外延生长YBa2Cu3O7-x超导薄膜的TEM和SEM研究

本文利用高分辨率透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对高J_c外延生长YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜的微观结构进行了观察分析.研究发现,薄膜外延程度的好坏与生长工艺和衬底表面的完整性有直接的关系.实验结果表明(100)SrTiO₃单晶衬底上外延生长YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜中影响临界电流密度J_c的因素主要有界面过渡区、缺陷和不同的外延取代等.     

离子注入对YBa2Cu3O7-x薄膜超导性能的影响

本文报道了Ar和F离子注入对YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜电学性能及结构的影响,通过X射线衍射和电阻温度关系的测量研究了离子注入后YBa₂Cu₃O_7-x薄膜T_c,J_c和结构的变化。实验中发现,在低剂量注入情况下,T_c和J_c随着注入剂量的增加而下降。但是,上临界温度和X射线衍射谱却几乎保持不变。当Ar离子的注入剂量达到1.2×10¹³Ar/cm²时,样品发生金属一半导体相交。当注入剂量大于1.2×10¹³Ar/cm²时,样品的体超导性能基本上完全消失了,X射线衍射峰的强度也有所减弱,最终发生了晶态-非晶态相变,室温电阻率增加了好几个数量级。讨论了超导性能变化及金属一半导体相变的物理起因。     

YBCO中微结构对Jc的影响及机制

本文揭示了YBa₂Cu₃O_7-x超导陶瓷材料中微结构特征参量与临界电流密度(J_c)以及Cu-O面行为之间的关系.实验用3个样品的T_c均为90K,但他们的J_c分别为30,300和2000A/cm².结果表明,l/w≥3晶粒数,含畴晶粒数和平直晶界数这3个微结构特征参量,在YBCO超导材料中起着重要作用.研究结果还表明,这些微结构特征参量与结构中二维Cu-O面的行为密切相关,并且也是解释微结构影响J_c原因的关键.     

YBa2Cu3O7超薄膜生长机制的原子力显微镜研究

在有40nm厚的PrBa₂Cu₃O₇过渡层的(100)SrTiO₃基片上生长了YBa₂Cu₃O₇超薄膜,典型的厚度为2,6,10个原胞层.X射线衍射表明薄膜取向都是C轴垂直于膜面.原子力显微镜观察发现YBa₂Cu₃O₇超薄膜具有层状和螺旋两种生长模式,并且在6个原胞层的生长阶段观察到螺旋位错,而类似的生长特征并没有出现在PrBa₂Cu₃O₇过渡层中.实验结果表明,在 10个原胞层范围内,薄膜的超导转变温度和临界电流密度对厚度有很强的依赖关系.     

四方到正交YBa2Cu3O7-δ过渡体系的超导电性

在不同的退火温度下,由空气淬火方法制备出理想正交相和典型四方相的YBa₂Cu₃O_7-δ。单相样品,以及结构介于两者之间的过渡相样品。从X光衍射、电阻温度关系、交流磁化率温度关系等实验结果我们得到了如下结论:(1)样品的结构随着淬火温度的逐渐降低而产生由四方相向正交相的过渡;(2)YBa₂Cu₃O_7-δ四方相直至2.4K都是不超导的;(3)过渡体系样品中超导临界温度的高低依赖于样品结构的正交畸变程度;(4)本文中首次发现了不超导的四方相在100K附近结构相变可能存在的证据;(5)淬火温度较高的样品在高温区(>100K)的电导特性可以用样品中氧缺位的影响加以解释。     

Bi2Sr2Ca1-xYxCu2Oy系超导—绝缘转变中的结构效应

研究了Bi₂Sr₂Ca_1-xY_xCu₂O_y.(BSCYCO)体系中Y替代Ca后材料从超导体向绝缘体的转变过程.研究结果表明,在替代量X=0.4附近发生的从四方到正交的结构转变是BSCYCO超导性消失的直接原因,并发现结构参数c/0.5(a+b)的变化与材料的超导—绝缘—反铁磁这一性能的转变过程有较明显的对应关系.     

La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中磁致电阻温度关系的一种经验描述

在不同磁场H下 ,在 300～ 77K范围内测量了外延L_{a2 /3} Ca_1/3 MnO_3-y薄膜的电阻率ρ(T) ,发现电阻率的温度依赖关系可以按如下的经验公式来描述:ρ(T) =1σ(T) =1/α(M/M_s)² + βexp(-E0/k_BT) ,其中拟合参数α ,β随磁场的变化略有变化,E₀为磁极化子热激活能 ,约等于1 160k_B,M_s 为饱和磁化强度 ,M/Ms采用平均场近似求得,据此对提高CMR效应的可能性作了讨论.     

