MgB2 Süperiletken Örneklere Kobalt (Co) Difüzyonuyla Elektronik Taşınım ve Mikroyapısal Performansının Geliştirilmesi
Engineering Electronic Transport and Microstructural Functionality in MgB2 Superconductors by Controlled Cobalt (Co) Diffusion
- Tez No: 1022197
- Danışmanlar: PROF. DR. ASAF TOLGA ÜLGEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Elektriksel iletkenlik, Süper iletkenlik, Electrical conductivity, Superconductivity
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Şırnak Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, yaklaşık otuz dokuz kelvinlik yüksek kritik geçiş sıcaklığı, basit kristal yapısı ve düşük üretim maliyeti ile ön plana çıkan magnezyum diborür (MgB2) süperiletken külçe malzemelerin fonksiyonel performansını artırmak amacıyla kobalt (Co) difüzyon etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Katkılama homojenliğini sağlamak ve yapısal kararlılığı korumak için doğrudan elementel katkılama yerine yüzey difüzyonuna dayalı bir ısıl işlem metodolojisi tercih edilmiştir. Çalışma kapsamında, in-situ katı hal reaksiyon yöntemiyle sentezlenen süperiletken numunelerin bir yüzeyi Edwards Auto306 termal buharlaştırma sistemi kullanılarak yüksek vakum altında (10-4 Pa) yaklaşık 50 µm kalınlığında kobalt (Co) ince filmi ile kaplanmıştır. Kaplanan numuneler, argon atmosferi altında sabit süreyle (1 saat) farklı sıcaklıklarda (650, 700, 750, 800 ve 850 °C) difüzyon tavlamasına tabi tutularak MgCo-650 ile MgCo-850 serisi numuneler elde edilmiş ve karakteristiklerin karşılaştırılması amacıyla eş koşullarda referans (saf) bir MgB2 külçesi üretilmiştir. In-situ MgB2 süperiletkenin elektronik yapısının kristalografik düzeni, yapısal kusurlar, mikroyapısal modifikasyonları ve elektronik iletim davranışı üzerinde Co difüzyon etkisi, X-ışını kırınımı, taramalı elektron mikroskobu, yığın yoğunluğu analizi ve sıcaklığa bağlı elektriksel özdirenç ölçümleri kullanılarak sistematik olarak incelenmiştir. Sonuçlar, Co difüzyonunun MgB2 süperiletken matrisi içindeki kusur oluşumunu, örgü uyumluluğunu (lattice coherence), taneler arası bağlantıyı ve elektronik iletimi kritik düzeyde yönettiğini göstermektedir. Bununla birlikte, 700 °C'lik optimize edilmiş bir difüzyon sıcaklığı, kontrollü Co difüzyonunu teşvik etmekte, oksidasyona bağlı kusurları bastırmakta, örgü düzensizliğini azaltmakta ve kristalografik düzeni artırmaktadır. Böylece taneler arası (intergranular) bağlantının gelişmesine ve daha verimli bir süperiletken akım iletimine yol açmaktadır. Sonuç olarak MgCo-700 numunesi en yüksek yoğunluğu, azalmış rezidual özdirenci, artmış rezidual özdirenç oranını (RRR) ve daha dar bir süperiletken geçiş genişliğini sergileyerek gelişmiş bir elektronik uyumluluğa ve azalmış taşıyıcı saçılma kayıplarına işaret etmektedir. İşlevselliği kantitatif (nicel) olarak değerlendirmek amacıyla yapısal, elektriksel ve süperiletkenlik parametreleri entegre edilerek CRITIC–TOPSIS çok kriterli analiz yöntemi uygulanmıştır. Bu analiz, kristalografik kalite, iletim verimliliği ve süperiletkenlik performansının en dengeli kombinasyonuna sahip olan MgCo-700'ü optimum bileşim olarak belirlemiştir. Bu bulgular, kontrollü Co difüzyonunun MgB2 yapısında kusur aracılı (defect-mediated) elektronik iletimi sağlamak için etkili bir yöntem olduğunu ortaya koymakta ve kristalografik değişim, kusur yapısı ve süperiletken işlevsellik arasındaki ilişkiye dair yeni bakış açıları sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the effects of cobalt (Co) diffusion on the functional performance of bulk magnesium diboride (MgB2) superconductors—distinguished by their relatively high critical transition temperature of approximately 39 K, simple crystal structure, and low fabrication cost—were experimentally investigated. In order to ensure doping homogeneity and preserve structural stability, a surface-diffusion-based thermal treatment methodology was preferred over direct