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。     

不同的衬底温度下GdBa_2Cu_3O_7超导薄膜在(100)SrTiO_3单晶衬底上的生长

影响 Y 系高温超导薄膜制备工艺的因素很多,其中衬底温度被认为是最关键的因素之一.本文工作利用直流磁控溅射快速原位处理的方法,在600—850℃ 的衬底温度范围内,在(100)SrTiO_3单晶衬底上制备了一系列的 GdBa_2Cu_3O_7超导薄膜样品,并对这些样品的超导电性和结构进行了分析.发现,在衬底温度低至670℃ 时,也能得到零电阻转变温度 T_(c0)>88K 的样品.     

2英寸双面TI2212高温超导薄膜的制备与研究

在c取向的LAO基片上,采用两步法制备TI2212高温超导薄膜.首先,利用PLD在基片上沉积无Tl前驱膜,然后前驱膜在流动Ar气氛中利用坩埚技术在720～740℃温度下用Tl2223铊源外延生长成2英寸双面TI2212高温超导薄膜.实验结果表明:2英寸双面TI2212薄膜具有良好的c轴取向,并有明显的层状生长结构,有少量杂相晶粒但无裂纹;两面薄膜表面均匀光亮且呈深褐色.用四引线法测量的最佳双面薄膜的超导零电阻温度分别为106.2K和108.5K;在77K温度下,超导临界电流扫描测量仪得到优质薄膜的临界电流密度在1.0×106 A/cm2到4.8×106 A/cm2范围内;薄膜的微波表面电阻由一个介质谐振器在77K温度和10GHz频率下测量薄膜中心部分的Q值得到,其值小于0.5mΩ.     

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.     

在(100)SrTiO3上用PLD制备YBa2Cu3O7-δ/Eu2CuO4/LaNiO3三层结构

钙钛矿结构的金属氧化物LaNiO3与高温超导体YBa2Cu3O7-δ有着相近的晶格常数，并且有良好的导电性．我们在(100)SrTiO3基片上，用脉冲激光沉积法(PLD)成功的制备了单取向的LaNiO3，其表面起伏的均方根为1nm，电阻温度特性呈金属性．在此基础上，我们又原位制备了YBa2Cu3O7-δ／Eu2CuO4／LaNiO3三层结构．实验分析表明，高温超导薄膜YBa2Cu3O7-δ单一取向，临界温度在85K以上，超导转变宽度小于1．5K．这一结构对于研究高温超导体的准粒子注入和采用SIS或SINIS结构构成高温超导约瑟夫森结等方面有着重要意义．     

脉冲激光沉积法制备(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 涂层导体

(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 是超导转变温度Tc 约为116 K 的无毒铜氧化物超导材料, 在迄今为止的超导材料中, 高压法制备的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 多晶块材在液氮温区具有最高的不可逆场 Hirr ~ 15 T. 为了实现(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导材料的规模化制备, 本文利用脉冲激光沉积技术在 LaMnO3/MgO/Y2 O3/Al2 O3/Hastelloy 柔性金属基底上依次外延生长了 LaAlO3 帽子层和(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导薄膜. X 射线衍射实验结果表明(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 薄膜沿a 轴外延生长, 电学输运数据表明(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 薄膜的超导转变温度Tc onset 为115K, 零电阻温度Tc0 为52 K, 不可逆场为9 T@35 K. 本文首次报道了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 在柔性金属缓冲层衬底的成功制备, 推动了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导材料的实用化进程.     

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.     

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。     

MgO衬底上YBa2Cu3O7-δ台阶边沿型约瑟夫森结的制备及特性

MgO衬底上的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)在高灵敏度高温超导量子干涉器(superconducting quantum interference device,SQUID)等超导器件研制方面具有重要的应用价值和前景.本文对此类YBCO台阶结的制备和特性进行了研究.首先利用离子束刻蚀技术和两步刻蚀法在MgO(100)衬底上制备陡度合适、边沿整齐的台阶,然后利用脉冲激光沉积法在衬底上生长YBCO超导薄膜,进而利用紫外光刻制备出YBCO台阶结.在结样品的电阻-温度转变曲线中,观测到低于超导转变温度时的电阻拖尾现象,与约瑟夫森结的热激活相位滑移理论一致.伏安特性曲线测量表明结的行为符合电阻分路结模型,在超导转变温度TC附近结的约瑟夫森临界电流密度TC随温度T呈现出(TC-T)^2的变化规律,77 K时JC值为1.4×10^5 A/cm^2.利用制备的台阶结,初步制备了YBCO射频高温超导SQUID,器件测试观察到良好的三角波电压调制曲线,温度77 K、频率1 kHz时的磁通噪声为250μΦ0/Hz^1/2.本文结果为进一步利用MgO衬底YBCO台阶结研制高性能的高温超导SQUID等超导器件奠定了基础.     