高TcYBa2Cu3O7/PrBa2Cu3O7超晶格的微结构分析

利用高分辨透射电子显微镜对高T_c YBa₂Cu₃O₇/PrBa₂Cu₃O₇(以下简称为YBCO/PrBCO)超晶格的微结构进行了系统的观察分析,高分辨电子显微象(HREM)表明YBCO/PrBCO超晶格层与层之间具有清晰的衬度,没有界面互扩散,通过HREM象观察,发现衬底表面的原子台阶和缺陷使薄膜最初1—2个晶胞层中出现层错等缺陷,但这些缺陷并没有向薄膜内部扩展,当薄膜厚度超过几个晶胞层后,其结构趋于完整。另外,在HREM照片上还可看出YBCO/PrBCO超晶格的调制周期存在波动,波动范围相当于一个晶胞层厚度,实验结果表明,利用YBCO/PrBCO超晶格研究CuO₂面的二维超导电性时,临界温度T_c和临界电流密度J_c的变化不仅与二维CuO₂面的失耦程度有关,还会受到各种晶格缺陷的影响,对YBCO/PrBCO超晶格和超薄YBCO膜的输运特性进行理论解释时,必须考虑衬底和晶格缺陷造成的影响。     

BaTiO3铁电薄膜的原子层水平外延生长

利用激光分子束外延镀膜设备,实现了原子层水平BaTiO₃(BTO)薄膜的外延生长.高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜和透射电子显微镜(TEM)等研究结果表明,薄膜的结构为c-取向单相BTO铁电薄膜,表面非常平整。在此基础上制备了铁电/超导多层异质结构.研究了BTO薄膜的铁电性质。结果表明用激光分子束外延方法有利于改进BTO薄膜的质量,提高薄膜器件的性能。     

Tl-Ba-Ca-Cu-O体系一系列超导相的晶体结构

本文用粉末烧结法合成了Tl-Ba-Ca-Cu-O体系一系列超导试样。用X射线粉末衍射法对它们进行了结构分析,发现了一组点阵常数α值相同,c值不同的四方超导相。超导相由隔层(Tl-O单隔层或双隔层)和缺氧类钙钛矿型结构单元Ba₂×Ca_n-1Cu_nO_2n+1(n为整数)所组成。从晶体结构观点可分为两类:一类属Tl-O单隔层、简单四方点阵,空间群为p4/mmm,理想化学式为TlBa₂Ca_n-1Cu_nO_2n+2.5,n=1,2,3,4;另一类属Tl-O双隔层,体心四方点阵,空间群为I4/mmm,理想化学式为Tl₂Ba₂Ca_n-1Cu_nO_2n+1,n=1,2,3,4。这些超导相随n值的增加,超导转变温度升高。当n值相同时,体心四方点阵的超导转变温度比简单四方点阵高。并讨论了超导相结构之间的相互关系。提出了依据第一条衍射线面间距d值或点阵常数c值推测超导相晶体结构的方法。     

无规分形衬底上薄膜逾渗系统的1/f噪声功率谱

发展了一种用直流参量确定金属薄膜逾渗系统1/f噪声功率谱的方法,并运用这种新方法对淀积在具有无规自相似结构的α-Al₂O₃陶瓷自然断面上的低阻非平整Pt薄膜逾渗系统的噪声功率谱进行了深入系统的研究.结果表明:和通常的平整薄膜逾渗系统相比,这种非平整系统呈现更强烈的跳跃电导效应.     

La2/3Ca1/3MnOz薄膜的巨磁电阻效应及其温度关系的研究 *

在室温至液氦温区内,对良好(100)择优取向的La_2/3Ca_1/3MnO_z薄膜的磁电阻作了实验研究.发现零场下未退火样品的电阻约在T_p=72K处出现一峰值,当外加磁场后,其电阻降低,而峰值所对应的温度T_p要往高温方向移动,然而其磁电阻变化值MR=δR/R_H=(R₀-R_H)R_H的极大值却发生在25K附近,而且该值基本上不随外磁场的大小而改变.当样品在700℃t氧气中退火30min后,零场下电阻峰值往高温方向移动到230K附近,表明薄膜的Curie温度升高了.     

(YBa2Cu3O7)24/(PrBa2Cu3O7)2多层膜的超导转变展宽和维度 *

测量了(YBa₂Cu₃O₇)₂₄/(PrBa₂Cu₃O₇)₂ 多层膜在强磁场下的超导转变展宽 .这种YBa₂Cu₃O₇层间具有耦合 退耦合的临界绝缘层PrBa₂Cu₃O₇厚度以及由 3D向 2D过渡的YBa₂Cu₃O₇层厚度的多层膜 ,其不可逆场遵守H ∝ ( 1-t)μ关系 ,其 μ值约为1 ,介于3D( μ =3/2 )和2D( μ =1 /2 )之间 .磁通运动的热激活能的结果表明 ,对于H∥c和H⊥J的磁场位形 ,遵守U∝lnH关系 ,即磁通涡旋处于2D区 .而对于H∥ab和H⊥J ,H∥ab和H∥J两种磁场位形 ,激活能U随磁场的增加而线性减小 ,表明磁通涡旋处于3D态 .讨论了上述维度变化的可能物理机制 .     

