垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO 和Gd-BCO 两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO 的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力     

永磁轨道上方高温超导块材各向异性对悬浮力弛豫特性的影响

采用顶部熔融织构生长法制备的高温超导块材YBCO通常有5个生长区域．通过捕获磁通实验研究,人们发现高温超导块材内部生长区域及边界的捕获磁通能力不同,存在明显的各向异性．面向高温超导磁悬浮应用,本文比较研究了3块不同的高温超导块材YBCO组合在永磁轨道上方悬浮力弛豫特性．实验结果表明,无论场冷还是零场冷情况,块材籽晶生长...     

不含稀土元素的高温超导体

氧化物高温超导材料La2-xMxCuO4-y(M为Ba,Sr或Ca)和ReBa3Cu3O7-y或大部分稀土元素)的发现,是超导电性研究的一个重要的里程碑.这类材料晶体结构的特点是含有二维Cu-O2平面层,人们认为高温超导电性与此密切相关.因此,晶体结构中含有这种Cu-O2平面层的新材料可望是高温超导体.最近,人们用Bi或T1替代上面两类材料中的稀土元素,合成出了新的稳定的高温超导材料,从而在这个以Cu-O2平面层为结构特征的高温超导家族中又添加了新的成员. 1987年五月,法国Caen大学的C.Michel和B.Raveau等人报道了他们的发现[1]:在接近Bi2Si2Sr2Cu2O7 y成…     

中国科学技术大学高温超导物理研究新进展

在中国科学技术大学(以下简称中国科大)建校50周年之际,文章作者对近年来中国科大在高温超导物理方面的最新研究进展情况作一介绍,包括新型高温超导材料探索研究和高温超导机理实验研究.在新型高温超导材料探索研究方面,文章作者首次发现了除高温超导铜基化合物以外第一个超导温度突破麦克米兰极限(39 K)的非铜基超导体--铁基砷化物SmO1-xFxFeAs,该类材料的最高超导转变温度可达到55K;中国科大还成功地制备出大量高质量的超导化合物单晶,包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高温超导机理实验研究方面,中国科大系统地研究了SmO1-xFxFeAs体系的电输运性质给出了该体系的电子相图;发现了在电子型高温超导体中存在反常的热滞现象和电荷-自旋强烈耦合作用;在NaxCoO2体系中也开展了系列的工作,并且首次明确了电荷有序态中小自旋的磁结构问题;此外,还系统地研究了CuxTiSe2体系中电荷密度波与超导的相互关系.     

温度和场冷间隙对高温超导磁悬浮系统弛豫的影响

悬浮力是高温超导磁悬浮列车运行中的一个至关重要的参数.悬浮力的弛豫特性是高温超导磁悬浮列车安全运行的一大阻碍.适度降低工作温度是有效改善悬浮力弛豫特性的有效手段之一.本文从数值计算和实验两个层面研究了不同冷却温度和不同场冷间隙下的悬浮力的弛豫现象.发现悬浮力的弛豫现象随着超导块冷却温度的降低而减弱，随着场冷间隙的增大而略微增大，但是随着冷却温度的降低，增大程度会有所减弱.该研究有助于通过合理设计高温超导材料工作温度，以提高磁悬浮系统性能表现.     

高温超导体中的正常态能隙

简介了有关弱掺杂高温超导体正常态中的能隙或赝隙研究的情况，扼要评述了近一个来高温超导电性基础研究的一些进展，包括与高温超导相关的一些新材料和新现象。     

不同重叠排列方式的双层高温超导块材在永磁轨道上方的悬浮特性

研究了永磁轨道上方双层高温超导块材两种不同堆叠方式(籽晶生长线对齐方式和籽晶生长线错开方式)的悬浮特性。实验发现:这两种不同的堆叠方式对悬浮性能有不同的影响。随着场冷高度的增加,它们对悬浮性能的增加效应越来越弱,这种现象对于悬浮力来说尤其明显。场冷高度为10 mm和15 mm时,对悬浮力来说,籽晶生长线对齐堆叠方式与错开方式相比,第一次测量时前者减少的百分比为11.588%和0.870%,第二次测量时为12.693%和1.363%,第三次测量时为12.399%和1.370%。导向力也有类似的结论。经实验可以看出,可以通过优化每一块高温超导块材的具体摆放位置,来提高高温超导磁悬浮车的承载能力和稳定性。同时,这一结果对高温超导磁悬浮轴承、飞轮储能等悬浮间距小的场所也具有一定的参考价值。     

