Ce travail se compose de deux parties : la première partie traite de la formation de dépôts épais du composé YBa2Cu3O7-x par la technique électrophorétique (EPD) tandis que la seconde décrit la réalisation de dépôts par la technique de projection plasma. Dans le cadre de la méthode EPD, des suspensions aqueuses et non-aqueuses ont été étudiées. Plus particulièrement, des suspensions à base dacétone en présence ou non diode ont été caractérisées de manière approfondie. A laide de ces résultats, un mécanisme de charge des particules a été proposé. La cinétique de dépôt de lYBa2Cu3O7-x par EPD a également été étudiée. Les dépôts formés ont montré des propriétés supraconductrices sur substrat dAg. Une densité de courant critique Jc (77 K, H=0) de lordre de 103 A/cm² a été obtenue. Finalement, une méthode de texturation sous champ magnétique appliquée à lEPD a été explorée. Pour la technique de projection plasma, différents paramètres opératoires ont été étudiés. Par un traitement thermique adéquat du dépôt sur substrat de Ni, la phase supraconductrice a été obtenue.

The nonlinear electrodynamic characteristics and presence of vortex dynamics in pseudo 2-dimensional microbridges make them attractive to design novel passive and active microwave circuits. Before such applications could be feasibly accomplished, a greater understanding of the the these devices are necessary, by a complete DC, microwave and optoelectronic characterization. A cryostat design and construction is discussed including the creation of test beds for DC characterization. Coplanar waveguide (CPW) design methodology is presented and used for the creation of CPWs for microwave characterization. Microbridges and meander lines are also embedded into the CPWs for determining the microwave performance of said devices and for optoelectronic characterizations. Results are compared against accepted results from theory and simulations, introducing vortices as explanations for device behaviour. Feasibility of these devices as single photon detectors is discussed.

Fabrication of nanoscale Josephson junctions and Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID) is very promising but challenging topic in the superconducting electronics and device technology. In order to achieve best sensitivity of SQUIDs and to reproduce them easily with a straightforward method, new fabrication techniques for realization of nanoSQUIDs needs to be investigated. This study concentrates on investigation of new fabrication methodology for manufacturing nanoSQUIDs with High Temperature Bi-Crystal Grain Boundary Josephson Junctions fabricated onto SrTiO3 bi-crystal substrates using YBa2Cu3O7-δ (YBCO) thin-films. In this process nanoscale patterning of YBCO was realized by using electron beam patterning and physical dry etching of YBCO thin films on STO substrates. YBCO thin films were deposited using RF magnetron sputtering technique in the mixture of Ar and O2 gases and followed by annealing at high temperatures in O2 atmosphere. Structural characterization of YBCO thin films was done by Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX). Superconducting properties of thin films was characterized by AC magnetic susceptibility measurements. Nanoscale structures on YBCO thin films were fabricated by one E-Beam Lithography (EBL) step followed by Reactive Ion Etching (RIE) and physical dry etching. First SiO2 thin film were deposited on YBCO by RF magnetron sputtering and it was patterned by EBL using Polystyrene (PS) as resist material and RIE. Then SiO2 was used as an etch mask for physical dry etching of YBCO and nanoscale structures on YBCO were formed.

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En physique des particules, les grands accélérateurs permettent de sonder la matière en produisant des collisions de faisceaux à haute énergie. Dans un accélérateur circulaire, l'énergie maximale de collision dépend directement de l'intensité du champ magnétique dipolaire servant à guider les particules le long de leur orbite. Dans le large collisionneur de hadrons installé au CERN, l'énergie de collision maximale est de 14 TeV dans le centre de masse. Réaliser des collisions à plus haute énergies nécessitera alors l'utilisation de matériaux supraconducteurs à haute température critique (HTS). Dans cette perspective, les propriétés électromécaniques des différents conducteurs HTS sont caractérisées et paramétrées à 4.2 K sous des inductions allant jusqu'à 12 T. Dans les aimants supraconducteurs d'accélérateur, le câble doit être à fort ampérage et à haute densité de courant (15 kA-400 A/mm2). Il consistera en plusieurs conducteurs HTS connectés en parallèle. La caractérisation et la modélisation des performances de tels câbles dans leurs futures conditions opérationnelles sont exposées dans cette thèse.

