离子束溅射沉积制备高JcYBa2Cu3O7—δ超导薄膜

本文报道应用离子束溅射沉积制备高 T_c 高 J_c YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜.较详细地考察了影响薄膜组份比和晶粒取向的主要因素.实验表明采用本文提出的组合溅射靶可方便而又精确地调节薄膜 Y、Ba、Cu 组份比.详细描述了获得高度取向薄膜的工艺条件,获得了零电阻温度 T_(c0)=88～90.5K 和临界电流密度 J_c=1.5×10~3A/cm~2(77K)的 YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜.     

激光淀积YBa2Cu3O7外延超导薄膜

利用准分子脉冲激光成功地在(100)SrTiO_3与(100)Y-ZrO_2衬底上淀积了 YBa_2Cu_3O_7超导薄膜,T_c(R=0)>90K,J_c(T<82K)>1×10~6A/cm~2.研究了衬底温度对外延YBa_2Cu_3O_7薄膜超导性能及结构的影响.     

Ar离子注入YBa2Cu3O7—x超导薄膜中微结构变化的透射电子显微镜研究

Ar离子注入YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜后,不仅会引起样品超导转变温度T_c和临界电流密度J_c的下降,还会使样品的正常态由金属型变为半导体型。透射电子显微镜观察发现在小剂量(<5×10~(12)Ar/cm~2)注入情况下,样品的晶格结构几乎不受影响。随着注入剂量的增加,晶格损伤越来越严重,最终变成非晶态。对实验结果的分析表明,Ar离子注入引起YBa_2Cu_3O_(7-x)薄膜超导性能的变化主要与O原子子晶格的无序化过程有关。     

GdBa2Cu3O7超导薄膜在晶格失配的MgO衬底上的生长

我们采用直流磁控溅射快速原位处理的方法,在(100)MgO 衬底上制备了一系列的GdBa_2Cu_3O_7超导薄膜样品.我们发现,在800℃左右的衬底温度下制备的超导薄膜样品,为纯 C 轴垂直膜面生长的外延膜,(005)峰摇摆曲线的半高峰宽△ψ为0.4°—0.5°,但其零电阻转变温度 T_(co)只有84—85K,转变宽度ΔT_c 为1.5—2K.而在670℃左右衬底温度下制备的超导薄膜,有的为纯 c 轴垂直膜面生长的外延膜,有的为 c 轴垂直膜面取向为主,含少量(110)取向和 a 取向,(005)峰摇摆曲线的半高峰宽Δψ为0.6°—0.9°,但其零电阻转变温度 T_(co)达89—91K,转变宽度ΔT_c 为0.6—1K.     

离子束溅射原位沉积制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

利用离子束溅射技术在ZrO_2衬底上原位制备出YBa_2Cu_3O_(7-δ)高温超导薄膜。薄膜的零电阻温度T_(co)=88K,临界电流密度J_c(77K)=5.2×10~5A/cm~2用X射线衍射和扫描电镜分析了薄膜特性。本文结果表明用离子束溅射法可原位沉积制备出高质量的超导薄膜。     

添加元素Ti对多芯Nb／Cu挤压管法Nb3Sn超导性能的影响

采用多芯 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线,研究了添加元素 Ti 对 Nb_3Sn反应层生长动力学及超导性能的影响.添加元素 Ti 明显提高了 Nb_3Sn 反应层生长速率.T_c值提高0.3K,H_c_2(O)提高到大约29T.在4.2K、15T 和20T 脉冲背景场下(脉冲上升时间t=10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达4.4×10~4A/cm~2和3.3 ×10~4A/cm~2.     

YBCO-SrTiO_3-YBCO多层薄膜超导线圈

采用射频磁控溅射在(100)SrTiO_3衬底上生长了 YBCO-SrTiO_3-YBCO 多层薄膜,并结合氩离子束刻蚀技术加工了线条宽10μm 共9匝的多层结构超导线圈,研究了总长约9.4mm宽10μm YBCO 线条的超导连通及超导连接和超导线条绝缘跨接的情况.线圈超导连通 T_c为82K,在77K 的 J_c 为5.4×10~4Acm~(-2),SrTiO_3绝缘层在77K 的电阻率为3.9×10~3Ωcm,基本可以满足薄膜磁通变换器中多匝输入线圈的工艺要求.     

中子辐照对熔融织构YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体磁学性能及微观组织的影响

本文研究了中子辐照对熔融织构生长(MTG)YBaCuO 超导样品磁学性能及微观组织的影响.采用了两种辐照剂量:2.3×10~(16)n/cm~2和1.16×10~(17)n/cm~2.通过比较辐照前后样品磁滞回线,发现临界电流密度明显提高,在77K、0.1T 磁场下,临界电流密度达到4.7×10~5A/cm~2,此辐照前样品的临界电流密度提高了几十倍.通过观察辐照前后不可逆线 T~*(H)的变化,发     

掺TiNb3Sn超导性能改善机制研究

在 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线中添加合金元素 Ti 使其超导性能特别是在高场下的临界电流密度 J_c 得到显著改善.T_c 值提高约0.3K,H_(c2)(0)值提高到大约29Tesla,在4.2K_2 15T 和20T 脉冲背景磁场下(脉冲上升时间为10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达到4.4×10~4A/cm~2和3.3×10~4A/cm~2.在实验事实基础上,认为在低温下(<43K)掺适量Ti 元素的 Nb_3Sn 会发生部分马氏体相变,并用此观点结合磁通钉扎基本原理,对掺适量 Ti元素 Nb_3Sn 超导性能显著改善的事实进行解释,得到了一个改善掺适量 Ti Nb_3Sn 超导性能的可能机制.     