高温超导块材电机及相关技术问题的研究

不同磁性材料的发现已经成为推动电机行业发展的原始动力, 高温超导(HTS)块材"丰富"的电磁特性为新型电机的诞生提供了可能.基于HTS块材的基本特性,本文分析了其在电机中应用的原理、进展及应用前景,并讨论了一些相关的技术问题.     

高温超导研究面临的挑战

自1986年铜氧化物高温超导体发现以来,高温超导研究取得了丰硕的成果,确定了高温超导材料的相图和超导配对的对称性,发现了赝能隙、电荷自旋分离、线性电阻、强超导位相涨落等大量新的物理现象。但是,高温超导机理依然还是一个谜,高温超导材料中发现的大量反常量子现象也不能在已有的固体量子理论的框架下得到解释。要解决高温超导问题,必须发展新的实验探测技术和新的量子多体理论及计算方法。特别是要发展能够直接调节和探测电子与固体中各种元激发相互作用的实验探测技术,从相互作用的源头来直接探测并判定高温超导电子配对的机理。     

超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

单层FeSe薄膜/氧化物界面高温超导

单层FeSe/SrTiO₃界面增强超导的发现为理解高温超导机理提供了一个新的途径,也为实现新的高温超导体开拓了新思路.本文通过在SrTiO₃（001）表面高温沉积Mg进而沉积单层FeSe薄膜,制备出了FeSe/MgO双层/SrTiO₃异质结.利用扫描隧道显微镜研究了异质结的电学及超导特性,观测到约14–15 meV的超导能隙,比体相FeSe超导能隙值增大了5–6倍,与K掺杂双层FeSe/SrTiO₃的超导能隙值相当.这一结果可理解为能带弯曲造成的界面电荷转移和界面处电声耦合共同作用导致的超导增强.FeSe/MgO界面是继FeSe/TiO₂之后的一个新界面超导体系,为研究界面高温超导机理提供了新载体.     

强钉扎高温超导体与永磁体系统的悬浮力数值模型

本文从数值模拟和实验两方面研究了熔融织构Y-Ba-Cu-O(YBCO)高温超导块材与永磁体组成的磁悬浮系统的悬浮特性.通过理论与实验结果的比较,在Hikihara-Moon超导磁悬浮动力学唯像模型的基础上,提出了强钉扎磁悬浮力模型,并进一步研究了熔融织构YBCO块材在不同条件下的悬浮特性,包括:场冷高度(FCH)和零场冷却(ZFC)的对磁浮力的影响,以及由不同运动速度导致的磁悬浮力的变化等.结果表明,强钉扎磁悬浮力模型适合于精确描述由熔融织构YBCO高温超导块材与永磁体所组成的磁悬浮系统的悬浮特性.     

铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究

铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族,它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究,以及与铜氧化物高温超导体的对比,对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定,揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力,已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段,在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现,为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.     

不同荷载下高温超导磁悬浮系统的动态响应

针对YBCO块材和NdFeB永磁体构成的高温超导磁悬浮系统,研究了永磁体在不同荷载时系统的动态响应特性.实验结果表明,当振动频率较低时,悬浮系统动态响应与外加激励信号一致,外加荷载的改变对系统响应基本无影响.随着频率的增加,外加荷载对系统的影响明显增强.荷载越大,系统的抗干扰能力越强.这对高温超导磁悬浮系统的应用有一定...     

