Article a ACS Applied Nano Materials: magnetisme associat a vacants dins del superconductor de YBCO

La Dra. Elena Bartolomé professora de l’EUSS, acaba de publicar un article a l’ACS Aplied Nano Materials, una revista amb un índex d’impacte molt alt en l’àmbit dels materials (IF previst enguany de 10), titulat “Magnetism dins del YBCO associat a vacants de Cu-O allotjades en els defectes d’apilament: implicacions per a les prestacions del superconductor”. Aquest treball ha sigut fruit d’una llarga i profitosa col·laboració, els primers experiments daten del 2016, entre investigadors i investigadores de l’EUSS, de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), i del Sincrotró ALBA de Barcelona.

Esquerra: Imatge de microscòpia STEM del superconductor YBCO amb defectes de Cu-O dins dels defectes d’apilament; Dreta: espectres de XMCD que demostren la diferència del senyal magnètic entre la superfície, plena de defectes, i l’interior de la capa prima de superconductor, on hi ha una baixa densitat de defectes.

Els defectes d’apilament Y124 són omnipresents en el YBCO, el superconductor ceràmic d’alta temperatura més important per a diverses aplicacions de potència. Lluny de ser perjudicials, els defectes poden ser beneficiosos per a millorar les prestacions del superconductor. Recentment, l’ús de tècniques avançades de microscòpia electrònica de transmissió (STEM) ha permès descobrir la presència de defectes puntuals complexos (clústers de vacants de Cu-O) dins del Y124, amb un moment magnètic associat. En aquest treball, s’ha investigat la naturalesa d’aquest magnetisme associat a defectes en el si del superconductor, mitjançant l’estudi de diversos tipus de mostres de YBCO (pel·lícules primes, nanocomposites i un monocristall) amb diferents distribucions de defectes d’apilament.

S’han combinat diverses tècniques de caracterització com ara el dicroisme circular magnètic de rajos X (XMCD) sota llum de sincrotró, la microscòpia d’alta resolució STEM i l’espectroscòpia EELs. El senyal dicroic de Cu es correlaciona amb la densitat de defectes, demostrant l’origen del magnetisme. Notablement, s’observa un senyal de Cu XMCD fins i tot en el monocristall, associat a la petita però inevitable presència de defectes en superfície. Es demostra així la ubiqüitat del magnetisme incrustat en el YBCO associat a Y124 amb defectes. 

L’addició controlada de defectes puntuals de Cu-O podria permetre augmentar la densitat de corrent crític de les cintes superconductores basades en YBCO, per a aplicacions que funcionen a temperatures baixes i camps magnètics elevats, com ara imants per acceleradors, fusió, sistemes mèdics (RMN), etc.

Superconductivitat: de la ciència de materials a les aplicacions pràctiques

La Dra. Elena Bartolomé ha participat en la redacció del capítol 3 del llibre, “Superconductivity: from materials science to practical Applications”, de l’editorial Springer Nature (2019). Els superconductors són uns materials molt importants per la futura producció sostenible d’energia, el seu transport i emmagatzematge, així com per aplicacions mèdiques i el desenvolupament de nous dispositius electrònics.

“Superconductivity: From Materials Science to Practical Applications”, Springer Nature (2019) ISBN  978-3-030-23302

En aquest llibre es presenta una revisió de l’estat de l’art de les tècniques i metodologies  involucrades en el creixement, producció i caracterització dels materials superconductors per a aplicacions. En el capítol 3, “An atomic-scale perspective of the challenging microstructure of YBCO thin-films” (B. Mundet, R. Guzmán, E. Bartolomé, A.R. Lupini, S. Hartman, R. Misrha and J. Gázquez), els autors descriuen com gràcies a la combinació de tècniques com ara la microscòpia TEM de molt alta resolució, l’espectroscòpia EELS, les mesures XMCD-XAS de sincrotró i les simulacions DFT, ha sigut possible determinar en temps recents l’estructura atòmica, la química així com l’estructura electrònica i magnètica dels defectes presents en capes primes de superconductor de YBCO.

“Cover page” de la revista Dalton Transactions

L’article recentment publicat per la Dra. Elena Bartolomé, “High relaxation barrier in Nd furoate-based field-induced SMMs”, acaba de sortir com a portada de la revista Dalton Transactions, de la Royal Society of Chemistry.

Portada de la revista Dalton Transactions l’esquema de nivells d’energia per un dels nous imants moleculars basats en Nd i lligants furoat sintetitzats. Dreta: Relaxació lenta del mateix complex i temps de relaxació en funció d’1/T per als dos nous imants.

