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.     

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.     

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。     

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。     

Tl-1223超导体及其复Ag带

研究了用部分熔化法制备T1-1223超导体的工艺,样品的名义组成为(Tl_0.5Pb_0.5)(Sr_0.8Ba_0.2)₂Ca₂Cu₃O_y,调整样品中Ba的含量,出现了织构的迹象,经烧结一部分熔化—退火的样品,其磁化电流在77K和1T下大于2×10⁴A/cm²,用这样的样品作原料所制备的Tl-1223复Ag带短样,在77K和0T下,J_c达2.1×10⁴A/cm²,超导带横断面的SEM显微观察表明,在1223相中夹杂了BaPbO₃和Sr-Ca-Cu-O相.     

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。     

YBa2Cu3Ox超导体的光谱研究

能带是决定固体特性的头等重要的因素。我们用光谱方法对单相YBa₂Cu₂O_x高T。超导体进行了研究,测量了样品的反射-吸收谱、Raman光谱和荧光光谱.其350和500nm吸收带以及390nm,560nm荧光峰来自晶格中Cu⁺发光中心,是跃迁过程¹A_1g(3d¹⁰)-¹E_g和~3E_g(3d⁹4s¹)。其720nm和860nm荧光峰来自Cu²⁺发光中心,是由于自由离子光谱项²D在八面体晶场、正交晶系晶场中分裂为5个能级之间的跃迁。此外,还有一些光谱可能来自晶格中Cu³⁺发光中心,其481cm^-1和551cm^-1声子对说明了312cm^-1处声子对与电子系统是强耦合。     

Pr对RBa2Cu3O7相超导转变温度的影响

本文主要用X射线粉末衍射和氧含量测定等方法,研究了Pr对La_1-xPr_xBa₂Cu₃O₇.Y_1-xPr_xBa₂Cu₃O₇和Yb_1-xPr_xBa₂Cu₃O₇ 3个具有不同稀土离子半径的固溶体系的超导电性和晶体结构的影响.结果表明,稀土离子的有效半径愈大,淬灭固溶体超导电性的Pr的临界含量愈小.点阵常数随Pr含量的变化对Vegard直线的偏离表现出不同的行为,并对Pr影响R_1-xPr_xBa₂Cu₃O₇固溶体超导电性的可能的原因进行了探讨.     

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     

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.     

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.     

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。     

Y-Ba-Cu-Sn-O体系的结构和性能

通过YBa₂Cu_³x)Sn_xO_7+y体系样品的结构参数、XPS和Mssbauer谱、电阻-温度关系、氧含量以及热分解温度的综合测量,发现:Sn在该体系中替代了Cu的位置并保持4价状态;在x<0.4范围内Sn替代Cu对晶体结构没有影响,引起T_c的变化也极小;Sn替代Cu使体系的氧含量增加,并明显地影响了Cu的价态,使Cu呈现+3价,实验在结构、氧缺位及电子态方面为认识超导电性的起源提供了一些重要信息,在综合分析实验结果的基础上,本文提出:金属原子与氧原子间的耦合程度决定了体系的超导电性。     

新概念下的Sn掺杂(La1-xSrx)2Cu1-xSnxO4超导体的MÖssbauer谱研究 *

对新概念指导下而设计的 (La_1-xSr_x)2Cu_1-xSn_xO₄超导体进行了¹¹⁹Sn M_Össbauer谱研究 .对不同掺杂量样品的系统研究表明 ,M_Össbauer谱实验结果进一步证实了Sn以Sn⁴⁺价态存在并占据Cu晶位 ,不存在占据La晶位的Sn^{2 +}离子 .Sn⁴⁺离子附近的局域晶格畸变较小 ,但是随Sn掺杂量有增加趋势 .在对La₂ CuO₄母体进行Sr和Sn同时掺杂所引入的载流子对超导电性的影响存在新的机制 .在新的额外氧机制下 ,讨论了Sn掺杂所导致的额外氧对超导电性的影响 .     

Bi2Sr2Ca1-xYxCu2O8+y的晶体结构、电子结构和超导电性

本文研究了Y替代Ca对Bi₂Sr₂Ca_1-xY_xCu₂O_8+y,超导体晶体结构和电子状态的影响,发现:Y替代Ca后至少使得Bi-O双层中所夹的一层额外的氧原子发生了变化,沿b轴方向的无公度超格子的调制周期从4.7b连续减小到大约为4.0b;并发现当Y完全替代Ca时,则同时存在大约为4b和8b的调制周期.用XPS进一步研究其电子状态变化的结果表明,超导电性的变化不是由于晶体结构的微小变化引起的,而主要是由CuO₂层中O2p轨道空穴的逐步填充所致.结果明确表明,对于该替代体系依然是当Cu离子3d轨道存在一个空穴时(3d⁹态)对应于强关联的反铁磁绝缘体,而当CuO₂层中氧离子2p轨道存在额外的空穴时(即3d⁹L态)对应于超导体.     

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。     

过冷状态下的Cu70Ni30合金的液态结构

对Cu₇₀Ni₃₀合金液相线（1 230℃）以上和液相线以下的液态做了X射线衍射实验.通过对实验结果的分析,揭示了它们之间的主要区别在于原子团的尺寸有较大的差异：在1250～1400℃时原子团的相关半径为1.125 nm,原子团的原子个数约为457;而在过冷液态（1 200℃）时的原子团的相关半径为1.3 nm,原子团中原子数量约为704.液态Cu₇₀Ni₃₀合金的原子集团的近序为fcc,其固态fcc结构是由液态的fcc近序保留下来的.     

(Fe1-xNix)_4N中Ni原子的磁体积和化学键效应

结合X射线衍射和⁵⁷Fe高压MÖssbauer谱,对Ni替代的Fe₄N的结构和超精细参数进行了研究。X射线的结果表明,Ni含量在0≤x≤0.6范围内可形成单相的Υ＇-(Fe_1-xNi_x)₄N化合物,且随着Ni含量的增加,材料的晶格常数很好地满足a₀(x)=3.7905-0.02157x-0.03167x²关系。用MÖssbauer谱区分了Ni原子的磁体积和化学键效应对Fe的超精细磁场和同质异能移的影响,并研究了不同晶位上这两种效应的成分依赖关系,发现两者的作用规律是不同的,但化学键效应对该材料性能的改变起主要作用。     

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.