On the Magnetic and Superconducting properties of FexSe0.5Te0.5 Single crystals

On the Magnetic and Superconducting properties of FexSe0.5Te0.5 Single crystals. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (PhD Thesis By Rami Hamad)
PhD_Thesis_with_cover_page.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 17 January 2020.

Download (5MB)

Arabic Abstract

تعنى هذه الدراسة بدراسة تأثيرمحتوى الحديد في عينات (FexSe0.5Te0.5) فائقة التوصيل الكهربائي بنسب مختلفة من الحديد ( 0.9 < X < 1.1 ) .لقد تم تمييز العينات باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) . بالنظر إلى نتائج تحليل بيانات حيود الأشعة السينية، وجدنا أن التركيب لها رباعي الأوجه وأن المحور (c) له قيمة قصوى عند محتوى حديد (X=1.02)، بينما المحور (a) له قيمة قصوى عند محتوى حديد (X=1.00). تم إجراء القياسات الكهربائية على جميع العينات باستخدام جهاز قياس المقاومة الكهربائية عند درجات حرارة من ( 10 – 20 ) كلفن ومجالات مغناطيسية تصل إلى (1.5 تسلا). أمكن تحليل منحنيات التيار مع فرق الجهد، واستنبطنا منها قيم طاقة التنشيط الحراري الفعال التشخيصية في حالة المادة المختلطة. كما قمنا بحسابها بواسطة منحنيات ارهينيوس ووجدنا انها متوافقة مع بعضها البعض وتساوي تقريبا (100kBT). وان قيمها أكبر ما يمكن عند (X=1.00) وأنها تقل بازدياد محتوى الحديد. تم إجراء قياسات المغنطة على جميع العينات باستخدام جهاز قياس التمغنط للعينة المهتزة (VSM) عند درجات حرارة من ( 4 – 13 ) كلفن ومجالات مغناطيسية تصل إلى (9 تسلا) لبعض العينات وفي البغض الأخر تصل الى (14 تسلا). أمكن تحليل منحنيات التمغنط، واستنبطنا منها الخواص غير المنعكسة مثل المجال المغناطيسي غير المنعكس، وشدة التيار الحرج، والقوى المثبتة عند درجات حرارة مختلفة. ومن الخواص المنعكسة تم حساب المجالات المغاطيسية اللاعكوسة والمعدلة والحرجة وهذه الاخيرة والتي لها علاقة بالخواص الحرارية للمادة. لقد وجدنا أن سلوك التيارات الحرجة والقوى المثبتة، قد تأثرت بشكل كبير عند تغيير قيم محتوى الحديد بنسب مختلفة. ثم قمنا بمعايرتها باستخدام قيم المجالات المغاطيسية اللاعكوسة والمعدلة. يجدر بالذكر أن التيارات الحرجة المعايرة، والقوى المثبتة المعايرة وقد أظهرت سلوكاً موحداً مع المجالات المغناطيسية المعايرة. لقد قمنا بدراسة العديد من المتغيرات بناءً على نتائج الخواص المنعكسة وغير المنعكسة، مثل: القفزات في الحرارة النوعية الإلكترونية وفجوة الطاقة ، ومدى تأثر كل ذلك عند تغيير قيم محتوى الحديد. حيث وجدنا أن فجوة الطاقة تقل بازدياد محتوى الحديد وقد فسرنا ذلك أنه قد يسبب ازدياد محتوى الحديد تشوها في التركيب البلوري للعينات والذي من الممكن أنه قد يسبب بدوره أجهاد داخلي على العينات والذي بتغيره تتغير الخصائص فائقة التوصيل للمادة بينما تزداد القفزات في الحرارة النوعية عند ازدياد محتوى الحديد والذي يشير لمدى حساسيتها لتغير محتوى الحديد حيث تتأثر بتغير التوزيع الالكتروني للمادة.

English Abstract

This thesis investigates factors affecting growth and physical properties of FexSe0.5Te0.5 high quality single crystals. In particular; we investigated the effects of Fe-contents on some of their fundamentals properties in order to better understand the microscopic nature of superconductivity in these Fe-based superconductors. Understanding some basic properties of the vortex state, pairing symmetry and gap structure facilitates more understanding of microscopic nature of superconductivity. We found that the activation energy decreases with increasing iron content reaching maximum value for the optimum iron content when (X=1). Increasing iron content cause disorder in the conducting layers and this may cause the decrease in activation energy. The low values of activation energy (Uo) reflects the low vortex-pinning in the FexSe0.5Te0.5 superconductors. In particular; we investigated the activation energy in the various flux flow regimes, thermodynamical critical field, pinning forces critical currents, energy gaps and scaling behaviors. Magnetic measurements revealed that higher iron content lead to a gradual increasing in critical current density (Jc) and pinning forces (Pf). The Pf – H curves revealed two different trends. For temperatures, (T < 10 K), the pinning forces increased with increasing iron contents, whereas for temperatures (T > 10 K), the pinning forces decreased with increasing iron contents. We used different scaling models to investigate different pinning mechanism on FexSe0.5Te0.5 system. We used the thermodynamic critical field to evaluate the energy gap and the coupling strength and compared the STM results we obtained on the optimal sample. The BS deviation function of the reduced thermodynamic critical magnetic field indicates weak coupling mechanism. Increasing iron content further weakens the coupling, and slightly reduces the energy gap.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Physics
Department: College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor: Ziq, Khalil
Committee Members: Abdelkrium, Mekki and Abdullah, Al-Sunaidi and Tarek, Kayed
Depositing User: RAMI MOHAM HAMAD (g201305850)
Date Deposited: 23 Jan 2022 11:30
Last Modified: 23 Jan 2022 11:30
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140890