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。     

Y1-xNdxSr2Cu2.7Mo0.3O7-δ体系的声子振动谱和输运性质

研究了Y_1-xNd_xSr₂Cu_2.7Mo_0.3O_7-δ(x =0 ,0 .1 ,0 .2 ,0 .5 ,0 .8和 1 .0 )的Ra-man光谱、红外光谱,指出RSr₂Cu_2.7Mo_0.3 O_7-δ结构上与RBa₂Cu₃O_7-δ有显著的差异,而伴随着Nd的掺入,晶体的微结构发生了变化 .结合电阻率和热电势的测量结果 ,我们讨论了这种微结构变化对载流子分布的影响和NdSr₂Cu_2.7Mo_0.3O_7-δ不超导的原因,进而指出在高温超导体中广泛存在的稀土离子尺寸效应也是大稀土离子替代产生的晶体微结构变化的结果     

(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 .     

高温超导氧化物中非平衡载流子的能量弛豫与电声相互作用

利用超导体中非平衡能量平衡模型,研究室温下YBa₂Cu₃O_7-δ(δ=0.1,0.4,0.8)和PrBa₂Cu₃O₇外延膜中光激活非平衡载流子的弛豫动力学,计算了电声耦合常数λ发现随着氧含量的降低及用Pr替代Y,Cu-O面上空穴Fermi面向Cud⁹/d¹⁰带方向移动,非平衡载流子的驰豫时问增加而电声耦合常数明显减小.这一结果与瞬态反射谱测量结果符合得很好.这表明载流子浓度的降低减弱了电声相互作用,而这种作用可能是一种实空间的局域相互作用.     

BaO-Y2O3(La2O3)-CuO三元系相图的研究

本文采用X射线衍射,热学分析、超导电性测量等方法测定了La₂O₃-CuO,BaO-CuO,Y₂O₃-CuO二元系相图,BaO-La₂O₃-CuO,BaO-Y₂O₃-CuO三元系室温截面。在这两个三元系的富CuO区,存在Ba_xLa_2-x CuO₄(x≤0.07),BaLaCu₂O_5+δ,BaLa₄Cu₅O_14+δ,BaLa₂Cu₂O₆和Ba₂YCu₃O_9-y,BaY₂CuO₉化合物。Ba_xLa_2-x,CuO₄(x≤0.07),BaLa₄Cu₅O_14+δ,BaLaCu₂O_5+δ,BaLa₂Cu₂O₆均属四方晶系,点阵常数分别为a=5.356,c=13.20;a=8.660,c=3.863;a=3.917,c=11.75;a=3.992,c=19.96.Ba₂YCu₃O_9-y属正交畸变钙钛矿结构,a=3.892,b=3.824,c=11.64,空间群为Pmmm。BaY₂CuO₅具有正交结构,a=7.123,b=12.163,c=5.649;空间群为Pbnm。研究了组成与超导电性的关系,考查了烧结温度对Ba₂YCu₃O_9-y化合物结构和超导电性的影响,并对超导电性产生的原因进行了讨论。     

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.     

Y1-xPrxBa2Cu3O7和Y1-xCexBa2Cu3O7中的金属-绝缘体转变和超导电性

为了阐明YBa₂Cu₃O₇中Pr或Ce置换诱导的超导T_c下降和金属-绝缘体转变,提出了一个“混合局域空穴态”模型。这个模型还解释了磁测量和谱测量之间的“对立”,可以对Y_1-xPr_xBa₂Cu₃O₇和Y_1-xCe_xBa₂Cu₃O₇的大部分实验结果给出合理的说明。     

Si3N4-Y2O3-La2O3系统的相关系

本文提出了Si₃N-Y₂O₃-La₂O₃三元系统的亚固(固相线下)相图。在此系统中,形成四个含固溶体的两相区和八个三相区。在富Si₃N₄区,发现存在一个新相:0.4Y₂O₃·0.6La₂O₃·3Si₃N₄,它于1550℃开始生成,随着温度升高,生成量增大,然而极难获得其纯单相。钇黄长石Y₂O₃·Si₃N₄可被La₂O₃取代形成有限固溶体,其固溶限为55mol％La_2O₃,即0.45Y₂O₃·0.55La₂O₃·Si₃N₄。在Y-La-Si-O-N系统中,实验测得,具有同结构的三类含氮稀土硅酸盐,都分别形成连续取代固溶体。它们是:J相连续固溶体——2(Y,La)₂O₃·Si₂N₂O,K相连续固溶体——(Y,La)₂O₃·Si₂N₂O和H相连续固溶体——(Y,La)₁₀(SiO_4)₆N₂。     

O′-β′复相Sialon陶瓷中相组成的控制

用Si₃N₄,SiO₂和Al₂O_?作原料,以Y₂O_?为添加剂,研究了O’-β’所在的四个相容性区中组成,于1400—1800℃之间,O’和β’的形成动力学。O’于1400℃开始生成,1600℃达到最大形成量。高于1600℃,O’减少乃至消失。研究发现,O’的这种不稳定性,并非自身热分解的结果。Al含量的增加,液相出现和β’的形成,才是导致O’-Sialon溶解而消失的原因。 此外,认为Si₃N₄-O’(x=0.3)-Y₂Si₂O₇-YAG相容性区,是在制备具有合理的O’-β’平衡相组成的复相陶瓷时,可供实际选用的组成区。     

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。     

用原子位形几率波理论研究YBa2Cu3O7-x中氧与空位的有序结构

本文将原子位形几串波理论推广到多套Bravais子格子套构的体系,着重考虑二次有序化问题,研究YBa₂Cu₃O_1-x超导体Cu-O基面上氧与空位形成的有序结构,得到x=0,0.25,0.5,0.75四种标准组分下的结构状况,与实验结果进行了比较和讨论。     

