LFZ tekniği ile üretilen krom katkılı Bi2Sr2Ca1Cu2-xCrxOy süperiletkenlerinin fiziksel, elektriksel ve manyetik özellikleri
Physical, electrical and magnetic properties of crom doped Bi2Sr2Ca1Cu2-xCrxOy superconductors prepared by laser floating zone technique
Yazar: ESEN GÜN
Danışman: DOÇ. DR. BERDAN ÖZKURT
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada; LFZ (laser floating zone) yöntemi ile hazırlanan Cr katkılı Bi2Sr2Ca1Cu2-xCrxOy süperiletkenin fiziksel, elektriksel ve manyetik özellikleri araştırıldı. Farklı oranlarda (x= 0.0, 0.05, 0.1 ve 0.25) katkılama ile dört farklı örnek hazırlandı ve krom katkısının süperiletkenlik özelliklerine etkisi belirlendi.
           Üretilen örneklerin fiziksel özellikleri, X ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ölçümleri ile incelendi. XRD sonuçlarında, tüm malzemelerde genellikle aynı fazlar görülmüş ve ana faz olarak Bi-2212 fazı açığa çıkmıştır. Cr içeren herhangi bir safsızlık fazı belirlenmemiş olup Bi-2212 kristal faz yapısına katıldığını göstermektedir. SEM görüntülerinde artan Cr katkılaması ile farklı renk dağılımları izlenmiştir. Bu renklenmeler bazı safsızlık fazları olduğunu ve taneler arasındaki bağlantının azaldığını işaret etmiştir.  
           Hazırlanan örneklerin kritik sıcaklık, süperiletken karakterizasyonu ve elektriksel özellikleri DC direnç ölçümleri kullanılarak gözlemlenmiştir. Elde edilen DC ölçümlerine göre; 0.25 Cr katkılı malzemenin süperiletken olmadığı ve x=0.05 Cr katkılı malzemenin Tc(onset) ve Tc(offset) değerlerinde artış gösterdiği, gözlenmiştir.
           Manyetik özellikler M–H ölçümleri ile belirlenmiştir. M-H ölçümlerinden elde edilen manyetik histerezis eğrileri tüm Cr katkılı örneklerde oldukça benzerdir. Bi-2212 fazının fazla olması nedeni ile 0.05 Cr katkılı örnek katkısız olandan daha geniş alana sahiptir. 10 K deki histerezis döngülerinden Bean's model kullanılarak hesaplandı en yüksek kritik akım yoğunluğu 0.05 Cr katkılı örneğin sahip olduğu görüldü. 
           Elde edilen tüm sonuçlara göre, Cr'un manyetik yapısı ve hole konsantrasyonundaki değişim nedeni ile düşük oranda Cr katkısı Bi-2212 süperiletkenin özelliklerini olumlu etkilemiştir.

Abstract:
In this study; the physical, electrical and magnetic properties of Cr-doped Bi2Sr2Ca1Cu2-xCrxOy superconductor prepared by LFZ (laser floating zone) technique were investigated. Four different samples were prepared by doping at different ratios (x = 0.0, 0.05, 0.1, and 0.25) and the effect of the chromium doping on the superconductivity properties was determined.
           Physical properties of fabricated samples were examined by X-ray diffraction (XRD) technique and scanning electron microscopy (SEM) measurements.  In XRD results, generally the same phases were seen in all materials and the Bi-2212 as main phases was revealed. That no pure impurity phase containing Cr was determined indicates that Cr incorporated in crystal structure of Bi-2212. Different color distributions were observed by increasing Cr doping in SEM images. These colorings point out the fact that there is some impurity and the link between the particales is decreasing.
           The critical temperature, superconductor characterization, and electrical properties of prepared samples were observed by using DC resistivity measurements. According to the DC measurement obtained; it was observed that 0.25 Cr doped sample is not superconducting and that Tc (onset) and Tc (offset) values of 0.05 Cr doped sample showed an increase. 
           Magnetic properties have been determined with M–H measurements. Magnetic hysteresis curves obtained by M–H measurements are quite similar in all Cr-doped samples. 0.05 Cr doped sample seems to possess larger loop area than the undoped ones, probably due to their higher Bi-2212 phase. The Jc values for all samples were calculated from the hysteresis loops at 10 K, using the Bean's model, which shows that 0.05 Cr doped sample have the highest critical current.
          According to all the results obtained, low Cr doping affected positively the superconducting properties of Bi-2212 because of the change in the hole concentration and the magnetic nature of Cr.