超导转变温度(Tc)测量的实验

一、引言一些物质在温度低于某一值(T_c)时,其电阻率突然转变为零.这种状态称作超导状态,这类物质称为超导体。T_c 称作超导体的转变温度.不同的超导材料,其转变温度也不同.因而,超导体的转变温度(T_c)是超导材料最基本、最重要的物理参数之一,其它物理量无不与此相关.精确测量超导体的 T_c值已成为超导电性研究中必备的手段.为了培养高水平的接触近代科学前沿的硕士和博士人才,我们连续三年对固体物理、实验物理和低能核物理等专业的研究生开设了超导转变温度(T_c)测量的实验.结果表明,同学们不仅能完成实验要求,掌握实验技     

化学溶液法制备Bi-2212超导厚膜及表征

在柔性衬底上制备的Bi-2212(Bi2Sr2CaCu2O8+x)超导厚膜在高场低温下有高的临界电流密度、可塑性好、易加工成材等特点,因而有广阔的应用前景.所以制备低成本、高性能的Bi-2212厚膜技术已经成为此类高温超导材料实用化的关键.本文系统的研究了采用Bi系超导粉前驱化学溶液的方法进行Bi-2212超导厚膜的制备和表征.对制备超导厚膜过程中的关键步骤做了系统的研究,主要包括局部熔融烧结温度、固相烧结温度、匀胶机最高转速、涂层的厚度等对超导转变温度和转变宽度的影响.我们得出最佳的烧结温度和固相温度分别是888℃、845℃,并发现随着匀胶机转速和涂层厚度的增加,超导膜的转变温度逐步提高,当最高转速为4000r/min,涂层厚度设定为七层,制备出的超导膜R～T曲线的第二个相转变点消失了.制备出的超导膜的转变温度在90K左右.与此同时还进行了XRD、SEM测试表征.最终可以得到均匀平整无裂纹的高质量Bi-2212超导厚膜.     

氧化物超导体研究中的又一重大突破──T_c高于110K的超导体研制成功

1986年,J.G.Bednory和 K.A.Muller在La-Ba-Cu-O系首先发现了具有KNiF结构的氧化物超导体,超导转变温度约为35K.随后,人们对稀土-Ba-Cu-O体系进行了广泛的研究,合成了超导转变温度高于90K具有畸变有序钙钛矿型结构的YBaCuO超导体.1987年,C.Michel报道了超导转变温度为7-22K不含稀土的BiSrCuO超导体.相继日本、美国、中国报道了在Bi-Sr-Cu-O体系中得到了Tc高于84K,并在110K观测到具有明显抗磁性的超导体. 我们于 1988年3月1日 ,在一个新的体系,TI-Ba-Ca-Cu-O中获得了迄今超导转变温度最高的超导体.其零电阻温度为114K,并在1…     

欧姆加热共蒸镀法制备的Y-Ba-Cu-O薄膜的超导电性及其各向异性

我们利用欧姆加热共蒸发的方法首次制备出了一块超导薄膜。目前的结果是:起始超导转变温度为95K;零电阻温度为78.6K;转变宽度为12K(正常电阻的10%到90%).对几种物理量,如室温电阻及超导转变温度 T_c 表明,样品是各向异性的.电阻温度曲线表明,在超导转变温度 T_c 以上存在一个电阻极小值点,这可能与电子局域化及氧原子的迁移有关.     

氩气处理对Bi_2Sr_2CaCu_(1.2)Li_(0.8)O_x氧含量,晶胞参数及超导转变温度的影响

将用固相反应法制备的名义成分为 Bi_2Sr_2CaCu_(1.2)Li_(0.8)O_x 的2212样品置于氩气气氛中于不同温度进行退火处理,研究退火处理对其晶体结构,氧含量及超导转变温度的影响.实验结果表明,Tc 低于77K 的样品在氩气中退火后,T_c 提高,但2212相的相结构不变,氧含量下降,c 轴变长.退火温度为470℃ 时,样品超导转变温度最高(T_(c,onset)=111K,T_(c,zero)=96K).     

