Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2006. / Title proper from title frame. Also available in printed format.

Graduation date: 2000

Neutron diffraction experiments on europium telluride/lead telluride super-lattice systems reveal pronounced correlations between the antiferromagnetic EuTe layers. The results from an assortment of varying experimental conditions (applied magnetic field, temperature, etc.) and their relevance to the physical mechanism underlying this striking phenomena are discussed. Stochastic computer simulations are compared to this real data to examine the effects of varying the neutron coherence length and the amount of correlations in the model sample. There are rising theoretical efforts to determine the physical mechanism causing the observed correlations and a laconic overview of current theories in interlayer coupling is given herein. The investigated structures do not exhibit perfect correlations between the magnetic layers but most samples clearly show correlation effects. The description of these partial correlations, characterized by an order parameter p, is examined and a straightforward method for determining p is derived. / Graduation date: 1998

Graduation date: 1995

Graduation date: 1995

We have carried out a theoretical and an experimental study of thermal effects arising in bulk high-Tc superconductors. The theoretical study has allowed us to predict the self-heating behaviour. We have calculated the temperature evolution. We have shown the existence of a forbidden temperature window, and we have determined the analytical expression of a threshold field (Htr2) separating the « middle» and the «high» dissipation state . From a numerical modelling of a short cylinder, we have determined the time and spatial dependance of dissipated power and temperature within the sample. We have shown that the temperature rise is the highest along the corner location where the dissipated power is maximum. We have designed and constructed a susceptometer for characterizing large bulk superconductors (f →32 mm). The susceptometer allows a small temperature gradient (< 0.1K) to be achieved in the presence of large heating rates. It allows large AC and DC fields to be applied simultaneously, and was upgraded to measure simultaneously local temperatures and magnetic inductions. We have determined the heat transfer occuring in the susceptometer chamber. Magneto-thermal measurements with this system can be carried out with a high sensitivity and are found to be in very good agreement with the theoretical predictions. This work underlines the importance of the cooling conditions that can affect the distribution of the magneto-thermal properties within the superconductor.

