Synthesis, characterization and comparison of new bulk superconductors

Superconducting materials have already been used in my applications such as MRI, particle accelerators TOKAMAKS or superconducting cables. With this, new projects are under development, such as superconducting electrical motors or magnetic shielding which could involve superconducting bulks as permanent magnets or magnetic shields.
In this way, this Ph.D. is focused on the synthesis, characterization and comparison of the different superconducting bulks such as Iron-based or cuprates.
Classic furnace sintering and spark plasma sintering processes have been used on Iron-Selenide superconductors to optimize their superconducting properties and phase purity.
Characterizations of the superconducting and material properties of the synthesized superconductors have been carried out as well as on other materials like REBaCuO (Rare Earth, Barium, Copper oxide) superconductors. Different characterization techniques are presented like magnetometry with a MPMS-SQUID (Magnetic Property Measurement System, Superconducting Quantum Interference Device), trapped field cartography, X-ray diffraction and Scanning electron or optical microscopy. I also had the occasion to characterize the superconducting properties of Infiltration Growth YBaCuO bulks using cantilever magnetometry with magnetic fields up to 33 T.
With this, a comparison of the measured properties with other superconducting materials is done to determine the readiness of those materials concerning electrical engineering and their competitiveness compared to other well-developed materials such as Melt Growth YBaCUO bulks.

Synthèse, caractérisation et comparaison de nouveaux supraconducteurs massifs

Des matériaux supraconducteurs sont d’ores et déjà utilisés pour diverses applications technologiques comme les IRM, les accélérateurs de particules, les TOKAMAKs ou les câbles supraconducteurs. Avec ceci, de nouveaux projets sont en cours de développement comme des moteurs électriques supraconducteurs ou des écrans magnétiques ce qui peut nécessiter l’utilisation de massifs supraconducteurs comme aimant permanent ou écran magnétique. Dans cette optique, cette thèse est centrée sur la synthèse, la caractérisation et la comparaison de différents supraconducteurs massifs tels que les supraconducteurs à base de Fer ou d’oxydes de cuivre. Les synthèses par four ou par frittage flash ont été utilisés pour synthétiser des supraconducteurs en Fer-Sélénium pour optimiser leurs propriétés et la pureté de la phase supraconductrice. La caractérisation des propriétés supraconductrices et cristallographiques a été réalisés sur les matériaux synthétisés mais également sur d’autres matériaux comme les supraconducteurs REBaCuO (Terra rare, Baryum et oxyde de Cuivre). Différentes méthodes de caractérisation sont présentées dans ce manuscrit comme la magnétométrie à l’aide d’un MPMS-SQUID (Magnetic Property Measurement System, Superconducting Quantum Interference Device), de la cartographie de champs piégés, de la diffraction de rayon X ou bien de la microscopie optique ou à balayage électronique. J’ai également eu l’occasion de faire de la magnétométrie par cantilever sous de fort champs magnétiques allant jusqu’à 33 T sur des supraconducteurs YBaCuO fabriqué par infiltration. Une comparaison des propriétés mesurées avec d’autres matériaux supraconducteurs plus développés a été fait pour déterminer la maturité de cette technologie et sa compétitivité sur les applications potentielles en génie électrique.