外延单晶La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中磁电阻的磁场依赖关系

采用直流磁控溅射法在NdGaO₃ ( 110 )衬底上制备了La_2/3Ca_1/3MnO_3-δ外延单晶薄膜 .在 0～8T的磁场范围内测量了不同温区下的磁电阻随磁场的变化关系 .结果表明 ,ρ(H )遵循以下规律 :当温度高于居里温度T_C 时 ,ρ(H ) =1α(T) + β(T)H² ;当T <Tc时,ρ(H ) =ρ0(T ) +1A(T)+B(T)exp(H/C(T));而当温度远低于居里温度时,ρ(H ) =1σ(T) + ν(T)H。表明负巨磁电阻的产生主要起因于磁场引起的电导率的增加。     

C60和C70薄膜光吸收谱研究 *

用透射光谱法和光热偏转谱法测得了C₆₀和C₇₀薄膜在宽能量范围(0.6到6.5 eV)的光谱,并计算了吸收系数.根据分子轨道模型分析了C₆₀和C₇₀薄膜的光跃迁行为.Fuller烯薄膜的弱吸收光谱与非晶硅的类似.用Tauc公式确定了C₆₀和C₇₀薄膜的光学带隙分别为1.75和1.65eV.Urbach吸收边和亚隙吸收表明Fuller烯薄膜中存在无序状态,导致带尾态和缺陷态,这虽非C₆₀或C₇₀薄膜所固有,但无序的存在给准确测定Fuller烯薄膜的禁带宽度带来障碍.讨论了偏转介质与衬底对Fuller烯薄膜的弱吸收光谱的影响.     

C3N4硬膜的人工合成和鉴定 *

用微波等离子体化学气相沉积法 (MPCVD)在硅和铂衬底上得到高质量的C₃N₄薄膜 .计算了α-C₃N₄和β-C₃N₄单相X射线谱的峰位和强度 ,沉积膜的X射线谱具有两相的所有强峰 ,证明它是α- 和β- C₃N₄的混合物 .总的N/C比在1.0～2.0之间 .FT-IR和Raman谱支持C—N共价键的存在 .体积弹性模量达到349GPa .对薄膜特性的鉴定提出了一些看法.     

溅射Nb-Ge膜中高TcA15相的形成规律

我们发现高超导转变温度T_c(23K)的溅射Nb-Ge膜,都含有一定量的Nb₅Ge₃相,且Nb/Ge<3。对一般样品,用感应法所测的T_c都低于电阻法所测结果约1—2K,T_c≥22K的量在样品中所占的比例相对来说都比较小。对于只含A15相的薄膜,更显示出具有几个台阶宽的转变曲线,高T_c相含量很少;而对于含有A15相和一定量Nb₅Ge₃相的薄膜,感应法测量结果是一个较陡且光滑的转变曲线。电子显微镜观察呈现出Nb₅Ge₃和A15相的有趣的分布。这些结果对于我们以前提出的Nb₅Ge₃相对高T_cA15相有稳定作用的观点是一个进一步的证明。     

绿辉石固溶体NaAlSi2O6-CaMgSi2O6的合成和高压下熔化过程研究

在2×10⁹～5×10⁹Pa,1 000～2 300℃下合成了由二元组分NaAlSi₂O₆(Jadeit)-CaMgSi₂O₆(Diopside)构成的绿辉石,通过XRD分析数据计算了绿辉石Jd_xDi_1-x的晶胞参数随组成变化的规律.采用高温高压淬火法和XRD研究了Jd_xDi_1-x(x=0～1.0)高压下(2×10⁹～5×10⁹ Pa)的固溶关系,并根据Jd_xDi_1-x的固溶相图计算了不同压力下的熔化热.     

(BaxY1-x)CuO3-y系统的超导电性

本文系统地分析了组份和制备条件(包括热处理温度、时间等)对超导氧化物(Ba_xY_1-x)CuO_3-y正常态电子输运特性和超导临界温度的影响。在x=0-0.55的组份范围内,系统经历了从半导体(绝缘体)到金属(超导体)的转变;随着组份x的增大,超导临界温度T_c单调上升。结合物相分析的结果,对该系统的高温超导电性机制和正常态输运特性作了讨论。     

BaTiO3 /SrTiO3超晶格的激光分子束外延生长与二阶光学非线性研究

使用激光分子束外延 ,在SrTiO₃ ( 1 0 0 )单晶衬底上成功生长了一系列c轴取向的 ,具有原子量级控制精度的BaTiO₃/SrTiO₃超晶格 .利用晶格失配导致的薄膜表面台阶密度的周期性变化 ,讨论了反射式高能电子衍射 (RHEED)强度在BaTiO₃ 层和SrTiO₃ 层中的周期性调制 .系统研究了二阶非线性光学极化率同超晶格结构的关系 .实验测量和理论拟合结果表明 ,BaTiO₃ /SrTiO₃ 超晶格的二阶非线性光学极化率显著增强 ,其最大值比BaTi₃体单晶提高一个数量级以上 .从应力导致的晶格畸变和极化增强出发 ,讨论了二阶光学非线性增强的物理机制