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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.97.2015.tde-05082015-161044
Documento
Autor
Nome completo
Sergio Tuan Renosto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2015
Orientador
Banca examinadora
Machado, Antonio Jefferson da Silva (Presidente)
Luz, Mário Sérgio da
Kopelevitch, Iakov Veniaminovitch
Nunes, Cristina Bormio
Título em português
Estudo da supercondutividade em diboretos de metais de transição (MeB2), com protótipo ALB2 e suas variações
Palavras-chave em português
Diboretos de metais de transição
Supercondutividade Multibandas
Resumo em português
O grupo de diboretos isoestruturais ao MgB2 com estrutura representada pelo protótipo AlB2 é considerado candidato à supercondutividade. Contudo, a existência do estado supercondutor é um fenômeno raro nesse grupo de materiais, de fato a grande maioria dos diboretos de metais de transição é caracterizada por um Tc menor que 0,7 K. Nesse grupo, os compostos normais HfB2, VB2, YB2 e ZrB2 exibem assinatura do comportamento paramagnético de Pauli em baixas temperaturas. Nesse trabalho é mostrado que a substituição parcial do metal (Hf e Zr) por V nas amostras M1-xVxB2, gera distorções da rede cristalina, com o surgimento de um estado supercondutor volumétrico. As medidas magnéticas, elétricas e térmicas revelam um Tc máximo atingindo 8,7 e 9,3 K para as respectivas amostras de composição Zr0,96V0,04B2 e Hf0,97V0,03B2, com valores elevados de ? 0Hc2(0) (~16 e ~21 T, respectivamente). Nessas amostras, os resultados a cerca do comportamento do ? 0Hc1 (T), do Cp(T) e da VHall (T), e medidas de ETS (electronic tunneling spectroscopy) em um monocristal, revelam a claras assinaturas da supercondutividade multibanda, tal como é reportado para o MgB2. Ainda, resultados mostram a que a existência do estado supercondutor no ZrB2 parece não ser uma exclusividade da substituição por V, já que é observada também na amostra de Zr0,96Y0,04B2, cujo Tc atinge 6,7 K novamente com assinatura de comportamento multibanda. Também são mostrados os resultados da existência dos comportamentos magnéticos competitivos nas amostras do sistema Zr1-xAlxB2, com um surpreendente ordenamento ferromagnético. Nesse mesmo cenário, também é mostrado que substituição de Nb por Ni é hábil em elevar a temperatura crítica do composto NbB2-? de 3,6 K para 6,0 K. Já em outros boretos, como nos sistemas Th1-xMxB12 (M = Zr, Sc, Y, Ti Hf) em condições especiais de síntese e substituição a fase ThB12 (inexistente no equilíbrio) pode ser estabilizada, onde se observa para amostra Th0,97Zr0,03B12 um Tc próximo a 5,5 K e comportamento supercondutor BCS, porém com um baixo valor do parâmetro k o que abre discussão para uma classe nova de supercondutores do tipo 1,5.
Título em inglês
Study of the Superconductivity in Metals Transitions Diborides (MeB2), with AlB2 Prototype and Variations
Palavras-chave em inglês
Multiband Superconductivity
Transition metal diborides
Resumo em inglês
The diborides group isostructural to MgB2 represented by AlB2 prototype structure are considered important candidates for superconductivity. However, the existence of the superconducting state is a rare phenomenon in this group of materials, indeed the majority of transition metal diborides are characterized by a Tc lower than 0.7 K. In this group, the normal compounds HfB2, VB2, YB2, and ZrB2 exhibit signature Pauli paramagnetic behavior at low temperatures. In this work it is shown that the metal partial substitution (Hf and Zr) by V in M1-xVxB2 samples generates distortions of the crystal lattice, with the emergence of a bulk superconducting state. The magnetic, electric and thermal measurements reveal a maximum Tc reaching 8.7 and 9.3 K for the respective samples Zr0.96V0.04B2 and Hf0.97V0.03B2 composition with high values of ? 0Hc2(0) (~ 16 and ~ 21 T, respectively). In these samples, the results about the behavior ? 0Hc1 (T), Cp(T), and VHall (T); and ETS (electronic tunneling spectroscopy) measurements in a single crystal; reveal a clear signatures of multiband superconductivity such as reported to the MgB2. Furthermore, the results show that the existence of the superconducting state ZrB2 appears to be not exclusive by V substitution, it is also observed in the sample Zr0.96Y0.04B2 whose Tc reaches 6.7 K again with signature multiband behavior. Also shown are the results of the existence of competitive magnetic behavior in samples of Zr1-xAlxB2 system, with a surprising ferromagnetic ordering. In this same scenario, it is also shown that substitution of Nb by Ni is able to raise the critical temperature of the NbB2-? compound from 3.6 K to 6.0 K. Since other borides as in Th1- xMxB12 (M = Zr, Sc, Y, Ti Hf) systems, in special conditions of synthesis and substitution the ThB12 phase (non-existent in the equilibrium conditions) can be stabilized, which is observed to Th0.97Zr0.03B12 sample with Tc close to 5.5 K and BCS superconducting behavior, but with a low of the k parameter value opening discussion for a new class of 1.5 type superconductors.
 
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EMT15002_C.pdf (9.18 Mbytes)
Data de Publicação
2015-08-05
 
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