期盼出现：能够计算高温超导T_c的理论模型

高温超导发现已经25年了,然而关于其中的机理仍然没有一个满意的解释.最近,在Nature周刊和Science周刊发表的K.Jin等人和R.U.He等人的研究报告,为我们提供了有关相图研究的一些新结果.按照传统的能带理论,所有的三维过渡金属一氧化物都应该是导体,     

高温超导体中的正常态能隙——兼评近一年来高温超导电性基础研究的新进展

简介了有关弱掺杂高温超导体正常态中的能隙或赝隙研究的情况，扼要评述了近一年来高温超导电性基础研究的一些进展，包括与高温超导相关的一些新材料和新现象     

低温和高温超导电动/发电机发展概述

自1911年发现超导电性起,如何将这种神奇导体应用到与电相关的领域一直是电工科学的焦点之一.目前超导体的应用研究在多个领域取得了实质性进展,处于工业应用的前期,这其中就包括超导电机(含电动机和发电机)的应用.本文以1986年高温超导陶瓷材料的发现为界限,按国别分类,介绍了低温超导电机和高温超导电机的发展历程及研究现状,并对不同类型超导电机的优缺点及其应用前景进行了分析.     

铁基超导1111体系CaFeAsF的单晶生长和物性研究

自2008年发现铁基高温超导以来,人们对该体系的材料探索和物理性质开展了广泛而深入的研究.然而,作为最早被发现并且体材料中临界转变温度最高的一大类材料, 1111体系长期以来一直缺乏大尺寸高质量的单晶样品,这严重制约了对这一材料体系相关物理问题的深入研究.最近几年,氟基的1111体系材料CaFeAsF的单晶生长取得了较大进展:以CaAs作为助熔剂,在常压下成功地生长出了毫米尺寸高质量的CaFeAsF母体以及Co掺杂的超导体单晶;在此基础上,多个研究组利用不同实验手段对该体系的物理性质进行了研究,并得到了一些比较重要的结果.本综述对该方向的进展进行初步总结,内容涵盖晶体生长、各向异性、强场下的磁阻、磁力矩、红外光谱、高压调控、量子振荡等内容.     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来, 高温超导磁体由于载流能力高、 磁场强等优点在磁悬浮列车、 医疗成像、 飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景. 在这些应用中, 工作面上磁场越强, 系统的性能越优. 高温超导块材能够俘获强磁场, 但因为尺寸的限制, 其磁场发散区域小, 在大气隙条件下工作面区域磁场弱. 相比而言, 高温超导线圈的尺寸不受限制, 但其磁场会随着口径的增大而降低. 因此, 本文将高温超导线圈和块材结合, 提出了一种结构紧凑、 口径大、 磁场强的混合高温超导磁体. 同时, 利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证, 仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度. 结果表明, 混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场, 相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102% 和12% .另外, 混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

铁基超导体系基于电子关联强度的统一相图

铁基超导和铜基超导具有诸多相似性,这为建立统一的高温超导机理图像提供了可能性.然而,对铁基超导体系中无论是进行电荷掺杂、还是等价掺杂来改变化学压力,都能产生定性上类似、而细节上纷繁复杂的相图,这对建立统一的图像造成了困难.研究化学掺杂效应如何在微观上影响电子结构和超导电性,区分主导超导电性演化的主要因素和次要因素,对建立统一图像和揭示高温超导机理至关重要.本文综述了对铁基超导体系中化学掺杂效应的一系列角分辨光电子能谱研究,涵盖了基于FeAs和FeSe面的多种代表性铁基超导体系,包括异价掺杂、等价掺杂、在元胞不同位置的化学掺杂,及其对电子体系在费米面结构、杂质散射、电子关联强度等方面的影响.实验结果表明：电子关联性或能带宽度是多个铁基超导相图背后的普适参数,不同的晶格和杂质散射效应导致了并不重要的复杂细节,而费米面拓扑结构与超导电性的关联并不强.这些结果对弱耦合机理图像提出了挑战,并促使人们通过局域反铁磁交换作用配对图像在带宽演化层面上统一地理解铁基超导.