O′-β′ Sialon在Y-Si-Al-O-N系统中的相关系

本文提出了Si₂N₂O-AlN-Y₂O_3系统的亚固相图,并修正了O’-β’Sialon在Y-Si-Al-O-N系统中的相关系。在Si-Al-O-N系统中,Si₃N₄和O’_ss(x=0.3)之间应有结线,它把O’-β’二相区分割成为两个相容性三角区:Si₃N₄-Si₂N₂O-O’_ss(x=0.3)和Si₃N₄-β’_ss(z=0.8)-O’_ss(x=0.3)。 Si₃N₄-O’_ss(x=0.3)-YAG-H相,在1550℃时形成为一相容性四面体区。如果加热到1700℃,而后于1200—1300℃退火热处理,则H相消失,相容性区变成为Si₃N₄-O’_ss(x=0.3)-YAG-Y₂Si₂O₇。 Si₃N₄-Si₂N₂O-O’_ss(x=0.3)-Y-2Si₂O₇(或H),Si₃N₄-O’_ss(x=0.3)-YAG-Y₂Si₂O₇(或H)和Si₃N₄-β_ss(z=0.8)-O’_ss(x=0.3)-YAG,这三个相容性区的确定,对开发制造O’-β’Sialon二相陶瓷有实用意义。     

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.     

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。     

Y2O3-Al2O3-Si2N2O系统相关系

本文研究了Y₂O₃-Al₂O₃-Si₂N₂O系统的亚固相关系和1550℃的等温面相关系。研究结果表明,Si₂N₂O可与小于15mol％的Al₂O₃形成O′-Sialon(O′_s.s.)。2Y₂O₃·Si₂N₂O可与2Y₂O₃·Al₂O₃形成连续固溶体(J_s.s.).在Y₂O₃-Al₂O₃-Si₂N₂O系统的Si₂N₂O一端,Si₂N₂O与Y₂O₃会反应生成Si₃N₄和Y₁₀[SiO₄]₆N₂(H相)。因此在该系统中有四个四元相区:H-Si₂N₂O-O′_s.s.-Si₃N₄,H-3Y₂O₃·5Al₂O₃-O′_s.s.-Si₃N₄,H-3Y₂O₃·5Al₂O₃-Y₂O₃·Si₂N₂O-Si₃N₄,H-3Y₂O₃·5Al₂O₃-Y₂O₃·Si₂N₂O-J_s.s..在1550℃等温面相图中,在近Al₂O₃-Si₂N₂O系统一边有一个很大的液相区。其低共熔组成为:Y₂O₃:2Si₂N₂O:2Al₂O₃,T=1450℃。     

高温超导体YBa2Cu3O7-δ中的元素替代效应

本文综合约20个 YBa₂Cu₃O_7-4的元素替代体系的实验结果,发现:正交晶体结构、氧含量、铜的氧化价态,以及金属-半导体(绝缘体)相变都只是决定Tc的表观因素;存在着CuO₂平面外和CuO₂平面内两类元素替代效应.提出:高温超导体的迁移载流子浓度和CuO₂平面内铜原子之间的动态、短程反铁磁关联程度是决定Tc的两个内禀因素.基于Bi系超导体中有关元素替代效应的实验事实,进一步提出上述结论对各种类型的高温氧化物超导体具有普遍性.     

高Tc超导薄膜/砷化镓场效应器件混合微波振荡器的研制

研制了一种高T_c超导薄膜/砷化镓场效应器件混合的微波振荡器,整个电路采用微带电路形式,制备在一片10mm×15mm的YBa₂Cu₃O_7-δ超导薄膜上。该振荡器采用共源和栅结串联反馈电路结构,以GaAs MESFET(NE72084)为负阻元件,利用高品质因数的超导微带谐振器作为稳频元件。通过提高谐振器的品质因数和调节它与MESFET的耦合强度,降低了振荡器的相位噪声。相位噪声在偏离载频(10.6GHz)为10kHz时达到-87dBc/Hz。     

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.     

LiBO2玻璃晶化与相变的研究

本文用X射线多晶衍射分析、热学分析和红外吸收光谱分析等方法,对LiBO₂玻璃晶化机制和固态相变进行了研究。LiBO₂玻璃在晶化过程中首先析出一亚稳相-δ-LiBO₂,δ-相的硼氧基团结构与玻璃态相近。继续升温δ-相转变为常压下难以制备的γ-相,而后γ-相再转变成α-相。玻璃晶化过程的比热研究表明,玻璃晶化之前先经过结构弛豫。对于同一种升温速率,颗粒度愈大,晶化温度愈高。     

新化合物——Sr2CdWO6的相变和晶体结构

本文用差热分析、X射线物相分析及点阵常数的精确测定等方法,研究了新化合物——Sr₂CdWO₆的相变,证明该化合物在807℃±5℃存在一级位移型相变.低温相a-Sr₂CdWO₆属正交晶系,空间群为P_mm2,室温时点阵常数为a=8.1673,b=5.7436,c=5.8188.测量密度D_m=7.01g/cm³,单位晶胞内具有2个化学式量.高温相β-Sr₂CdWO₆属于立方晶系,空间群为F_m3m,在860℃时的点阵常数为a=8.201,z=4.本文还用X射线多晶衍射方法分别测定了上述a-Sr₂CdWO₆和β-Sr₂CdWO₆的晶体结构,并研究了相交机理和畸交度.