高临界温度氧化物超导体的超导特征参量:λζ和Δ

磁场穿透深度(λ)、相干长度(§)和能隙(△)是表征超导体处于超导态时其内禀特性的三个物理参量,是了解超导体的独特性质、探索超导机理和建立微观理论的依据和约束。本文在简要介绍传统超导体中有关λ、§和△的引入与测量方法的基础上,着重评述用于高Tc氧化物超导体中有关λ、§和△的新测量方法,以及目前对各种类型高Tc超导体所给出的实验结果。     

高临界温度氧化物超导体的超导特征参量：λξ和Δ

磁场穿透深度（λ）、相干长度（ξ）和能隙（Δ）是表征超导体处于超导态时其内禀特性的三个物理参量，是了解超导体的独特性质、探索超导机理和建立微观理论的依据和约束。本文在简要介绍传统超导体中有关λ、ξ和Δ的引入与测量方法的基础上，着重评述用于高TC氧化物超导体中有关λ、ξ和Δ的新测量方法，以及目前对各种类型高TC超导体所给出的实验结果。     

Y-Ba-Cu(Cr)氧化物超导体

我们在Y-Ba-Cu-O系中得到零电阻温度Tcf为94.1K,中点转变温度Tc为95K,起始转变温度Tci为100K,转变宽度△Tc为1K的超导体。低温X光衍射结构分析结果表明,多相超导体在低温区(123—173K)有相变。因此,我们认为Y-Ba-Cu-O系中多相超导体的高Tet是低温相变引起的,并不完全是超导转变点。在该系氧化物中以Cr取代1/3的Cu,仍然得到Tcf=82.8K、Tc=83.5K、Tci=92K、△Tc=1K的超导体。     

非晶态超导体的Tc,2△0／kBTc和声子谱参量

分析研究了非过渡金属非晶态超导体的超导参量 T_c、2△_0 和声子谱参量λ、<ω>、<ω~2>与霍耳系数 R_H 之间,以及 T_c 与声子谱参量ω_0 和<ω>/ω_c 之间的关系,发现,在 R_H=-3.5—-4.0×10~(-11)m~3/AS 范围内同时存在着上述超导和声子谱参量的最大值;具有高ω_0 的材料对获得高 T_c 非晶态超导体有利;非晶态超导体的 T_c 与点阵无序度(<ω>/ω_0)近似地成线性关系.在上述结果的基础上,分别提出了一个非晶态超导体的 T_c 公式T_c=Aλ<ω>~(1/2)/(<ω>/ω_0+(1+λ)/20)和一个2△_r/k_BT_c 公式2△_0/k_BT_c=4.95[1-T_c<ω>_(1/2)/A(1/λω_0+1/20<ω>+1/20<ω>)]按照所提出的公式,第一次指出了,非过渡金属非晶态超导体既可以是一个2△_0/k_BT_c 比BCS 理值大得多的典型的强耦合超导体,也可以是一个 2△_0/k_BT_c 比 BCS 理值还要小得多的甚弱耦合超导体.当然,也可以是一个 2△_0/k_BT_c 值与 BCS 理论基本一致的弱耦合超导体.解释了结晶态弱耦合超导体的2△_0/k_BT_c 测量值偏离于 BCS 理论的原.     

非中心对称超导体Mg10±δIr19B16±δ的超导电性研究

Mg10±δIr19B16±δ是具有非中心对称性的超导材料.通过对两种组分的样品Mg9.3Ir19B16.7和Mg11Ir11B15的比热测量,得到了这类超导体的超导态和正常态的特征参数:包括转变温度Tc,正常态态密度N(EF),德拜温度ΘD,上临界场Hc2等.并由此求出Ginzburg-London相干长度ξGL,穿透深度λGL,下临界场HC1和热力学临界场HC,这些参数因化学组分不同而变化.高的N(EF)和ΘD对应高的TC,因此也具有较高的Hc2,另外比热跃变△C/γnTc=1.66和电声子耦合常数λ=0.58不随化学组分变化,表明此超导体是中等强度耦合的第二类超导体.     