Graduation date: 1991

La tesi constitueix un estudi de diverses perovskites mixtes de coure i titani, entre les quals cal citar La2CuTiO6 (estructura tridimensional amb els ions Cu(II) i Ti (IV) desordenats) i Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar amb Cu(II) i Ti(IV) ordenats). El treball aprofondeix en les relacions entre mètodes de síntesis, estructura i possibilitat de presentar propietats superconductores en els òxids del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambdós tipus d'òxid han estat sintetitzats tant pel mètode ceràmic com via sol-gel i s'ha estudiat el camí de reacció en tots els casos. Com a resultats més significatius cal destacar la inducció de bidimensionalitat i ordre en sistemes originalment desordenats, que ha donat lloc a l'aïllament d'un nou tipus de perovskites laminars (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Cal destacar també els diferents intents d'obtenció d'òxids de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8-&#948; (Ln= lantànid, A=alcal·linoterri) que han donat lloc a la síntesi d'un òxid superconductor de la mateixa família (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) amb una temperatura crítica de 26K.Hom duu a terme una caracterització en profunditat dels òxids esmentats (anàlisi de l'estequiometria catiònica i el contingut en oxigen, caracterització estructural mitjançant difracció de raigs X i neutrons sobre pols, difracció d'electrons i microscòpia electrònica de transmissió i mesura de les propietats magnètiques i de transport). Es realitza també un estudi de les possibilitats de dopatge de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparant-ne un gran nombre de derivats amb substitució catiònica. L'oxigenació d'aquests derivats substituïts ha estat assajada per diferents mètodes entre els quals cal esmentar l'electroquímica i l'alta pressió d'oxigen.La caracterització acurada dels diferents òxids obtinguts permet d'establir correlacions estructurals significatives que ajuden a la comprensió dels factors que determinen la superconductivitat en aquest tipus d'òxid. Es duu a terme també una discussió dels factors que afecten l'ordre (tant de cations com de vacants d'oxigen) i la dimensionalitat estructural en perovskites mixtes. / La tesis constituye un estudio de diversas perovsquitas mixtas de cobre y titanio, de entre las cuales cabe destacar La2CuTiO6 (estructura tridimensional que presenta los iones Cu(II) y Ti (IV) desordenados) y Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar con Cu(II) y Ti(IV) ordenados). El trabajo profundiza en las relaciones entre métodos de síntesis, estructura y posibilidad de presentar propiedades superconductoras de los óxidos del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambos tipos de óxidos se han sintetizado tanto por el método cerámico como vía sol-gel y en todos los casos se ha estudiado el camino de reacción. Como resultados más significativos cabe citar la inducción de bidimensionalidad y orden en sistemas originalmente desordenados, que ha dado lugar al aislamiento de un nuevo tipo de perovsquitas laminares (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Es necesario destacar también los distintos intentos de obtención de óxidos de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8-&#948; (Ln= lantánido, A=alcalinotérreo) que han dado lugar a la síntesis de un óxido superconductor de la misma familia (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) con una temperatura crítica de 26K.Se ha llevado a cabo una caracterización en profundidad de los citados óxidos (análisis de la estequiometría catiónica y el contenido de oxígeno, caracterización estructural mediante difracción de rayos X y neutrones sobre polvo, difracción de electrones y microscopía electrónica de transmisión y medida de las propiedades magnéticas y de transporte). Se ha realizado también un estudio de las posibilidades de dopaje de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparando un gran número de derivados de estas fases con sustituciones catiónicas. La oxigenación de dichos derivados se ha ensayado también utilizando diferentes métodos entre los que cabe destacar los electroquímicos y el tratamiento bajo alta presión de oxígeno. La caracterización cuidadosa de los compuestos obtenidos permite establecer correlaciones estructurales significativas que ayudan a la comprensión de los factores que determinan la superconductividad en este tipo de óxidos. Se discuten también los factores que afectan el orden (tanto de cationes como de vacantes de oxígeno) y la dimensionalidad estructural en perovsquitas mixtas. / The thesis is a study of different mixed copper-titanium perovskites, like La2CuTiO6 (three-dimensional structure with Cu (II) and Ti (IV) disordered in the octahedral positions) and Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (layered structure with ordering of Cu(II) and Ti(IV)). The work gives an insight in the relationship among the synthetic methods, the structure and the possibility of becoming superconductor, in the system Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Both types of oxides have been synthesized by the ceramic and sol-gel methods and a study of the reaction path has been made as well. The most significant results are: the induction of bidimensionality and order in systems originally disordered (which has led to the isolation of the new type of layered perovskites Ln2Ba2Cu2Ti2O11), and also the several attempts made to synthesize oxides with the general formula Ln1+xA2-xCu2TiO8-&#948; (Ln= lanthanide, A=alkaline earth) which have led to the obtaining of a superconducting oxide with a critical temperature of 26 K (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06).A detailed characterization of the above oxides is made: cationic stoichiometry and oxygen content analices, structural characterization by means of x-ray and neutron powder diffraction, electron diffraction and electron microscopy, and magnetic and transport properties. A study of the doping possibilities in Ln2Ba2Cu2Ti2O11 has also been made, and several derivatives of these oxides with cationic substitution have been prepared. The oxigenation of these substituted derivatives has been attempted by different methods such as electrochemistry and high oxygen pressure.The study of the structure and properties of the oxides synthesized yields significant structural correlations which help to understand the factors that determine superconductivity in these oxides. A discussion is also made concerning the factors that affect cationic and/or oxygen vacancy ordering and bidimensionality in mixed perovskites.

