GdBCO超导体的顺磁性及低温下磁通分布的动态观测

本文研究了100～300K之间Gd1.8Ba2.4Cu3.4O7-δ(简写为GdBCO)超导体的顺磁性,对GdBCO的磁化强度随磁场和温度的变化分别在100K和0.1T进行了测试,GdBCO的顺磁性遵从朗之万顺磁性理论.在磁光显微镜下,低温12K场冷下,我们观察了从0mT～29mT磁通线进入GdBCO的超导体的过程,以及磁通线在GdBCO超导体中的分布.     

高温超导体磁通钉扎和磁通动力学研究简介

超导态是一个宏观量子相干态,其载流子是库珀对.在没有外加磁场和电流的时候,这些库珀对的运动行为用统一的波函数ψ=ψ0eiφ进行描述,其相位φ在宏观尺度上是相同的.当磁场低于一定值的时候,在超导体的边界处穿透深度内会出现一个屏蔽电流来对抗外磁场的侵入,样品处于迈斯纳态.然而,当磁场超过一定值的时候,磁场会进入到超导体中,迈斯纳态被破坏掉,在超导体内形成超导区和正常区及其相应的界面.根据此时这个界面处能量的正负,把超导体分成Ⅰ类和Ⅱ类超导体,分别对应正和负界面能.目前发现的绝大多数超导体都是Ⅱ类超导体,因为界面能为负值,因此进入到超导体的磁场会分离成最细小的单元,以保证最大的界面面积,降低系统能量.该最小的磁通束被称为磁通量子,其磁通量是Φ0=h/2e(h为普朗克常数, e为电子电量).这些磁通线之间有一定的排斥力,因此它们会形成点阵.当外加输运电流的时候,这些磁通线会受到一个洛伦兹力作用而运动,但是运动就会造成能量的损耗,超导体就会因此失去电阻为零的优良品质.通过在超导体中引入一些缺陷、杂质或位错,就可以把磁通钉扎住,超导体仍然可以有零损耗特性,而这个特性可以用于超导体的强电应用.本文将对磁通钉扎和磁通动力学及其研究方法做一点简单介绍.     

非理想平面散射中心的磁通钉扎

本文提出了一个二类超导体中电子散射磁通钉扎的非理想平面模型。此模型比现有的理想化模型更接近实际情形。计算了此模型下的δK/K及一个刚性磁通线阵所受的钉扎力。在所得的结果中,散射平面厚度、散射几率及杂质含量对钉扎力的影响与实验结果符合较好。 关键词：     

辅助永磁体磁化方式对单畴GdBCO超导块材捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

通过对方形永磁体和方形辅助永磁体在液氮温度下对GdBCO超导体磁化后超导磁悬浮力的测量, 研究了两种组态中方形辅助永磁体对超导体的磁化方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 结果发现, 方形辅助永磁体的下表面和超导体上表面保持在同一个水平面上, 磁化进程中方形辅助永磁体在GdBCO超导体上表面水平面内沿直径方向的位置x从–15 mm增加到+15 mm时, 超导磁悬浮力大小与超导体的磁化方式有着密切关系(以Z=0.1 mm为例): 1) 当方形辅助永磁体N极垂直向上且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体最大磁悬浮力先从16.7 N增大到23.1 N, 再减小到16.6 N; 2) 当方形辅助永磁体N极垂直向下且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体最大磁悬浮力先从17.7 N减小到7 N, 再增加到17.6 N; 3) 两种组态中最大磁悬浮力不相等, 而且与零场冷下的最大磁悬浮力(17.1 N)也不同. 这些结果说明: 只有通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式, 才能获得较高的磁场强度, 有效地提高超导体的磁悬浮力特性, 该结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义. 关键词： 单畴GdBCO 永磁体 捕获磁场 磁悬浮力     

低温下YBCO磁弛豫特性研究

通过建立磁通线的量子隧穿模型,并结合热激活磁通运动下的理论结果,本文对0～30 K范围内高温超导体YBCO的磁弛豫现象进行了研究,得出了在该温度范围内量子隧穿效应和热激活磁通运动混合共存的重要结论.     