elemental doping. Within the scope of the study, superconducting samples synthesized via the in-situ solid-state reaction method were coated on one surface with an approximately 50 µm thick cobalt (Co) thin film under high vacuum (10⁻⁴ Pa) using the Edwards Auto 306 thermal evaporation system. The coated samples were subsequently subjected to diffusion annealing under an argon atmosphere at different temperatures (650, 700, 750, 800, and 850 °C) for a constant duration of 1 hour, resulting in the MgCo-650 to MgCo-850 sample series. In addition, a reference (pure) MgB2 bulk sample was produced under identical conditions for comparative analysis. The influence of diffusion-assisted Co incorporation on the crystallographic ordering, defect landscape, microstructural modifications, and electronic transport behavior of the MgB2 electronic structure is systematically investigated using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, bulk density analysis, and temperature-dependent electrical resistivity measurements. The results indicate that diffusion annealing critically governs defect formation, lattice coherence, grain connectivity, and electronic transport within the MgB2 superconducting matrix. An optimized diffusion temperature of 700 °C promotes controlled Co diffusion, suppresses oxidation-related defects, reduces lattice disorder, and enhances crystallographic ordering, thereby improving intergranular connectivity and enhancing superconducting current transport. Consequently, the MgCo-700 sample exhibits the highest density, reduced residual resistivity, enhanced residual resistivity ratio, and a narrower superconducting transition width, indicating improved electronic coherence and reduced carrier-scattering losses. To quantitatively assess functionality, CRITIC–TOPSIS multi-criteria analysis is employed by integrating structural, electrical, and superconducting parameters. The analysis identifies MgCo-700 as the optimum composition, possessing the most balanced combination of crystallographic quality, transport efficiency, and superconducting performance. These findings establish controlled Co diffusion as an effective route for manipulating defect-mediated electronic transport in MgB2 structure and provide new insights into the relationship between crystallographic evolution, defect structure, and superconducting functionality.
Benzer Tezler
- Mekanik alaşımlama yöntemiyle süperiletken magnezyum diborür (MgB2) üretimi
Production of superconductor magnesium diboride (MgB2) by mechanical alloying
SAVAŞ ERKUŞ
Doktora
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALDUN KURAMA
- The diffusion of iron (Fe) in the superconducting MgB2 polycrystalline samples
Polikristal MgB2 süperiletken örneklerde demir (Fe) difüzyonu
ASAF TOLGA ÜLGEN
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM BELENLİ
PROF. DR. CABİR TERZİOĞLU
- Ultrasonık spreyleme ve termal buharlaştırma yöntemleri kullanılarak MgB2 süperiletken ince filmlerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of MgB2 thin film superconductors by using ultrasonic spray pryolysis(USP) and thermal evaporation (TBY) methods
ZEHRA DENİZ YAKINCI
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiFırat ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIRIM AYDOĞDU
- Farklı formlarda süperiletken tellerde transport ve alternatif akım kayıp özelliklerinin kıyaslanması
Comparison of transport and alternating current loss properties of superconducting wires in different forms
ÖZLEM ÇİÇEK
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ GENÇER
- Effects of wire diameter, tape thickness, and rolling ratio on the superconducting properties of monocore Fe/MgB2 conductors
Tel çapı, şerit kalınlığı ve haddeleme oranının tek damarlı Fe/MgB2 iletkenlerin süperiletkenlik özellikleri üzerindeki etkileri
QAYS MAATH AHMED AL-DALWASH
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. İBRAHİM BELENLİ