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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.43.2016.tde-12052016-125023
Documento
Autor
Nome completo
Jonathan Venturim Zuccon
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Jardim, Renato de Figueiredo (Presidente)
Machado, Antonio Jefferson da Silva
Moreira, Fernando Manuel Araujo
Título em português
Supercondutividade em ligas de Ta1-xZrx
Palavras-chave em português
Acoplamento elétron-fônon forte.
Ligas de Ta1-xZrx
Supercondutividade
Resumo em português
No presente estudo, amostras policristalinas ricas em Ta e com estequiometrias Ta1-xZrx; x < 0.15; foram preparadas através da mistura apropriada dos elementos metálicos, os quais foram fundidos em forno a arco elétrico sobre uma placa de cobre refrigerada a água e sob atmosfera de argônio de alta pureza. Os padrões de difração de raios-X das ligas, como fundidas (as cast) e tratadas termicamente a 850 °C por 24 h, revelaram a ocorrência de uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrada bcc, tipo W, e parâmetros de rede que aumentam suavemente com o aumento do teor de Zr nas ligas. Medidas de susceptibilidade magnética dc, conduzidas nas condições de resfriamento da amostra em campo zero (ZFC) e do resfriamento com o campo magnético aplicado (FC), indicaram que supercondutividade volumétrica é observada abaixo de ~ 5.8, 6.9, 7.0 K em amostras com x = 0.05, 0.08, e 0.10, respectivamente. Essas temperaturas críticas supercondutoras são bastante superiores àquela observada no Ta elementar ~ 4.45 K. Medidas de resistividade elétrica na presença de campos magnéticos aplicados de até 9 T confirmaram a temperatura crítica supercondutora das amostras estudadas. O campo crítico superior Hc2 e o comprimento de coerência E foram estimados a partir dos dados de magnetorresistência. Os valores estimados de Hc2 foram de ~ 0.46, 1.78, 3.85 e 3.97 T, resultando em valores de E ~ 26.0, 13.6, 9.2 e 9.1 nm para as ligas as cast com x = 0.00, 0.05, 0.08 e 0.10, respectivamente. A partir dos dados experimentais do calor específico Cp das ligas, magnitudes estimadas do salto em Cp nas vizinhanças das transições supercondutoras indicaram valores maiores que o previsto pela teoria BCS. Utilizando as equações analíticas derivadas da teoria do acoplamento forte da supercondutividade foi então proposto que o aumento da temperatura de transição supercondutora nas ligas devido a substituição parcial do Ta por Zr está intimamente relacionado ao aumento do acoplamento elétron-fônon, visto que a densidade de estados eletrônicos no nível de Fermi foi estimada ser essencialmente constante através da série Ta1-xZrx com x < 0.10.
Título em inglês
Superconductivity in Ta1-xZrx Alloys
Palavras-chave em inglês
Ta1-xZrx alloys
Strong electron-phonon coupling.
Superconductivity
Resumo em inglês
In the present study, polycrystalline samples of Ta-rich binary alloys with stoichiometry Ta1-xZrx; x < 0.15; were prepared by mixing appropriate amounts of the metallic elements which were arc-melted on a water-cooled hearth under high-purity argon atmosphere. The X-ray diffraction patterns of the as cast alloys and heat treated ones at 850 °C by 24 h revealed the occurrence of the body-centered cubic crystal structure bcc, type W, and lattice parameters that increase slightly with increasing Zr content. Magnetic susceptibility measurements dc, performed in zero-field cooling ZFC and field cooling FC processes, indicated that bulk superconductivity is observed below ~ 5.8, 6.9, and 7.0 K, in samples with x = 0.05, 0.08, and 0.10, respectively. These superconducting critical temperatures are higher than that of ~ 4.45 K found in elemental Ta. Electrical resistivity measurements under applied magnetic fields to 9 T corroborated the superconducting critical temperatures for the samples studied. The thermodynamic upper critical field Hc2 and the coherence length E were estimated from the magnetoresistance data. The estimated values of Hc2 were 0.46, 1.78, 3.85, and 3.97 T, leading to E 26.0, 13.6, 9.2, and 9.1 nm for the as cast alloys with x = 0.00, 0.05, 0.08, and 0.10, respectively. In addition to this, from the results of heat capacity Cp data, jumps in the vicinity of the superconducting transition were estimated and found to be larger than the one expected from the BCS theory. By using analytic equations derived from the strong coupling theory of superconductivity we argued that the enhancement of Tc in alloying Ta with Zr is due to the increase of the electron-phonon coupling, provided that the density of states in the Fermi level was found to be essentially constant in the series Ta1-xZrx; x < 0.10.
 
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Data de Publicação
2016-05-12
 
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