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Type: TESE
Title: Magnetismo e supercondutividade em novos compostos intermetálicos à base de FeAs
Title Alternative: Magnetism and superconductivity in new FeAs based intermetallic compounds
Author: Garitezi, Thales Macedo, 1987-
Advisor: Pagliuso, Pascoal José Giglio, 1971-
Abstract: Resumo: Os supercondutores à base de ferro e arsênico foram descobertos em 2008, primeiramente na forma de um óxido LaFeAsO1-xFx com uma temperatura crítica de 26 K, e poucos meses depois na forma do intermetálico livre de oxigênio Ba1-xKxFe2As2 com Tc = 41 K. Desde então, esses materiais despertaram grande interesse da comunidade cientíca em busca do entendimento da natureza microscópica e da origem da supercondutividade nesses compostos, e sua possível relação com a supercondutividade dos cupratos e dos férmions pesados, onde acreditase que mecanismo de pareamento seja através de flutuações magnéticas. Muitos acreditam que essa nova família de materiais se constituirá na segunda classe de supercondutores de alta temperatura crítica descoberta desde dos cupratos há 30 anos atrás. Por supostamente compartilharem o mesmo mecanismo de supercondutividade dos cupratos, há grande perspectiva de descoberta de compostos a base de Fe-As com altas Tc (apresentam no momento Tcs tão altas quanto 55 K). Além do mais, muitos compostos desta família estudados até então podem apresentar altas correntes críticas comparáveis com supercondutores convencionais utilizados em magnetos comerciais, o que revela o potencial desses materiais para aplicação em fios de transmissão supercondutores e magnetos de alto campo, em especial no caso dos compostos intermetálicos, por serem, a princípio, mais fáceis de se manipular e mais estáveis do que os óxidos cerâmicos. Inicialmente, monocristais da família dos compostos à base de FeAs intermetálicos (Ba1-xKx-Fe2As2, BaFe2-xCoxAs2, etc) foram sintetizados utilizando-se fluxo de Sn. Os monocristais crescido por esse método possuem em média excelentes dimensões (5 mm x 5 mm x 2 mm), mas os estudos mostraram que há uma significativa incorporação substitucional de Sn, o que altera as propriedades microscópicas dos compostos. Atualmente, monocristais dessa família são sintetizados com a técnica de auto-fluxo, que usa excesso de ferro e arsênico para o crescimento. Porém, os monocristais crescidos por esse método têm dimensões cerca de 10 vezes menores e este excesso de reagentes no fluxo que fazem parte do composto pode levar a um desbalanço na estequiometria do material, e isso pode alterar fortemente medidas que sondem propriedades microscópicas, como a simetria do estado supercondutor, por exemplo. Além do mais, o excesso de arsênico traz um perigo adicional para o crescedor. Portanto, é desejável a busca de métodos alternativos de crescimento desses materiais que possam gerar amostras de boa qualidade que permitam um estudo confiável de suas propriedades microscópicas. Nesta dissertação, é apresentado o processo de síntese e caracterização de monocristais da série BaFe2-xCoxAs2 crescida com a técnica de fluxo metálico com um fluxo alternativo, o In. Os cristais sintetizados por esta técnica tiveram suas propriedades macroscópicas, como resistividade elétrica DC (p), susceptibilidade magnética DC (x), calor específico à pressão constante (Cp) e difração de raios-X medidas, e delas foram extraídas as temperaturas de transição magnética e supercondutora, o que permitiu a construção do diagrama de fases temperatura versus composição para esta série. O diagrama obtido neste trabalho está de acordo com o diagrama publicado para amostras crescidas com auto-fluxo, atestando o sucesso do crescimento sistemático dessa série com o fluxo de índio sem prejuízo às suas propriedades macroscópicas. Medidas preliminares de NMR sugerem que as amostras crescidas por fluxo de In têm qualidade cristalina superior às das amostras crescidas por auto-fluxo

Abstract: Iron arsenide based superconductors were discovered in 2008, first in the oxide form in LaFeAs-O1-xFx, which had Tc = 26 K; and a few months later in the intermetallic form, in an oxygen-free compound, Ba1-xKxFe2As2, with a critical temperature of ~ 41 K. They are supposedly the second class of unconventional high temperature superconductors since the discover of Cu-based oxides almost 30 years ago. For being considered similar to the cuprates, and having Tcs as high as 55 K and critical currents of the order of those conventional superconductors used in commercial magnets, these materials have great potential to be used in transmission lines and high field magnetsm, specially in the intermetallic from, since they tend to be, presumably, more flexible and easier to manipulate and stabilize than an oxide ceramic. Furthermore, there is great interest in studying the microscopic nature and the origin of superconductivity in these materials and its relation with magnetism. As of today, single crystals of this family are synthesized mainly with the self-flux technique, which uses excess iron and arsenic in the growth. Yet, this excess of reagents needed to grow these impurity-free crystals can lead to an outbalance of the material's stoichiometry, and that can strongly alter the outcome of experiments which probe microscopic properties such as the symmetry of the superconductor state. Also, the excess of As in the growth is an extra danger for the grower. As such, search for alternative methods of synthesis of these materials is highly desirable. In this work, it's presented the synthesis method and characterization of the BaFe2-xCoxAs2 series grown from In flux. The macroscopic physcial properties such as DC resistivitity (p), DC magnetic susceptibility (x), specific heat at constant pressure (Cp) and X-ray powder diffraction were measured on the In-flux prepared single crystals. From our results, We extracted the magnetic and superconducting transition temperatures which allow us the construction of a temperature composition phase diagram for this series. The obtained phase diagram is in agreement with the diagram constructed using samples grown by the self-flux method, attesting the success of our systematic growth using the In flux without any effect in the macroscopic properties of the crystals. Furthermore, preliminary NMR experiments suggest that the In-grown crystals may be of higher quality than the self-flux grown single crystals
Subject: Supercondutividade
Magnetismo
Desenvolvimento de materiais
Monocristais - Defeitos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2011
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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