Y_(0.9)Ba_(0.1)CuO_3超导体的低温比热

测量了陶瓷超导体Y_(0.9)Ba_(0.1)CuO的低温比热,在Tc=90K附近未观察到比热跃变,而发现在12K附近存在典型的λ-相变,反映在样品中同时含有一个低Tc的超导相。从12K以上的低温比热数据计算出该超导体的德拜温度为400K左右,比热中线性项的系数较大,其中含有原子振动自由度的贡献。     

Bi系超导体高T_c相的形成机制

本文研究Bi系超导体高Tc(2223)相的形成机制。提出Bi系氧化物超导体高Tc相的形成过程是:首先Sr-Ca-Cu氧化物(Ca_(0.85)Sr_(0.15)CuO_2)与低Tc(2212)相反应形成高Tc相的核,然后样品内2223相核通过象结晶学中晶体生长那样的方式长大成2223相晶粒。2223相成核过程中Sr-Ca-Cu氧化物的形成途径有两条:一条是通过固相反应从Ca_2CuO_3和SrCaCu_5O_8的平衡中形成;另一条是通过液相反应从2212相,Ca_2PbO_4和CuO之间的反应直接形成。固相反应的速度远小于液相反应的速度,从而2223相核的形成速度在液相反应下得到加快。通过高Tc相的形成机制,提出Pb对Bi系超导体高Tc相形成的作用是:它只加速2223相的成核,而对2223相的成长不起作用。最后利用2223相形成机制,烧制出具有织构的样品。     

石墨插层化合物超导体研究进展

本文介绍了石墨层间化合物(GICs)超导体的发展及超导电性,重点结合GICs超导体的研究进展,特别是具有高超导转变温度(Tc=11.5 K)CaC6的研究,系统地分析和总结了当前GICs超导电性的研究现状,并对GICs超导体的发展进行一些展望.     

高Tc超导材料R—T曲线的动态测量

引言 Y·Ba·Cu·O超导材料的出现,使超导体的转变温度Tc提高到90K以上,当前由于大学物理实验在超导体转变温度Tc测试方面还是个薄弱环节,我们设计了动态测量高Tc超导体转变温度的实验装置,测量Y·     

D5_c型Y_2C_3的高压合成

从经验中知道,高超导转变温度Tc的超导体,往往是在B1、D5_c和A15(或Nacl、Pu_2C_3和Cr_3Si)型结构的三种立方晶体材料中找到的.合成和研究这三种材料对探索高Tc超导体是很有意义的.我们曾用高压高温法研究过B1、A15型结构的超导材料,而用高温、高压法去研究Pu_2C_3型的材料有特定的意义.因为Pu_2C_3型(Th_xY_(1-x))_2C_3材料(Tc最高可达17K)是用高压高温法合成出来的.为了研究这种结构并摸索它的成相范围、合成工艺,首先选取二元的Pu_2C_3型结构的Y_2C_3,作为高温高压合成的对象.本文将给出初步结果.     

电子超导体：对理论的挑战,超导竞争的新领域

正当Tc为年40K,90K的超导体的发现所引起的超导研究正在深入进行的时候,日本宣布发现的20K新类型超导体又引起了研究者的极大兴趣.过去三年所发现的钙钛矿型高Tc超导体的载流子是价带中的空穴或空位.相反,日本人所发现的新超导体的载流子是电子.这个发现为建立钙钛矿型超导体的正确理论模型提供了新的线索,也可能引导研究者发现高于125K的新型超导体. 在化学上,新村料与 G.Bednorz 和A.Muller1986年发现的超导体是类似的.Bednorz-Muller超导体La_(2-x)((Ba,Sr)_xCuO_(4-y),是在La2CuO.中用二价钡或锶部分代替三价镧得到的.在电子超…     

高温超导体临界电流密度的新突破

1989年以来,高温超导体体材料临界电流密度的最高纪录不断刷新.1990年7月12日,中国科学院宣布,中国科学院上海冶金研究所的研究人员制作的YBaCuO矩形样品的临界电流密度已突破4 × 104A/cm2(77K,2.5T)和2.7 ×104A/cm2(77K,5T).这一成果无疑会给全世界正在努力将高Tc氧化物付诸应用的科学家们以极大的鼓舞. 临界电流密度是超导体的一项重要技术指标.超导体的强电应用如超导磁体、超导磁浮列车、超导储能等,要求超导材料能在高背景磁场下有很高的载流特性.例如在50Hz下应用的超导细丝,在磁场为2T时,承受的电流应大于2×104A/cm2;而在强…     

A型超导体的近似临界温度公式(Ⅰ)μ~*=0情形

本文用数值解方法从Eliashberg方程计算出超导临界温度T_c,并考察T_c对有效声子谱的依赖关系。在这个研究中,a~2F(ω)被取为双δ函数谱,并允许其中的谱参数可以在很宽范围内改变。作者发现在λ<∧区域(即在T_c级数解的收敛圆外),T_c除了依赖λ和矩比外,还依赖T_c级数解的收敛半径倒数Λ;它们之间的关系是有规律的。在这些结果的启示下,本文在μ=0情形,用弥合数值解的方法得到一个适用于λ<Λ区域的T_c近似公式。 接着,本文作者对吉光达和吴杭生的一篇文章进行了研究,指出:该文提出的超导体分类建议及其工作的主要结论是对的。但其中对决定A型超导体临界温度主要参量问题进行的分析,只适用于这样一些A型超导体,它们的收敛半径倒数Λ或者比λ_0小,或者虽比λ_0大、但λ又小于λ_0,其中λ_0是个依赖谱形状的参量,它的定义在正文中给出。对另一些A型超导体(λ_0<λ<Λ),决定T_c的主要参量不再是λ,而是δ=1/∧~(0.5)(_(1/2)/ω_(log))~(5.5)λ~(1.55)。     