Tl_4Ba_3Ca_3Cu_4O_y系统的超导电性和磁化反常

Tl_4Ba_3Ca_3Cu_4O_y 氧化物超导体中存在100K 和120K 两个超导相.测量电流为10mA 时,零电阻超导 T_c 为119K.DC 磁化结果表明:在77K 时不可逆场约为2200O_e,冻结磁通密度11.6G,样品是弱钉扎Ⅱ类超导体.Meissner 效应测量结果表明:Meissner 信号的61%是120K 相的贡献,39%是100K 相的贡献.超导体积的上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变以及磁化反常表明:我们的样品中存在着大量的弱连接超导电性,并构成邻近效应超导体,研究了它的日 H_(c2)(T).并由邻近效应超导体的磁化曲线演算出它的超导参量.     

高温超导体混合态的钉扎力与标度律

基于推广的磁通热激发模型，我们提出了评估超导体中钉轧力的一个新方法，该方法用于一个统一的形式表达了温度，磁场以及电流密度对作用于磁通线上钉的扎力的影响，它解释了超导体混合态的电阻行为，并很好地拟合了Ｂｉ－２２２３外延膜钉扎力的标度行为。     

MgB2超导块材的非线性磁弛豫性质的研究

在32－34K温度和0．5T初始磁场中，MgB2超导块材的磁弛豫性质通过剩余磁化强度M随时间t的变化进行了研究，在初始阶段，M－lnt明显偏离线性，磁通运动接近Zeldov时数模型，足够长的时间后，M-lnt呈现很好的线性，磁通运动符合Anderson-Kim模型。     

高温超导材料的应用遇到困难

两年前当高温超导材料出现时,人们的注意力集中于高的临界温度,认为材料有可能在液氮温度(77K)得到应用,不需要使用不便且昂贵的液体氦,前景似乎很美妙.事实上,对实际应用言,更重要的是临界电流密度Jc.科学家们为提高Jc而努力,在薄膜材料中得到了很大的成功,Jc在液氮温度可达 105A/cm2,足以满足大多数电子学方面应用的要求.体材料却相反,最高的Jc值也要比上述结果小100多倍.科学家们发现在提高Jc方面面临着复杂困难的局面,这主要来源于磁通线格子的行为. 早在60年代,人们就发现当电流通过时,超导体中的磁通线会感受到推力.如果磁通线被推…     

二次单畴化制备GdBCO超导块材的方法及其性能

高质量单畴REBa_2Cu_3O_(7-δ) (REBCO)超导块材具有广泛的应用前景,但制备过程中极易产生大量多畴样品,致使成功率明显下降、成本显著提高,并制约其进一步批量化和实用化的进程.受顶部籽晶熔渗生长(TSIG)方法的启发,本文提出了一种对生长失败的GdBCO超导块材重新单畴化织构生长的新方法,即将生长失败的样品进行预处理后作为固相源坯块,然后采用改进后的TSIG法进行二次单畴化织构生长,并成功地制备出了一系列二次单畴化的GdBCO超导样品,同时,对样品的超导性能及微观结构进行了研究.结果表明,所制备的二次单畴化GdBCO超导样品的磁悬浮力均大于30 N,样品的捕获磁通密度均在0.3 T以上,捕获磁通效率高达60%以上,该结果为进一步发展低成本、高效率制备REBCO超导体的新方法提供了科学依据和新思路.     

FLUCTUATIONS OF FLUX LINES ONTHE SURFACE OF SUPERCONDUCTOR

In this paper, we study the magnetic structure of the half-ring flux line ended on the surface of a superconductor. The elemental modes for these half-ring flux lines are the half-ellipse flux lines ended on and perpendicular to the surface. The statistics of these half-ring flux lines is, in a certain degree, similar to the vortex-antivortex pairs in thin superconducting films. An abrupt change of the thermodynamic properties for this system takes place at a temperature lower than Tc. It is analogous to the KT transition in thin superconducting films in certain sense.     