Les collisionneurs de particules sont des outils indispensables pour l'étude et la compréhension des lois fondamentales de la physique. Le plus grand accélérateur de particules jamais construit, le Large Hadron Collider (LHC), installé au CERN, est un accélérateur circulaire de type synchrotron à faisceaux contrarotatifs. Dans le LHC, les dipôles supraconducteurs en Nb-Ti génèrent une induction maximale de 8,3 T et les particules ont une énergie de collision de 14 TeV. La communauté scientifique souhaiterait des collisions à plus hautes énergies, ce qui nécessitera l'utilisation de dipôles à inductions magnétiques plus élevées. Le supraconducteur Nb3Sn est une option pour les dipôles générant jusqu'à 14 T environ. Une possible augmentation de l'énergie de collision du LHC de 14 TeV à 33 TeV est actuellement en discussion. Ce niveau d'énergie nécessitera l'utilisation de supraconducteurs à haute température (HTS) ayant des inductions irréversibles bien supérieures à celles du Nb3Sn et du Nb-Ti. A basse température les conducteurs YBCO présentent des inductions irréversibles et des densités de courant critique très élevées. Au nominal, les aimants supraconducteurs d'accélérateur fonctionnent à des courants de l'ordre de 10-20 kA. Ce niveau de courant bien supérieur aux capacités individuelles de transport des conducteurs HTS requerra l'utilisation de câbles supraconducteurs multibrins. Dans cette thèse, une formulation analytique fournissant une estimation de l'induction ultime des dipôles HTS est dérivée et la possibilité de générer des inductions supérieures à 20 T est démontrée. Le concept de câble transposé Robel à fort courant − introduit en 2006 pour les conducteurs YBCO − a jusqu'alors été caractérisé à 77 K, en induction propre. Mon travail expérimental pionnier a conduit à la première caractérisation réussie de câbles Roebel à 4,2 K et sous des inductions allant jusqu'à 9,6 T. Les forts courants critiques (12 kA) et les densités de courant critique (>1,1 kA/mm2) démontrent le potentiel de ces câbles pour des applications dans les aimants d'accélérateur à haute induction. Les câbles caractérisés ont atteint leur courant critique avec une distribution inégale de courant entre les brins. La principale raison de cette répartition déséquilibrée a été identifiée comme étant due à une résistance de contact non homogène aux jonctions. Mon travail novateur a permis de développer des outils numériques et expérimentaux universels qui permettent de quantifier et d'évaluer les performances des câbles HTS pour les aimants d'accélérateur.

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Superconductivity Centennial Conference 2011- EUCAS–ISEC–ICMC (18-23 Sep 2011, The Hague, The Netherlands)

Since the discovery of the high temperature superconductor YBa2Cu3O7-δ (YBCO), with transition temperature (Tc = 77 K), above liquid nitrogen point in 1987 many research projects have been dedicated to enhancing the high field performance of this material for practical applications. The 2nd generation YBCO-based coated conductors are believed to be the most promising approach for commercial applications including power transmission, motors, generators, and high field magnets. With the advances of nanotechnologies, different nanoengineering methods have been demonstrated to enhance the performance of YBCO thin films, include doping with 0-dimensional (0-D) self-assembled nanoparticles, 1-dimensional (1-D) nanorods, and 2-dimensional (2-D) nanolayers. Furthermore, dopants with ferromagnetic properties are also reported to provide enhanced pinning effects by Lorentz force, especially under high-applied magnetic fields. The principle of these methods is to generate high-density defects at the heterogeneous interfaces as artificial pinning centers in an effort to improve the flux-pinning properties. The morphology and dimensions of the nanoinclusions play an important role in pining enhancement. Optimized pinning structures are likely to be located at energetically favorable vortex cores, which form a triangular lattice with dimensions close to the YBCO coherence length ξ (ξab ~ 4 nm; ξc ~ 0.5 nm at 77 K.) However, it is challenging to achieve small dimensional nanodopants in the vapor deposited YBCO thin films. The purpose of this research is to utilize nanoengineering methods to produce optimized pinning structure in YBCO thin films. In this thesis, we systematically study the effects of different nanoinclusions on the flux-pinning properties of YBCO thin films. The 0-D ferromagnetic Fe2O3 and CoFe2O4 nanoparticles, 2-D CeO2 multilayers, and tunable vertically aligned nanocomposites (VAN) of (Fe2O3)x:(CeO2)1-x and (CoFe2O4)x:(CeO2)1-x systems are introduced into the YBCO matrix as artificial pinning centers. Results suggest that all nanoinclusions showed significant enhancement in the superconducting properties of YBCO. The ferromagnetic pinning centers dominate at high field and low temperature regimes, however, the defect pinning centers dominate at low field and high temperature regimes. The uniquely arranged VAN structure of alternating magnetic and non-magnetic nanophases, which incorporates both high defect density and tunable distribution of magnetic dopants, is believed to be an ideal solution for flux-pinning enhancement.