Onderzoeksproject SU/02 (Onderzoeksactie SU)
Het project wordt gecoördineerd door Prof. R. DELTOUR.
1. Doelstellingen:
Het doel van het project is de vervaardiging van bulkmaterialen, éénkristallen, dunne en dikke filmen van kritische hoge-temperatuur supergeleidende materialen met interessante eigenschappen met het oog op technisch en economisch realiseerbare toepassingen. Het is een samenwerkingsverband tussen zeven vaklaboratoria op het gebied van de vaste-stof fysica, de scheikunde van de keramieken, de toegepaste materiaalkunde en elektronica met een grote ervaring inzake supergeleiding, oppervlaktefysica, keramische materialen en elektronische instrumentatie.
De partners zullen systematisch onderzoek verrichten naar de invloed van intrinsieke en extrinsieke defecten op de supergeleidende eigenschappen. Deze defecten worden geïnduceerd door de verschillende chemische componenten, de magnetische en niet-magnetische onzuiverheden (doping), de bereidingswijzen en de microstructuur. De controle ervan kan een wezenlijke rol spelen bij de vervaardiging van supergeleidende materialen met hoge waarden van de kritische stroomdichtheid en die voor praktische toepassingen in aanmerking kunnen komen. Die toepassingen zullen worden overwogen op grond van de mogelijkheden ervan en menselijke en technische middelen van de deelnemende
onderzoekeenheden.
Tijdens de eerste fase van het project (de eerste twee jaren) zullen de effecten van de samenstelling, de doping en de fabricagetechnieken door gedetailleerde microscopische analysemethoden in situ bestudeerd en gekarakteriseerd worden, hoofdzakelijk in de YBaCuO en BiCaSrCuO systemen. Andere verbindingen kunnen in aanmerking worden genomen in het licht van de vorderingen zowel internationaal als binnen de groep.
Wat de filmen betreft zullen de interacties met de substraten en met tussenliggende bufferlagen worden bestudeerd door middel van verschillende grensvlakanalysetechnieken en gecorreleerd zijn met de supergeleidende alsook de macroscopische evenwichts- en transporteigenschappen.
Ook naar de oppervlaktebehandelingen van de lagen door laserbestraling onder verschillende atmosferen en/of afzetting van deklagen alsook de interactie tussen de filmen en externe contactelektroden met lage elektrische weerstand zal grondig onderzoek worden verricht met het oog op latere technologische ontwikkelingen.
Deze werkzaamheden in verband met de rol van de onzuiverheden zijn, behalve het feit dat zij toepassingsgericht zijn, van fundamenteel belang om inzicht te verkrijgen in het mechanisme dat tot hoge-temperatuur supergeleiding leidt.
Op het einde van de eerste fase van het project zullen alle geassocieerden een alomvattende evaluatie verrichten van de opgezette werkzaamheden en de verkregen resultaten door ieder van de onderzoekeenheden, in het licht van de in de internationale literatuur gepubliceerde resultaten. In acht genomen de eventuele heroriëntaties die op dat ogenblik zouden kunnen worden beslist, zullen bovengenoemde studies tijdens de tweede fase van het project worden voortgezet en, parallel met en op grond van de bereikte resultaten, zullen bepaalde specifieke toepassingen worden ontwikkeld in het domein van micro-elektronica, de telecommunicatie en/of de elektrotechniek.
2. Gecoördineerd onderzoekprogramma
A. Synthese en karakterisatie van poeders (hoofdzakelijk YBaCuO en
BiCaSrCuO) en polykristallijne substraten :
1. hoge-temperatuur vaste stof reacties;
2. natte chemische wegen (sol-gel technieken) en coprecipitatie;
3. atomisatie van suspensies (spray-drying) of oplossingen (aërosolen);
4. studie van de thermische behandeling van poeders of van de
basismaterialen van deze poeders;
5. fysische en chemische karakterisatie van poeders van supergeleiders:
. morfologie;
. distributie van de deeltjesgrootte;
. chemische analysen.
B. Studie van de sinterprocessen :
1. koud geperste plaatjes, dunne en dikke filmen;
2. uniaxiaal en/of isostatisch warm persen onder verschillende atmosferen.
(Levering van targets voor onderzoeklijn E)
C. Produktie van dikke lagen : zeefdruktechniek;
D. Bereiding van éénkristallen met behulp van fluxtechnieken.
E. Produktie van dunne lagen :
1. magnetronverstuiving met meerdere targets in een oxyderende atmosfeer;
2. laser ablatie.
F. Behandeling van de lagen :
1. laser annealing onder verschillende atmosferen;
2. eventuele afzetting van deklagen.
G. Fysisch-chemische karakterisatie (microstructuur, defecten,
stoichiometrie) van gesinterde lagen en bulkmaterialen :
1. scanning elektronen microprobe;
2. EDAX microanalyse;
3. thermogravimetrie en differentiële thermogravimetrie;
4. Auger en fotoemissie spectroscopie;
5. LEED elektronendiffractie;
6. Röntgenstralendiffractie;
7. chemische analysetechnieken;
8. micro-Raman spectroscopie;
9. infrarood spectroscopie met Fourier transformatie.
H. Karakterisatie en studie van de elektrische en magnetische eigenschappen
van de filmen, éénkristallen en bulkmaterialen (als functies van de
temperatuur en het magnetisch veld) :
1. dc en ac metingen (lage en middenfrequenties);
2. susceptometrie bij een laag magnetisch veld en magnetisatiemetingen bij
hoge velden;
3. metingen van kritische stroomdichtheden;
4. kamer- en lage-temperatuur scanning tunneling microscopie;
5. elektrische metingen (hoge frequenties).
I. Karakterisatie en studie van de thermische en thermoelektrische
eigenschappen van de filmen, éénkristallen en bulkmaterialen:
1. evenwichtseigenschappen;
2. specifieke warmte;
3. transporteigenschappen, warmtegeleidingsvermogen, thermoelektrische
effecten.
J. Theoretische interpretatie en analyse van de resultaten, modelisatie van
dissipatieve fenomenen (percolatie, pinningkrachten en vortex beweging,
kritische staat).
K. Potentiële toepassingen :
1. hoge stroombegrenzers;
2. poort en interconnectielijnen voor IC's;
3. laagfrequent magnetische afscherming;
4. SQUIDs;
5. hoogfrequent caviteiten.s
