâce aux images MO que l'adaptation du taux d'oxygène dans l'atmosphère du four lors des phases de montée et descente en température est cruciale pour l'obtention d'un dopage homogène en oxygène. L'étude effectuée grâce à l'imagerie MO a par ailleurs révélé que le perçage d'un réseau de trous permet une amélioration significative de la qualité de la texture et de la densité locale de courant critique. Les Coated Conductors fournis par Theva(copyr. ) ont également fait l'objet d'études MO. Des défauts spécifiques, en forme d'étoiles et dus à la délamination de la couche tampon de MgO ont pu être observés. Les observations MO sous contrainte axiale in situ ont révélé que le courant critique était limité par l'apparition de bandes de contraction (Lüders Bands) dans le substrat, induisant des fissures dans les couches tampon et supraconductrice. Ces fissures ont été observées pour la première fois en MO au cours de cette thèse. L'imagerie MO a également permis de mettre en évidence la présence de fissures horizontales dues à la compression latérale de la couche MgO. Enfin des mesures en courant de transport de films minces ont été effectuées en parallèle avec des observations MO. Il apparaît que les défauts créés artificiellement par lithographie n'entraînent pas une différence mesurable sur la densité de courant critique (bien que la densité de courant locale dépasse le Jc), mais plutôt une augmentation de la résistivité de flux flow ou de flux creep. Ce travail a été consacré à la réalisation et l'utilisation d'un dispositif d'imagerie Magnéto-Optique (MO) pour l'étude des matériaux supraconducteurs. La principale originalité de ce dispositif est de permettre des mesures sous courant de transport (30A), sous champ magnétique (jusqu'à 100mT), et/ou sous contrainte axiale (80kg maximum). Les études MO ont notamment porté sur les matériaux supraconducteurs à haute température critique élaborés ou étudiés au CNRS-CRETA et laboratoire de Cristallographie. En particulier, un dispositif de texturation par défilement sous champ magnétique de rubans multifilamentaires de Bi2212 a été mis au point. Connaître précisément les conditions de texturation pour chaque échantillon permet en effet de mieux interpréter les données issues des caractérisations, et notamment les images MO. Nous avons pu mettre en évidence par des obervations MO que la texturation sous champ magnétique améliore le piégeage et la texture des filaments, notamment ceux situés au centre des rubans. Par ailleurs le courant critique mesuré à 4,2K est augmenté de 30 à 40% grâce à la texturation sous champ magnétique.

This work was devoted to the realization and the use of a device of imagery Magnéto-Optique (MO) for the study of superconductors. The principal originality of this device is to allow measurements under current of transport (30A), under magnetic field (until 100mT), and/or under axial stress (80kg maximum). The MO studies are related to high temperature superconductors taht are elaborated or studied at the CNRS-CRETA and laboratory of Crystallography. In particular, a device for the rolled assisted texturation under magnetic field of Bi2212 ribbons was developed. Since we precisely know the conditions of texturation, it possible to better interpret the data resulting from the characterizations, and in particular of the MO images. We could highlight by MO obervations a texture amelioration under magnetic field : the trapped flux is higher, and more important for the filaments located at the center of the ribbons. In addition the measured critical current at 4,2K is increased by 30 to 40 % thanks to the texturation under magnetic field. In melt textured YBCO, we highlighted thanks to the MO images that the adaptation of the oxygen rate in the atmosphere of the furnace at the time of the phases of rise and descent in temperature is crucial for obtaining a homogeneous oxygen doping. The study carried out thanks to the MO device revealed that the drilling of a network of holes allows creates a significant improvement of the quality of the texture and of the local current density. Coated Conductors provided by Theva also were the subject of MO studies. The MO observations under axial stress revealed that the critical current was limited by the appearance of contraction bands (Lüders Bands) in the substrate, inducing cracks in the plug and superconductive layers. These cracks were observed for the first time with MO during this thesis. The MO imagery also makes it possible to highlight the presence of horizontal cracks due to the side compression of the MgO layer. Finally self field measurements in thin films were made in parallel with MO observations. It appears that the defects created artificially by lithography do not involve a measurable difference on the critical current density (although the local density of current exceeds Jc), but rather an increase in the flux flow or flux creep resistivity.