欧姆加热共蒸镀法制备的Y-Ba-Cu-O薄膜的超导电性及其各向异性

我们利用欧姆加热共蒸发的方法首次制备出了一块超导薄膜。目前的结果是:起始超导转变温度为95K;零电阻温度为78.6K;转变宽度为12K(正常电阻的10%到90%).对几种物理量,如室温电阻及超导转变温度 T_c 表明,样品是各向异性的.电阻温度曲线表明,在超导转变温度 T_c 以上存在一个电阻极小值点,这可能与电子局域化及氧原子的迁移有关.     

高温超导体YBa2Cu3O7-δ的正常态特性对超导电特性影响的研究

为了解铜氧化物高温超导体的正常态输运特性对其超导电性的影响,我们对不同温度烧结样品正常态电阻率和超导电性之关联进行了系统的研究.实验结果显示:室温电阻率随烧结温度的增加而明显减小,而在920℃以上温度烧结的样品,变化趋于平稳.利用四引线法测量了不同温度烧结样品的电阻温度关系,结果显示:所有样品的超导转变温度均在92K左右,而且超导转变温度及其转变宽度均与烧结温度有一定的关联.实验结果反映了烧结温度在920～940℃范围内的样品,样品具有稳定的正常态特性,而其超导电物理性能亦具有良好的稳定性和可靠性.     

带间作用与超导转变温度

用格林函数方法研究dp模型,表明带间电子电子作用Udp导致超导并提升超导转变温度,而在位电子电子作用Ud降低超导转变温度.由于带间作用,正常态和超导态都可以有非费米液体行为 关键词： 超导转变温度 带间作用 在位作用 格林函数     

制备温度对MgB-2薄膜超导电性的影响

报道了用两步法制备MgB2超导薄膜.首先利用脉冲激光沉积技术制备B膜,然后在Mg蒸气环境下对B膜进行后退火处理,通过扩散反应生成MgB2超导薄膜.采用扫描电子显微镜、x射线衍射、电阻测量和磁测量技术分析了前驱物B膜的制备温度对扩散产物MgB2薄膜的表面形貌、晶体结构、超导转变温度和临界电流密度的影响.结果表明,随着B膜制备温度的降低,MgB2薄膜中晶粒粒度减小、c取向的衍射线宽化、超导转变温度升高、临界电流密度增大.300℃时制备的MgB2超导薄膜的超导起始转变温度为395K,临界电流密度为13×107A 关键词： MgB2超导薄膜 脉冲激光沉积 基片温度     

MgB2超导晶须的研究

本文报道了用混合物理化学气相沉积法(hybrid physical-chemical vapor deposition,简称为HPCVD)在铜衬底上生长出了MgB2超导晶须.这些晶须几乎都是以垂直或接近垂直于衬底表面生长,互不接触.M～T测量给出了这些MgB2晶须的磁超导转变温度是39.0 K,但无法测得其具有超导转变温度值的R～T曲线.经过与铜衬底MgB2超导膜的相关数据比较和计算也确认了这些MgB2超导晶须的确实性.     

新型铁基超导体材料的研究进展

文章主要介绍了碱金属插层法合成新型铁基超导体的研究进展.通过采用碱金属K对FeSe层状材料插层的方法,得到了一种新型的铁基超导体K0.8Fe1.7Se2,并对该材料的晶体结构与物性进行了研究.结果表明,该化合物的超导转变温度达到30K,这是FeSe体系在常压下的最高超导转变温度.同时,观察到该体系中存在转变温度为43K的超导相,但未得到纯相.通过磁性元素Co的掺杂研究,进一步加深了对K0.8Fe1.7Se2体系超导演化规律的认识.该超导体的发现对深入认识铁基超导体的超导机理,探索具有更高超导转变温度的铁基超导体具有重要意义.     

基于小型低温制冷机的高温超导材料超导转变温度测量装置

高温超导材料的超导转变温度是判断超导材料性能优劣的一个重要指标,而超导材料转变温度的测量一般采用输运方法进行电阻随温度变化来确定.本文介绍一种新近研制的基于低温制冷机的高温超导材料超导转变温度测量装置,能有效的将样品温度从室温连续均匀的降至35K,通过Lab VIEW编写的数据采集系统人机界面,采用电流换向技术消除热电势,可以准确测量出超导材料的超导转变温度.经实验验证,该测量装置测量精确和重复性良好,可作为有效判定高温超导材料性能优劣的一种手段.     