原位法MgB_2-B_4C复相超导体合成及相含量调控研究

以B4C和Mg为原料合成的MgB2-B4C复相超导体具有高的临界电流密度(Jc)和高的超导转变温度(Tc),是一种有潜力的实用MgB2超导材料,其成相机理对复相MgB2超导体的相含量调控和磁通钉扎研究具有重要意义。结合经典烧结理论,研究了B4C-Mg真空固相烧结制备MgB2-B4C复相超导体的超导相形成和晶粒生长过程,给出了B4C-Mg的金斯特林格扩散模型和MgB2晶粒生长过程。通过选择B4C原料粒径,MgB2-B4C复相超导体超导相体积相含量在18%-88%范围可控。相含量88%的MgB2-B4C复相超导体临界转变温度达33.5K,转变宽度1.5K。10 K环境6T外场下电流密度可以达到1×104A/cm2,表明MgB2-B4C复相超导体具有良好的磁通钉扎行为。     

N(O)的分布与原子核外电子的分布、V与电离势的关联

BCS超导电性微观理论中提出超导材料的超导转变温度Tc由θ(临近费米界面电子之间的相互吸引),λeff=N(O)V(N(O)在费米界面每单位能量的一种自旋Bloch态密度;V=平均,电子对在-ω<ε<ω在区域中跃迁的矩阵元Vkk′能为衡量的平均矩阵元)决定,并给出计算公式.基于高Tc超导材料的特征,用电负性均衡原理分析了由于在高Tc超导材料中的元素有化学键的形成,N(O)和V具有特殊的变化,电声子机制可以产生高Tc超导电性。     

光学材料折射率和色散的高精度测量技术研究

本文探讨了在一般精度的测角仪器上达到高精度测量折射率和色散的新原理和新方法,这些新原理和方法包括:光学角规补偿法测色散、直角照射法、自准封闭式最小偏向角法。通过实际大量的测量工作证明在1″测角仪(测角精度为3″)和测微望远镜上,上述原理方法都可以达到△n~±3×10~(-6),△(n_λ_1-n_λ_2)~±2×10~(-6)的精度。     

Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7高T_c超导体远红外光谱的类激子模型

本文用类激子模型把多相Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7系列高T_c超导体的远红外区大多数吸收峰分为三个线系,模型和实验结果符合很好(△<4cm~-1),显示出这些吸收峰有着非声子起源——类激子的能级跃迁,它提示我们Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7高Tc的机制是由声子和激子能级跃迁的共振耦合决定的。实验得到的远红外谱表明超导样品和不超导样品几个吸收峰上有明显差别,这可以由它们的费密能级的位置不同来解释。最后给出了一些实验的结果预测。     

Bi2Sr2CaCu2O8+δ单晶超导临界温度的各向异性

研究了具有不同氧含量的Bi2Sr2CaCu2O8 δ单晶超导临界温度的各向异性,通过测量沿ab面和c轴的电阻率发现,在轻欠掺杂到过掺杂区域,单晶沿ab面和c轴的Tc值是比较接近的,但在重欠掺杂区,沿ab面的Tc值比c轴的Tc明显高,从平衡态的相位涨落模型可以得到,由于涨落效应对 c轴的临界电流密度的压制作用比对ab面的要强,导致了Tc的各向异性,但这种模型无法解释重欠掺杂超导体中ab面和c轴的Tc如此大的差别,我们认为重欠掺杂超导体中的相位涨落行为不同于其他掺杂超导体中的行为,实验和理论上都值得进一步深入研究。     

用Re/Al_2O_3/Al隧道结的电子隧道测定重掺杂Re膜的超导能隙

用Re/Al_2O_3/Al隧道结的电子隧道测定了重掺杂Re膜的超导能隙,△_0=(1.04±0.02)meV,2△_0/kT_c=3.31±0.04。△_0值是用电导极大值法确定的。结果表明,杂质使Re膜的T_c与能隙△_0增加了许多倍,但是Re仍然属于弱耦合超导体。     

非晶态超导体转变温度T_c的经验公式

本文提出一个非晶态非过渡金属超导体的T_c经验公式,T_c=Aλ<ω>~(1/2)/(<ω>/ω_0+(1+λ)/20),式中A=(1/5)~(K~(1/2))。计算值和实验值,以及和Garland理论值的比较表明,T_c经验公式能很好地描述非晶态超导体的T_c值。