En aquest article és present la síntesi i caracterització magnética de dos nous imants moleculars basats en neodimi i lligands de furoat, {[Nd(α-fur)3(H2O)2] i {[Nd0.065La0.935(α-fur)3 (H2O) 2]}n. Els dos complexos representen exemples rars amb energies d’activació relativament altes (U/kB=121 K i 61 K a 1.2kOe, respectivament) entre l’escassa família d’imants basats en Nd reportats fins ara. Aquest treball ha estat fruit d’una col·laboració entre l’EUSS i investigadors de l’Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC), el Instituto “Petru Poni” de Romania, l’Acadèmia de ciències de Moldàvia i l’Ames Lab als EUA.

La Dra. Elena Bartolomé publica a Physical Review B i a Dalton Transaction

La Dra. Elena Bartolomé, professora de l’EUSS, ha presentat les seves investigacions a dues publicacions científiques internacionals:  Physical Review B i Dalton Transaction.

physical review b - EUSS

L’article publicat a Physical Review B reporta l’anisotropia intrínseca i l’efectiva de capes primes i nanocompostos de YBCO estudiada mitjançant diferents mètodes. Els resultats demostren que l’anisotropia intrínseca obtinguda a través de mesures de resistivitat (gHc2,res) és similar a la determinada en experiments fins a camps intensos de 50T (gHc2,HF), de manera que aquest primer mètode representa una alternativa atractiva per investigar l’anisotropia de nombroses que no necessita una gran instal·lació. A més, l’anisotropia obtinguda a través de mesures inductives de microones (gMW) també coincideix amb la determinada en els experiments de corrent de llarg abast. En tots tres casos, l’anisotropia intrínseca va ser independent de la concentració de nanopartícules. En canvi, l’anisotropia efectiva (geff) disminueix en correlació amb el percentatge de nanostrain induït en el YBCO par l’addició de nanopartícules. El treball ha estat fruit d’una col·laboració entre l’EUSS i investigadors de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona(ICMAB-CSIC), la Università di Roma i el Laboratori Nacional de “Los Álamos” als EUA.

L’article publicat per la Dra. Bartolomé a Dalton Transactions es basa en la síntesi i caracterització magnètica de dos nous imants moleculars basats en neodimi i lligands de furoat, {[Nd(α-fur)3(H2O)2] i [Nd0.065La0.935(α-fur)3 (H2O) 2]}n. Els dos complexos representen exemples rars amb energies d’activació relativament altes (U/kB=121 K i 61 K a 1.2kOe, respectivament) entre l’escassa família d’imants basats en Nd reportats fins ara. Aquest treball ha estat fruit d’una col·laboració entre l’EUSS i investigadors de l’Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC) l’Instituto “Petru Poni” de Romania, l’Acadèmia de ciències de Moldàvia i l’Ames Lab als EUA.

Publicació a Physical Review B

Amb l’objectiu de millorar les prestacions en corrent crític dels superconductors de YBCO, en anys recents s’han desenvolupat diferents estratègies per tal d’introduir centres d’ancoratge que limitin els moviments dels vòrtexs.

Un dels mètodes més exitosos ha sigut l’addició de nanopartícules (NPs) de fases secundàries no superconductores. Una qüestió important que s’està discutint és l’efecte dels nanocenters afegits en l’anisotropia angular de les propietats superconductores.

Dependència del factor d’anisotropia efectiva (geff) I anisotropia intrínseca, determinada a partir de mesures resistives sota alt camp (gHc2,HF), mesures de resistivitat (gHc2,res) I microones (gMW), en funció del nanostrain (%) per totes les capes primes I nanocompostos de YBCO estudiats.

En un article recentment publicat a Physical Review B, la Dra. Elena Bartolomé professora de l’EUSS ha reportat l’anisotropia intrínseca i l’efectiva de capes primes i nanocompostos de YBCO, estudiada mitjançant diferents mètodes. Els resultats demostren que l’anisotropia intrínseca obtinguda a través de mesures de resistivitat (gHc2,res) és similar a la determinada en experiments fins a camps intensos de 50T (gHc2,HF) de manera que aquest primer mètode representa una alternativa atractiva per investigar l’anisotropia de nombroses que no necessita una gran instal·lació. A més, l’anisotropia obtinguda a través de mesures inductives de microones (gMW) també coincideix amb la determinada en els experiments de corrent de llarg abast. En tots tres casos, l’anisotropia intrínseca va ser independent de la concentració de nanopartícules. En canvi, l’anisotropia efectiva (geff) disminueix en correlació amb el percentatge de nanostrain induït en el YBCO par l’addició de nanopartícules.

Aquest treball ha estat fruit d’una col·laboració entre l’EUSS i investigadors de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona(ICMAB-CSIC), la Università di Roma i el Laboratori Nacional de “Los Álamos” als EUA.