FLUCTUATIONS OF FLUX LINES ON THE SURFACE OF SUPERCONDUCTOR

In this paper, we study the magnetic structure of the half-ring flux line ended on the surface of a superconductor. The elemental modes for these half-ring flux lines are the half-ellipse flux lines ended on and perpendicular to the surface. The statistics of these half-ring flux lines is, in a certain degree, similar to the vortex-antivortex pairs in thin superconducting films. An abrupt change of the thermodynamic properties for this system takes place at a temperature lower than T_c. It is analogous to the KT transition in thin superconducting films in certain sense.     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中，我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究，内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等．结果表明，对多层螺旋导体结构的超导电缆，影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应．由于其零电阻特性，在相同的结构中，超导体表现出比常规导体大得多的临近效应．显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂．此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力，能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流，并且有很好的超导性能恢复能力．由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感，所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生．     

本征Josephson单结的电流-电压特性

采用光刻蚀和Ar离子刻蚀技术成功地在Bi-2212单晶表面制备出台阶型本征Josephson单个结，并在5-65K范围内用四引线法测量了该结零场下的Ⅰ～Ⅴ特征曲线．结果表明，临界电流几乎保持不变，但返回电流随温度增加而增大；与此同时，Mccumber参数βc随着温度增加而减小．临界温度附近，跳跃电压△V明显偏离BCS理论．     

高温超导机制研究状况

以读者较熟悉的传统的ＢＣＳ理论为主，介绍了目前高温超导机制研究进行最多的几个主要流派，指出关于序参量的对称性问题成了争论的焦点问题。若实验上肯定了能隙的对称性，可能会结束各派纷呈的局面。     

提高YBCO块材在外磁场中悬浮力

本给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法．第一种方法是增强外磁场，对于此方法，本研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力．测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N，在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103．ON．第二种方法是提高YBCO块材自身的性能，包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸，对于此方法，本仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响．三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBC0块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量，77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103．ON、134．5N、175．ON．第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体，此种情况下，直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218．3N．     

熔融织构YBa2Cu2．99Li0．01Oy的交流磁化性质

在不同直流磁场、交流磁场和频率下测量了熔融织构YBa2Cu2．99Li0．01Oy样品交流磁化率的温度关系．基于非线性磁通耗散理论，研究了交流场的大小和频率x″的蜂值温度Tp的影响，获得了磁通有效钉扎势与温度、直流场和电流密度的关系，U（J，Hdc，T）（J^-cHdc-0．75（1-T^2/Tc2）^3／2，其中μ约为0．13与理论预期的μ=1／7相一致，表明该样品中可能存在涡旋玻璃相变．     

一种混合型桥式高温超导限流器的研究

提出一种改进的桥式高温超导限流器拓扑结构。将不同高温超导体制成的限流电阻与限流电感同时串人桥式限流回路。正常状态下，限流电感与限流电阻均为超导态，限流器呈现低阻抗．故障状态下，限流电感保持超导态。利用电感抑制故障电流的快速增加；同时，由于故障电流超过限流电阻的临界电流值。超导体迅速失超导致线路阻抗突然增大。可以限制故障电流稳态值．本文进行了限流原理的理论分析，并进行了系统仿真．结果表明，该拓扑结构同时利用了超导体超导态的电感和失超后的电阻来限制故障电流，限流效果好，响应和复位速度快，是对桥式限流结构和混合型限流原理的有意义的探索．     

三相电抗器型高温超导限流器的阻抗与动态仿真

三相电抗器型超导故障限流器(SCFCL)由三个同匝数的超导绕组绕在单一铁芯上组成，正常工作时阻抗为零，接地短路时，相当于串联了一个大电感，若发生三相或两相短路，其电阻突然增大；本分析了它在各种运行状态下其铁芯内的磁通变化，推导出了相应的阻抗公式；设计了一个小型样机，并对该样机的进行了动态仿真，其结果与理论分析一致．     

水合钴氧化物超导体的合成和表征

最近发现的水合钴氧化物超导体引起了超导领域的强烈兴趣．由于该超导体非常不稳定，因此有关该超导体的合成和表征是个重要的基本课题．本文报道几种典型的合成方法，并对所得到的超导体进行表征．我们将着重介绍利用歧化反应来制备含有很低的钠离子浓度和很高的水合氢离子浓度的钴氧化物超导体的新方法．