Efectes de Geometria en les Propietats Electromagnètiques de Materials Lineals i de Superconductors en l'Estat CríticEl comportament electromagnètic d'un cert material no només depèn de les seves propietats intrínseques sinó també de la geometria de la mostra estudiada. De fet, algunes magnituds magnètiques en mostres del mateix material però geometria diferent poden diferir en varis ordres de magnitud. La tesi està dividida en dues parts. La primera part està dedicada a l'estudi dels efectes de geometria, també denominats efectes desimantadors, en mostres de materials lineals, homogenis i isòtrops (LHI) sota l'aplicació d'un camp magnètic uniforme. Per quantificar els efectes desimantadors en les magnituds magnètiques més rellevants en materials LHI s'utilitzen els factors de desimantació fluxmètric i magnetomètric (Nf i Nm); el seu càlcul teòric és necessari per poder determinar algunes propietats intrínseques dels materials a partir d'experiments. Després de detectar grans mancances en els resultats teòrics previs dels factors de desimantació per prismes rectangulars, presentem nombrosos càlculs originals de Nf i Nm. Pels casos de prismes infinitament llargs i prismes quadrats finits Nf i Nm es calculen per un rang ampli de relació gruix-amplada i susceptibilitat magnètica. Pel cas d'un prisma finit perfectament diamagnètic es presenta un estudi sistemàtic dels factors de desimantació en funció de les dimensions relatives del prisma a partir de càlculs precisos. També es calculen resultats numèrics per cilindres amb camp aplicat en la direcció radial, situació per la que existien molt poques dades.L'altra part de la tesi consisteix en un estudi de superconductors durs, que són materials molt interessants per aplicacions pràctiques. En aquest cas, l'estudi es centra en algunes geometries infinitament llargues immerses en un camp magnètic altern i uniforme aplicat en direcció transversal o bé que transporten un corrent elèctric altern. Concretament, s'estudien amb detall les geometries de prisma infinit de secció rectangular, el·líptica i varis casos de conjunts de múltiples prismes rectangulars. L'estudi d'aquestes geometries és de gran importància pràctica a l'hora de dissenyar cintes i cables superconductors per treballar en dispositius elèctrics en corrent altern, pels que és fonamental la reducció de les pèrdues energètiques per la viabilitat de la tecnologia basada en cables superconductors. Per fer l'estudi esmentat es desenvolupa un mètode numèric basat en el model d'estat crític per superconductors i la minimització de l'energia magnètica. Pels casos de camp magnètic aplicat, el mètode permet descriure dos tipus de connexió entre filaments, elèctricament aïllats un a un o interconnectats entre sí al extrems dels prismes. Malgrat que el primer tipus de connexió és la que presenta pèrdues energètiques més baixes, no havia estat possible simular-lo fins ara. Els resultats numèrics obtinguts a partir d'aquest mètode són originals i de gran precisió. A més, la descripció sistemàtica del problema permet realitzar un estudi en profunditat de les propietats electromagnètiques per aquestes geometries, gràcies al que s'obtenen unes tendències bàsiques per reduir les pèrdues energètiques. / The electromagnetic behaviour of a certain material do not only depends on its internal properties but also on the geometry of the studied sample. Actually, some magnetic quantities in samples of the same material but different geometry can vary in several orders of magnitude. The thesis is divided into two parts. In the first part we study the geometry effects, also called demagnetizing effects, in samples made of linear homogenous isotropic materials (LHI) subjected to a uniform applied magnetic field. In order to quantify the demagnetizing effects on the most relevant magnetic quantities of the samples, we carry out accurate calculations for the fluxmetric and magnetometric demagnetizing factors (Nf and Nm); the calculation of these factors is needed to determine some internal magnetic properties of materials from experiments. After detecting some important lacks in the already existing theoretical results for rectangular prisms, we present a complete set of original calculated data of Nf and Nm. For the cases of infinitely long rectangular prisms and finite square bars we calculate Nf and Nm for a wide range of thickness-to-width aspect ratio and magnetic susceptibility. For the case of a perfectly shielding rectangular prism, we present a systematic study of the demagnetizing factors as a function of the relative dimensions of the prism by means of accurate numerical calculations. Numerical results are also presented for cylinders under radial applied field, situation for which there existed very few data.The other part of the thesis consists in a study of hard superconductors, which are materials very interesting for applications. For this case, we have focused on some infinitely long geometries subjected to either a transverse AC applied field or a transport alternating current. Specifically, there have been studied in detail the geometries of an infinitely long prism with rectangular cross-section, elliptical one and some arrangements of several rectangular prisms. The study of these geometries is of great practical importance for the design of superconducting tapes and cables for devices operating in AC conditions, for which the reduction of the AC loss is of vital importance for the viability of the technology based on superconducting wires. In order to do such an study, we develop a numerical method based on the critical-state model for superconductors and magnetic energy minimization. For the cases considering an applied magnetic field, the method allows the description of two different kinds of filament connexion, mutually electrically isolated or interconnected at the ends of the prisms. Although the first kind of connection presents lower AC loss, this situation has not been simulated until now by any author. The numerical results obtained from this method are original and very accurate. Furthermore, the systematic study of the problem provides a deep understanding of the electromagnetic properties for these geometries, thanks to which we obtain some general trends to reduce the AC loss.

No description available.