衬底温度对化学气相淀积原位生长YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜的影响

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在氧化钇稳定的 ZrO_2(YSZ)衬底上一次生长出零电阻温度大于85K 的 YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)超导薄膜.研究了衬底温度对薄膜结构的影响,获得薄膜取向与衬底温度的关系和形成超导相的最低温度范围.此外,讨论了薄膜与衬底间的外延关系.     

Thermoelectric properties of Bi2Se3/Bi2Te3/Bi2Se3 and Sb2Te3/Bi2Te3/Sb2Te3 quantum well systems

In this work, we develop a theory of thermoelectric transport properties in two-dimensional semiconducting quantum well structures. Calculations are performed for n-type 0.1 wt.% CuBr-doped Bi₂Se₃/Bi₂Te₃/Bi₂Se₃ and p-type 3 wt.% Te-doped Sb₂Te₃/Bi₂Te₃/Sb₂Te₃ quantum well systems in the temperature range 50–600 K. It is found that reducing the well thickness has a pronounced effect on enhancing the thermoelectric figure of merit (ZT). For the n-type Bi₂Se₃/Bi₂Te₃/Bi₂Se₃ with 7 nm well width, the maximum value of ZT is estimated to be 0.97 at 350 K and for the p-type Sb₂Te₃/Bi₂Te₃/Sb₂Te₃ with well width 10 nm the highest value of the ZT is found to be 1.945 at 440 K. An explanation is provided for the resulting higher ZT value of the p-type system compared to the n-type system.     

Pr2O3,Sm2O3,Eu2O3及Dy2O3掺杂SrTiO3的发光光谱

SrTiO_3粉末分别用Pr_2O3、Sm_2O_3、Eu_2O_3以及Dy_2O_3掺杂处理后,以SrTiO_3能吸收的光波(≤387nm)激发后发出的荧光具有稀土离子的发光特征。     

Spectroscopic properties of Er3+-doped AlF3-La2O3-Al2O3-SiO2 glasses

Er3+-doped fluoride lanthanum aluminosilicate glasses with compositions of (65- x/2)SiO2 · (25 -and their glass transition temperatures and spectroscopic properties were investigated. The Ω2, Ω4, and Ω6 intensity parameters of glasses were calculated by Judd-Ofelt theory from absorption curves. It was found that glasses transition temperature and melting temperature decreased with the increase of fluoride content in glass, Ω2 decreased gradually with the increase of AlF3 content, but both Ω4 and Ω6 did not increase until AlF3 content increased to 30 mol%. The quantum efficiency of 4I13/2 to 4I15/2 transition of Er3+ ions increases with the increase of AlF3 content in glass. Fluorescent lifetime is longer in glass containing more AlFa content.     

Spectroscopic properties of the Pr3+ ion in TeO2-WO3-PbO-La2O3 and TeO2-WO3-PbO-Lu2O3 glasses

The goal of this work was to investigate the spectroscopic properties of Pr³⁺ ions, embedded in two different tellurite glass matrices, TeO₂-WO₃-PbO-La₂O₃ and TeO₂-WO₃-PbO-Lu₂O₃. The absorption and fluorescence spectra have been recorded and analyzed in terms of the Judd-Ofelt theory along with the luminescence decay of the ³P₀ and ¹D₂ levels of the Pr³⁺ ion. The spectroscopic studies were completed with ellipsometric measurements providing the dispersion relation of the refractive index of the investigated glasses.     

Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tb~(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy~(3+)与Tb~(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb~(3+)、Dy~(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。     

对含Y_2O_3和Gd_2O_3的La_2O_3-B_2O_3-BaO玻璃化学稳定性研究

本文研究了含Ｙ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３的Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＢａＯ玻璃的耐水性和耐酸性。结果表明，比硅酸盐玻璃化学稳定性差的Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＢａＯ玻璃，可以适量的用Ｙ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３取代Ｌａ２Ｏ３，可得以改善     

K2O-ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2系掺Cr3+透明莫来石微晶玻璃的研究

采用了X射线衍射、透射电镜和吸收光谱及荧光光谱技术研究了K2O－ZnO-Al2O3-B2O3－SiO2系掺Cr^3 玻璃的析晶性能和光谱。研究结果表明：在K2O－Al2O3-B2O3-SiO2系掺Cr^3 玻璃的基础上引入ZnO后，析晶性能明显改善；析晶温度降低，析出的纳米莫来石微晶均匀、规则；微晶玻璃的发光强度明显增强。     

Er3+掺杂的Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃的光谱性质

测试了Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃中的Er³⁺离子的吸收光谱、发射光谱、⁴I_13/2的荧光寿命、拉曼光谱,及OH^-的傅里叶红外吸收光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了该玻璃中的Er³⁺离子的J-O参数、振子强度、⁴I_13/2能级的寿命,从而利用测得的⁴I_13/2的荧光寿命得出了⁴I_13/2能级的量子效率(15%)。由于较低量子效率可能与OH^-有关,所以计算了玻璃中的OH^-浓度,发现其浓度较高(1.66×10¹⁹cm^-1,相当于Er³⁺浓度的3倍)。应用McCumber理论和四能级模型计算了Er³⁺离子的受激发射截面和荧光发射光谱的半峰全宽,结果与通过吸收光谱计算所得基本吻合。根据透射率和折射率的关系计算了折射率,发现和测量值相差很大,说明有较大的散射,通过拉曼光谱和显微镜测试,认为是玻璃中的微小气泡造成的。     

Mid-infrared emissions from Ho3+ in Ga2S3-GeS2-Sb2S3 glass

Emission properties were investigated in the infrared region for Ga₂S₃-GeS₂-Sb₂S₃ glasses doped with Ho³⁺. We performed Judd–Ofelt analysis and lifetime measurements of the ⁵I₄, ⁵I₅, and ⁵I₆ levels, which are the initial levels of the mid-infrared emissions between 3 to 5 μm of Ho³⁺. The quantum efficiencies reached approximately 18%, 64%, and ～100% for the ⁵I₄, ⁵I₅, and ⁵I₆, respectively. Population analyses were carried out from the relative intensities of the emissions in the near-infrared region. We investigated the dependences on the Ho³⁺ ion concentration of the population ratio of the initial levels to the final levels, [initial]/[final], of the mid-infrared emissions. The population ratio of [⁵I₅]/[⁵I₆] decreased with increase of the Ho³⁺ concentration while those of [⁵I₄]/[⁵I₅] and [⁵I₆]/[⁵I₇] increased. Particularly, the former, [⁵I₄]/[⁵I₅], rapidly increased because of the strong concentration quenching of the ⁵I₅ level through cross relaxation. It was found that the population inversion for the 4.8 μm emission due to the transition, ⁵I₄→⁵I₅, was achieved at high Ho³⁺ concentration in the present experiments.     

Tm3+掺杂SiO2-Al2O3-PbF2-AlF3玻璃的光谱特性

用高温熔融法制备了不同Tm3 摩尔分数掺杂的摩尔分数比为0.3(SiO2)…0.1(Al2O3)…0.1(AlF3)…0.5(PbF2)…x(Tm2O3)(摩尔分数x=0.5%,1.0%,2.0%,3.0%)玻璃。从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt理论,计算得到了Tm3 的J-O强度参量(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3 各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量。在808nm波长的激光二极管激发下,研究了不同Tm3 掺杂摩尔分数下玻璃在约1.47μm与约1.8μm处的荧光特性,在掺杂摩尔分数约达到2.0%时,在1.8μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂摩尔分数的增大,其荧光强度反而降低。作者从Tm3 的交叉弛豫与摩尔分数猝灭效应解释了这一荧光强度变化的规律,同时,根据McCumber理论计算了Tm3 跃迁3H6→3F4的吸收截面和跃迁3F4→3H6的受激发射截面。