Influence de la pression partielle d'oxygène sur le système Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O : Nouvelles méthodes de croissance cristalline des phases supraconductrices

Abstract

Ce travail porte sur deux formes potentiellement intéressantes de matériaux supraconducteurs à base de cuprates de bismuth : l’étude de l’influence de la pression partielle d’oxygène de contrainte sur les échanges phases condensées-gaz et la croissance cristalline de (Bi, Pb)₂Sr₂CaCu₂O₈±δ avec et sans plomb et de Bi₂Sr₂₋xLnxCuOz (Ln = Nd et Sm, x=0 et 0,5). Les équilibres de phases ont été étudiés sous différentes pressions partielles d’oxygène de contrainte par analyse thermique et par diffraction des rayons X à températures variable. Nous avons montré que les différentes transformations de phases observées au chauffage et au refroidissement mettent en jeu une variation de l’écart à la stœchiométrie d’oxygène. La représentation du système doit donc comporter une coordonné supplémentaire. Dans l’espace Po₂ un invariant isobare à 884 ± 1 °C a été mis en évidence pour les phases supraconductrices Bi₁,₆Pb₀,₄Sr₂CaCu₂O₈±δ, et Bi₁,₆Pb₀,₄Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀±δ pour 0,5≤ (Po₂)/PT ≤1. Cet avariant est lié à la présence d’une phase supplémentaire (Sr,Ca)₂PbO₄₋ δ’ qui semble jouer le rôle du tampon vis-à-vis des variations de compositions d’oxygène. L’étude de la croissance cristalline du composé (Bi,Pb)₂Sr₂CaCu₂O₈±δ avec et sans plomb (tout en variant progressivement le potentiel chimique d’oxygène de la phase gazeuse à température constante) et de Bi₂Sr₂₋xLnxCuOz (Ln = Nd et Sm, x=0 et 0,5), nous a permis d’obtenir des cristaux de qualité satisfaisante en terme de supraconductivité et en morphologie. La substitution partielle du bismuth par le plomb dans le système (Bi,Pb)₂Sr₂CaCu₂O₈±δ entraine un changement de comportement électrique selon l’axe c, à l’état normal, et une diminution du paramètre cristallin c, de la température de transition critique (Tc) et de l’anisotropie. Celle du strontium par le néodyme, dans le système Bi₂Sr₂₋xLnxCuOz, conduit à une augmentation de Tc et une diminution du paramètre cristallin c. De plus, l’intervention du flux Bi₂CuO₄ dans le cas de Bi₂Sr₂₋xLnxCuOz détruit le phénomène de la supraconductivité, mais améliore considérablement la taille des cristaux.