Manyetik katkılanmış Bİ-2212 fiberlerin lazer yüzer bölge (LFZ) metoduyla üretimi, tanecik yönelimi ve süperiletkenlik özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of magnetically doped Bİ-2212 fibers by laser floating zone (LFZ) method, investigation of grain alignment and superconducting properties
Yazar: MURAT ÖZABACI
Danışman: PROF. DR. M. EYYUPHAN YAKINCI
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: BSCCO = BSCCO

Özet:
Bu tezde, yüksek tanecik yönelimine sahip malzeme üretiminde uygunluğunu kanıtlamış bir teknik olan lazer yüzer bölge metodu (Laser Floating Zone Method, LFZ), Bi2Sr2CaCu2-xFexO8+? ve Bi2Sr2CaCu2-xNixO8+? (x=0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.1) kompoziyonlarına sahip süperiletken fiberlerin (Çap:~1.8 mm, Boy:~12 cm) üretiminde 15 mm/sa ve 30 mm/sa olmak üzere iki farklı hızda uygulanmıştır.  
Üretilen fiberlerde süperiletken faz oluşumunun ve dağılımının tespiti XRD ve SEM/EDX incelemeleriyle gerçekleştirilmiştir. Yapının yönlenim derecesi kutup şekilleri ölçümleriyle tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen elektriksel (MR-T) ve manyetik (M-T, M-H) ölçümlerle süperiletkenliğin kritik değerleri hesaplanmış ve bu yolla katkılama ve farklı büyütme hızlarının yapıdaki süperiletkenliğin kalitesi üzerine etkileri araştırılmıştır. Manyetik ölçümler, manyetik alanın fiberlerin büyüme eksenlerine göre iki farklı yönden uygulanması ile gerçekleştirilmiş ve ortaya çıkan anizotropi yapının yönelim derecesi ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca üretilen fiberlerin termal özellikleri, termal iletkenlik (?) ve termoelektrik güç (Seebeck katsayısı, ?) ölçümleriyle araştırılmıştır.
Uygulanan iki farklı büyütme hızından 15 mm/sa hızında üretilen örneklerin genel olarak daha homojen faz yapısına, daha yüksek yönelime ve bunun paralelinde daha iyi süperiletkenlik özelliklerine sahip olduğu bulunmuştur. 15 mm/sa hızında üretilen örnekler içerisinde elde edilen en yüksek manyetik kritik akım yoğunluğu (Jc.mag) değeri katkısız örnekte 5.57x105 A/cm2 olmuş bu değer büyütme hızının 30 mm/sa?e çıkmasıyla 3.02x105 A/cm2?ye düşmüştür. 
Katkılanan Fe ve Ni atomlarının yapıda birbirinden farklı bir dağılım ve reaksiyon gösterdiği ve yapının yönelimi üzerinde farklı etkiler doğurduğu tespit edilmiştir. Ancak her iki katkılamanın da tanecik büyüklüğü ve faz koordinasyonu üzerindeki olumsuz etkilerinin kritik süperiletkenlik değerleri üzerinde bozulmaya yol açtığı görülmüştür. Son olarak katkılamanın fiberlerin termal iletkenlik eğrilerinde ortaya çıkardığı değişim incelenmiş ve bu değişim kristal yapıyla ilişkilendirilmiştir.
ANAHTAR KELİMELER: Lazer yüzer bölge (LFZ) metodu, BSCCO süperiletkenler, Bi-2212 fiberler, katkılama, büyütme hızı etkisi, tanecik yönlenimi.

Abstract:
In this thesis laser floating zone method, where its efficiency has already been proved in fabricating materials with highly aligned grains, has been applied for the fabrication of superconducting fibers (Diameter:~1.8 mm, Length:~12 cm) having Bi2Sr2CaCu2-xFexO8+? and Bi2Sr2CaCu2-xNixO8+? (x=0, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.1) compositions at two different growth rates as 15 mm/h and 30 mm/h.
The determination of phase formation and distribution in fabricated fibers has been performed through XRD and SEM/EDX investigations. Alignment degree of the structure has been determined via pole figures. Critical values of the superconductivity have been calculated from electrical (MR-T) and magnetic (M-T, M-H) measurements and effects of doping and different growth rates on superconductivity of the materials prepared have been investigated. Magnetic measurements have been done by applying magnetic field from two different directions with respect to the growing direction of the fibers and the anisotropy obtained has been correlated with the alignment degree of the structures. Furthermore, thermal properties of the fibers fabricated have been investigated by means of thermal conductivity (?) and thermopower (Seebeck cf., ?) measurements.	It has been found that among two different growth rates applied the fibers processed at 15 mm/h have more homogeneous phase distribution, higher alignment and, in consequence, better superconducting properties. The highest critical current density (Jc.mag) have been obtained on the samples prepared with 15 mm/h rate (Jc.mag=5.57x105 A/cm2). However this value decreased down to 3.02x105 A/cm2 for the samples prepared at 30 mm/h growth rate.
It has been observed that doping of Fe and Ni atoms have different distribution and reaction behaviour on the crystal structure. Thus, different effects on texturing level of the materials were obtained. However, it has been seen that the negative effects of doping on the grain size and phase coordination cause a degradation for critical superconductivity values. Finally, change on the thermal conductivity curves, caused by doping, has been discussed and correlated with the variation in the crystal structure.
KEYWORDS: Laser floating zone (LFZ) method, BSCCO superconductor, Bi-2212 fiber, doping, effect of growing rate, grain alignment.