用激光干涉法诊断准分子激光在YBa_2Cu_3O_(7-δ)靶面激励等离子体的电子密度

利用激光标准干涉法诊断了准分子激光(XeCl,308 nm)在YBa_2Cu_3O_(7-σ)超导靶面激励等离子体的电子密度.结果表明在入射激光功率密度为3×10~8W/cm~2,本底真空度为1.33～13.3 Pa的条件下,等离子体电子密度为10~(16)～10~(17)/cm~3.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB_2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50nm至10nm的MgB_2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50 nm至10 nm的MgB2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0 K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

La2—xSrxCuO4—δ多晶样品的差分比热

系统地研究了La_(2-x)Sr_xCuO_(4-δ)多晶样品的差分比热.La_(2-x)Sr_xCuO_(4-δ)超导转变的比热跳跃△C 和超导转变温度 T_c 随 Sr 含量而有规律地变化.在 x=0.15处,△C/T_c 和Sommerfeld 常数△γ=C_(es)/T-C_(en)/T 均为极大值,当 Sr 含量偏离 X=0.15时,比热反常峰变圆滑,峰值和 Sommerfeld 常数 △γ 减小,T_c 降低.约化比热反常△C/△γ(0)T_c 随样品烧结条件改变出现不同的变化趋势.上述现象表示,最均匀的超导电性只出现在 Sr 含量x=0.15附近很窄的范围内.     

高Tc超导体的接触电阻

比较了几种不同的引线与高 T_c 超导体连接方法的面接触电阻率.对接触电阻的 I-V 特性曲线进行了讨论并加以说明.同时,发现在 YBCO 超导材料内掺适量的银对于引线与样品之间的接触电阻有相当大的改善.提出了几种简便有效的减小接触电阻的方法.最低达到1.3×10~(-7)Ω·cm~2(77K).     

Bl结构MoN_x薄膜的制备及物理性能研究

我们对以反应性溅射法制备的MoN_x薄膜测量了超导转变温度T_c,电阻率ρ(T)(从T_c起始到300K)。用X射线衍射技术、卢瑟福背散射(RBS)、俄歇谱仪和X射线光电子能谱(XPS)技术对这些样品进行了分析。实验结果表明T_c和ρ(T)随N含量改变而变化。当样品是B1结构时,T_c小于4.2K,而且样品内还有过量的N存在。俄歇分析表明,样品内有O,C杂质存在。这些因素都可能导致T_c很低,ρ(T)呈负的温度系数。     

快带速多层化CVD Nb_3Ge的研究

本文基于作者发展的一种制取高临界温度Nb_3Ge超导材料的快带速极薄多层CVD新技术,研究了一些工艺参数对Nb-Ge层的成份、成相和显微组织的影响。在带速为50—70m/h的Hastelloy B基体上,沉积出平均Nb/Ge比接近于3、Nb与Ge含量比较均匀和以A15相为主且呈等轴晶粒的多层化Nb_3Ge样品,其T_e(起始)、T_c(中点)、△T_c分别为20.7K、19.9K和1.4K,Jc(Nb_3Ge)约为1×10~6A/cm~2(4.2K,4T)。对改进本技术制备实用化高T_cNb_3Ge长带的某些工艺问题进行了讨论。     

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.     

半熔融烧结靶直流磁控溅射外延生长YBCO超导薄膜

直流磁控溅射使用半熔融大直径平面烧结靶,在(100)SrTiO_3衬底上原位生长 YBa_2Cu_3·O_(7-δ)超导薄膜,可以很方便地和重复地获得临界电流密度高(J_c=3.4×10~6A/cm~2在77KB=0时)、微波表面电阻 R_s 较低(在77K,50.9GHz 时,R_s≤37mΩ)和均匀区较大的超导薄膜.X 光衍射,X 光双晶衍射摇摆曲线测量和透射电子显微镜分析结果表明,所得的 YBCO 薄膜为高度 c 取向的单晶外延膜.     

用DC-磁控溅射制备的高T_c A15 Nb_3Ge超导薄膜的研究

用直流平板磁控溅射装置在不同的溅射条件下制备了一系列Nb-Ge薄膜.在最佳条件下(溅射电压V_s～200V,溅射电流I_s～450mA,氩气压力P_(Ar)1—2×10~(-1)托,基体温度T_s780—810℃)重复制备了T_(c0)>23k的样品.T_c最高的样品的T_(c0)为23.5k,△T_c1.5k.用X-射线衍射仪测定了相组成以及晶格参数.研究了T_c与沉积参数、化学计量比、相组成以及晶格参数的关系.结果表明少量的Nb_2Ge_3存在于接近或等于化学计量比的A15相占优势的薄膜中,有利于高T_c亚稳A15相的稳定化,使样品呈现高T_c.结论指出:用磁控溅射技术研究高T_c亚稳A15材料的实用化是有意义的.     

YBa_2Cu_3O(7-δ)在超导转变点处的比热反常

用连续量热法,在80—120K 对超导体 YBa_2Cu_3O_(7-δ)的比热进行了测量.结果表明在超导转变点 T_(mid)=92.4K 时,比热跳跃△Cp=7.1J/mol·K,由此计算出的△Cp/γT_c=2.05,比由 BCS 弱耦合理论推导出的1.43要大的多.说明高 T_c 氧化物 YBa_2Cu_3O_(7-δ)是具有强耦合相互作用行为,并由德拜公式拟合晶格比热计算出(?)_D=424.7K.