Scaling Behavior of the Pinning Force in MgB2-C Superconductor. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis_Hannah_Saad_Aldossary.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 10 May 2027. Download (18MB)

Arabic Abstract

عنى هذه الرسالة بدراسة خصائص وآليات تثبيت دوامات الفيض في مركب ثنائي بوريد المغنيسيوم فائق التوصيل )M gB2( المطعّم بالكربون عند موقع البورون )B-site( بتركيزات مختلفة ))0.20 ≤ x ≤ 0(. تم تحضير العينات باستخدام طريقة تفاعل الحالة الصلبة، وتحليل بنيتها البلورية وخصائصها المغناطيسية بهدف دراسة تأثير الاستبدال الجزئي للكربون على آليات تثبيت دوامات الفيض والمعالم الفائقة التوصيل الأساسية. تم استخراج كثافة التيار الحرج Jc، والمجال المغناطيسي غير الانعكاسي Hirr، والمجال الثيرموديناميكي Hc من القياسات المغناطيسية عند درجات حرارة ومجالات مغناطيسية مختلفة. كما أُجري تحليل لقوة التثبيت باستخدام قوانين المعايرة )Scaling Laws(، بما في ذلك نموذج Dew–Hughes، إضافةً إلى طريقة كريمر )KramerP lot( لتحليل التيار الحرج. أتاح هذا التحليل تحديد آليات التثبيت المسيطرة، والتي تشمل تثبيت الحجم )النواة العادية( وتثبيت حدود الحبيبات، بالا ٕ ضافة إلى وجود آليات تثبيت مختلطة تعتمد على تركيز الكربون ودرجة الحرارة. أظهرت النتائج أن تطعيم M gB2 بالكربون يؤدي إلى تعديل واضح في سلوك التثبيت وتحسين الأداء عند المجالات المغناطيسية العالية، حيث يزداد المجال غير الانعكاسي مع زيادة تركيز الكربون. كما بيّنت النتائج أن قوانين المعايرة توفر وسيلة فعالة للتحقق من العلاقات النظرية الحاكمة للخصائص الفائقة التوصيل، والتي تتوافق مع مبادئ نظرية BCS. تقدم هذه الدراسة فهماً معمقاً لدور التطعيم بالكربون وتأثيرات المقياس الميزوسكوبي والبنية المجهرية على سلوك M gB2، مما يساهم في تحسين أدائه للتطبيقات العملية في مجال الموصلات فائقة التوصيل.

English Abstract

In this work, the pinning properties of carbon-doped magnesium diboride (MgB2) superconductors were systematically investigated. Carbon nanoparticles were substi- tuted at the boron site with nominal compositions (0 ≤ x ≤ 0.20). The samples were prepared using the solid-state reaction method, and their structural and magnetic properties were analyzed to study the influence of carbon substitution on flux-pinning mechanisms and fundamental superconducting parameters. This approach enabled the identification of dominant pinning mechanisms, including volume (normal-core) pin- ning and grain-boundary pinning, along with mixed pinning regimes that evolve with carbon concentration and temperature. The results demonstrate that carbon doping significantly modifies the pinning behavior and superconducting performance of MgB2 at high magnetic fields. In particular, higher carbon content was found to enhance the irreversibility field and improve high-field performance, while also influencing the scaling behavior of the pinning force. Furthermore, key superconducting relationships governing MgB2 were verified using scaling procedures, showing consistency with the fundamental principles of superconductivity established within the BCS theory frame- work. This study provides valuable insight into the role of carbon substitution and mesoscopic-scale effects in MgB2, contributing to the optimization of its properties for practical superconducting applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Thesis Advisor:	Khalil Ziq,
Thesis Committee Members:	Abdulwahab Al Luhaibi, Sabri Elatresh,
Depositing User:	HANA ALDAWSARI (g202308970)
Date Deposited:	11 May 2026 10:02
Last Modified:	11 May 2026 10:02
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144209