GdFeAsO_(1-x)F_x超导体的制备及其超导电性

通过先制备一种纳米尺寸的GdF3作为GdFeAsO1-xFx样品中F的反应原料,在相对较低的温度(1120℃)下成功制备出一系列GdFeAsO1-xFx(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)多晶样品.X射线衍射结果表明,超导样品属四方ZrCuSiAs-type结构,晶格参数随着掺F量的增加而减小.扫描电子显微镜测试结果表明,样品具有片层状晶体形貌特征.当掺F量x=0.1时,样品表现出超导电性,超导转变温度为22K,随着掺F量的增多,超导转变温度升高.和其他制备方法相比,这种制备方法更有利于F的掺入,而且可有效减少样品中杂质相的含量.     

超导材料的各向异性特征与超导转变温度T_c

在本文中,以电声子机制超导电性理论为基础,用电负性均衡原理研究了由于超导材料的各向异性引起的电子态密度分布的不均匀性,晶格稳定性的差异性及超导材料中元素成键特征对超导转变温度影响的特征,提出了在各向异性的超导材料中电声子机制可以产生高的超导转变温度Tc.     

套管法Nb_3Al前驱线中Nb/Al界面扩散反应过程

利用套管法制备了Nb-Al七芯前驱体线材,并通过等温热处理的方式分别在700~1500℃对其进行热处理,研究了Nb-Al二元体系在其界面处的反应成相过程.研究发现700℃热处理的样品在其界面处只形成了NbAl3反应层;800~900℃热处理的样品界面处又形成一层Nb:Al≈1:1新反应层;随着热处理温度的增加到1000℃,界面处出现Nb2Al反应层,并随热处理温度的增加Nb2Al反应层的厚度增加;1400℃和1500℃热处理的样品中开始观察到了少量的Nb3Al相,磁性测量表明1400℃和1500℃条件下热处理样品的起始超导转变温度分别为14K和15.8K,说明套管法制备的Nb-Al前驱体线材在1400℃以上热处理可以获得Nb3Al超导相,但由于Nb3Al相中的Al含量偏离理想化学计量比,导致其超导转变温度偏低.     

电子束蒸发在Si衬底上制备MgB2超导薄膜

利用电子束蒸发法在 Si(111)衬底上制备了 Mg B2 超导薄膜。首先在衬底上按照 1∶ 2的原子比交替蒸发 Mg和 B,所形成的夹层先驱膜在 15 0 Pa99.99% Ar气氛下进行原位热处理 6 30℃× 30 m in。实验发现超导薄膜在正常态下无半导体电阻特性 ,超导起始转变温度为 2 4 .7K,零电阻温度为 16 .5 K。     

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.     

MgB_2带材的超导电性与制备温度的关系

报导了利用电泳技术在不锈钢基底上制备 Mg B2 超导带材。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、电测量和磁测量技术 ,分别研究了后退火温度对带材表面形貌、晶体结构、超导转变温度和临界电流密度的影响。结果表明 ,随着后退火温度的升高 ,Mg B2 带材的结晶情况逐渐变好 ,超导转变温度升高、转变宽度变窄。 90 0℃下制备的带材的临界电流密度为 6× 10 5A/ cm2 (5 K,0 T)。     

系列退火条件下Bi2201相超导电性的进化

通过对Pb掺杂Bi2201相超导样品进行系列条件下的真空退火处理,固定退火时间,调节退火温度,使得样品氧含量随退火温度升高而降低,从而使样品载流子浓度随退火温度升高而依次降低,进而影响样品超导电性.我们系统研究了退火条件、正常态电阻率和超导电性之间的关联,确定了样品最高超导转变温度的退火条件,讨论了Bi2201相超导样品在系列退火条件下其超导电性的进化,并获得了该体系最高超导转变温度Tconset=43K.     

短时高温热处理工艺对YBCO超导薄膜结构和性能的影响

通过无氟高分子辅助金属有机物沉积法(PA-MOD)制备了YBCO超导薄膜,研究了785～845℃的不同短时高温热处理对YBCO薄膜双轴织构、表面形貌及超导性能的影响.X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)的结果表明,经800℃短时高温处理的YBCO薄膜具有良好的双轴织构和平整致密的表面形貌.物性测量(Quantum-DesignSQUID)的结果表明,该薄膜超导转变温度达到90K,77K自场下的临界电流密度(Jc)为2MA/cm2.