Synthèse et caractérisation de cuprates de la famille Bi-2201

Abstract

Le travail de cette thèse est consacré à l’élaboration et à la caractérisation de deux séries de cuprates supraconducteurs Bi2Sr1.6-xCaxLa0.4CuO6+δ (x = 0, 0.2, 0.4, 0.6 et 0.8) et Bi2Sr1.6La0.4CuO5+δ (O1-x Fx) (x = 0, 0.2 et 0.4) de la phase Bi-2201. Les échantillons étudiés sont préparés sous forme de céramiques par la méthode de réaction à l’état solide. Notre objectif est porté sur l’étude de l’effet de la substitution cationique de strontium Sr2+ par le calcium Ca2+et le dopage anionique par le fluor sur les propriétés structurales, microstructurales, électriques et magnétiques de ces composés. L’analyse structurale des composés Bi2Sr1.6-xCaxLa0.4CuO6+δ par la diffraction des rayons X (DRX) a montré que l’introduction du calcium dans ces composés conduit à un décalage des raies de diffraction conduisant, en conséquence, à une diminution progressive du volume V de la maille élémentaire. L’analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) a montré que le la substitution de Sr2+ par Ca2+ n’a pas d’effet significatif sur la taille des grains et la porosité des échantillons. Les spectres EDAX mettent en évidence la présence de tous les éléments utilisés dans l’élaboration de ces composés. Les mesures de résistivité électrique montrent l’existence de deux étapes de transition supraconductrice dans les échantillons substitués accompagnée d’une augmentation des températures critiques de transition. L’échantillon ayant un taux du calcium x = 0.4 est relativement le plus homogène de cette série. Pour chaque échantillon, l’application d’un champ magnétique variant de 0.1 à 1 Tesla favorise le dépiégeage et le mouvement des vortex dans les composés, résultat confirmé par la diminution des valeurs de l’énergie d’activation U0(B) en fonction du champ appliqué. Par analyse des résultats, la substitution par le calcium conduit à l’amélioration de la force d’ancrage des vortex et du haut champ critique des échantillons. Pour les composés Bi2Sr1.6La0.4CuO5+δ(O1-xFx), les mesures de DRX ont révélé que le dopage au fluor diminue le degré d’orthorhombicité des composés et le volume de la maille élémentaire. L’analyse au MEB montre que l’insertion du fluor dans les échantillons conduit à l’augmentation de la porosité et affecte la forme et la taille des grains. L’analyse par EDAX confirme l’incorporation des atomes dopants du fluor dans les grains des composés. Les mesures de résistivité électrique ont révélé que le dopage au fluor provoque une augmentation remarquable de la résistivité électrique dans l’état normal et qu’un dopage prolongé (x=0.4), conduit à la diminution de la température critique de transition et provoque une transition de la résistivité à l’état normal d’un état métallique à celui d’un semi-conducteur. Ce dernier peut être attribué à une conduction thermiquement activée. L’application du champ magnétique réduit la force d’ancrage du flux magnétique et favorise le mouvement des vortex dans ces composés