YBa_2Cu_3O_(7-δ)/BaHfO_3/YBa_2Cu_3O_(7-δ)复合多层涂层导体的织构外延及临界电流特性北大核心CSCD

通过脉冲激光沉积技术(PLD),在氧化物缓冲层合金基底上外延生长一系列具有相同厚度,不同BaHfO3插层数(N=0、1、2、3)的YBa_2Cu_3O_(7-δ)/BaHfO_3/YBa_2Cu_3O_(7-δ)复合多层膜.X光衍射分析表明:所有样品都是c轴取向,随着层数的增加,薄膜的面内和面外织构有一定的退化.拉曼光谱图也可以看出除了N=3的样品有微弱的a轴峰,其它样品都只有c轴峰.通过扫描电镜观察发现,BaHfO_3插层的引入没有对YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜表面产生明显的影响,薄膜表面光滑无裂痕.通过原子力显微镜发现YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜的粗糙度在引入单层BaHfO3插层时最大,之后随着插层数的增加而减小.感应法测试表明,BaHfO3插层数为N=1时,YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜的临界电流密度Jc(77K,自场)达到2.86 MA/cm2.在场临界电流表明,引入较少BaHfO_3插层(N=1、2)表现相对好的磁场依赖关系.     

YBa_2Cu_3O(7-δ)/势垒层/YBa_2Cu_3O_(7-δ)三层结构的制备

本文采用射频磁控溅射法分别以 CeBa_2Cu_3O_(7-δ)和 MgO 为势垒层,原位制备出 YBa_2Cu_3.O_(7-δ)/CeBa_2Cu_3O_(7-δ)/YBa_2Cu_3O_(7-δ)和 YBa_2Cu_3O_(7-δ)/MgO/YBa_2Cu_3O_(7-δ)三层结构.文中给出了一些初步的实验结果,它们表明:在 YBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜与势垒层之间有较严重的互扩散.     

添加Ag_2O对YBa_2Cu_3O_(7-δ)体材料显微结构与超导电性的影响 (Ⅰ)制备工艺与超导电性

本文比较系统地研究了添加 Ag_2O 对 YBa_2Cu_3O_(7-δ)体材料超导电性的影响.结果表明:在制备过程中添加适量 Ag_2O 可以显著增强 YBa_2Cu_3O_(7-δ)晶粒间的耦合,并改善 YBa_2Cu_3·O_(7-δ)体材料的超导性能.对于在930—1000℃范围内烧成,名义组成为(YBa_2Cu_3O_(7-δ))_(1-x)Ag_x(x=0.2～0.55)的复合超导试样来说,烧成温度对试样的超导性能起关键的作用,而 Ag_2O的添加量(x)和预烧温度的作用相对要小得多,当烧成温度高于970℃时 Ag_2O 的添加效果极为明显.例如1000℃烧成的 x=0.3的试样在77K 下的磁化临界电流密度 J_c 比相同工艺条件制备的未加 Ag_2O 试样提高五倍多.     

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。     

低能离子对高温超导YBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜的表面改性和机理

低能氩离子束轰击并后退火处理的离子束表面改性,会影响高温超导薄膜的表面结构和超导特性,但是其中的深刻微观机理不清楚.本文通过连续改变离子束轰击时间,系统研究了离子束表面改性对于超导膜结构和临界电流密度的影响.通过扫描电子显微镜、X射线衍射、J_(c-scanning)测试表征样品的结构特性和超导特性,并得出内应变、氧空位缺陷等参量.研究表明,经过表面改性的钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ),YBCO)薄膜,随轰击时间增加表面形貌会变得更加均匀致密,a轴晶粒消失,并且临界电流密度有了显著的提高.由化学键收缩配对模型分析得出,临界电流密度的提高与薄膜内应变增大和引发的局部YBCO结构中Cu—O键收缩有关.     

YBa_2Cu_3O(7-δ)在超导转变点处的比热反常

用连续量热法,在80—120K 对超导体 YBa_2Cu_3O_(7-δ)的比热进行了测量.结果表明在超导转变点 T_(mid)=92.4K 时,比热跳跃△Cp=7.1J/mol·K,由此计算出的△Cp/γT_c=2.05,比由 BCS 弱耦合理论推导出的1.43要大的多.说明高 T_c 氧化物 YBa_2Cu_3O_(7-δ)是具有强耦合相互作用行为,并由德拜公式拟合晶格比热计算出(?)_D=424.7K.     

YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体的微波特性

本文对YBa_2Cu-3O_(7-δ)材料的表面阻抗的系列研究工作进行了归纳.与经典超导体相比,该类氧化物超导体的微波表面电阻在低温区所呈现的反常,当源于材料的内在特性.我们认为它是材料中存在一定量的未配对载流子所致;而其中 CuO 链的影响是应当考虑的.基于YBa_2Cu_3O_(7-δ)的格胞排序组构,借鉴 Allender 模型,我们提出了修正电导率σ.∝ln(Δ/(?)ω)·[c_1e~(-Δ/K_BT)+(1-c_1)((K_BT)/Δ)]来表征材料的传导电性.基于该设想的微波表面阻抗理论值能很好地吻合实验数据;进而,据此可估计出 YBa_2Cu_3O_(7-δ)的序参数值.如 H_c_1H_c_2,ξ,Δ(0),l.     

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.     

YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体磁弛豫

我们用振动样品磁强计研究了多晶和熔融织构 YBa_2Cu_3O_(7-δ)样品磁弛豫特性.发现在液氮温度77K 下,两种样品的零场冷磁化强度 M 仍随时间 t 呈对数衰减.表明 P.W.Ander-son 的经典磁通蠕动理论在该温度下适用于高 T_c 氧化物超导体.实验还给出了磁弛豫S=-((?)M)/((?)lnt)随外场的变化关系.对于多晶样品,当外场 B>B~*(穿透场),S 正比于 B~(-α),文中对这一关系进行了解释.     

α-Fe_2O_3的掺杂对高温超导块材GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的性能的影响

本文利用顶部籽晶熔融织构的方法成功地生长出掺杂不同含量的α-Fe2O3粉末的单畴GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材,并对掺杂后的GdBa_2Cu_3O_(7-δ)块材的临界电流密度、捕获磁场、微观结构等进行测量和分析.掺杂α-Fe2O3粉末的摩尔比x分别为x=0,0.1,0.2,0.4,0.8mol%(x为α-Fe2O3粉末相对于GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的摩尔比).我们发现在超导块材中掺杂α-Fe2O3粉末之后,块材的临界电流密度JC和捕获磁场强度相对于未掺杂的块材有了明显的提升,这说明α-Fe2O3粉末作为第二相引入的确能够改善超导块材的性能.值得注意的是,α-Fe2O3掺杂量x=0.1mol%时,不降低临界转变温度(93.5K)的同时临界电流密度JC可以达到68000A/cm2,而捕获磁场能够提升到0.15T左右.微观结构观察中发现,伴随着α-Fe2O3粉末的掺杂,Gd2BaCuO5粒子呈现出更好的分布性且Gd2BaCuO5粒子的粒径从最初的2.19μm降低到1.31μm左右.这可能是引起超导性能改善的重要原因.这些结果对今后进一步提高超导块材GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的各方面性能提供一定的帮助.     

YBa_(2-x)Pr_xCu_3O_(7-δ)体系中的Pr替代效应

报道了YBa_(2-x)Pr_xCu_3O_(7-δ)(0≤x≤0.15)体系的超导电性和正常态输运性质的测量。实验结果表明随着Pr在Ba晶位替代量的增加,超导转变临界温度T_c和由Hall系数推算的荷电载流子浓度P_H均单调下降。通过与Y_(2-x)Pr_xBa_2Cu_3O_(7-δ)和Nd_(1 x)Ba_(2-x)Cu_3O_(7-δ)体系的比较研究,作者发现上述三个体系的T_c变化均与载流子浓度的变化相关联。作者进而提出,在YBa_(2-x)Pr_xCu_3O_(7-δ)体系中Pr的空穴填充效应导致可迁移空穴浓度下降,从而压制T_c;而在Y_(2-x)Pr_xBa_2Cu_3O_(7-δ)体系中载流子浓度的下降则是主要来源于Pr替代对空穴的局域作用,T_c同样被压制。Pr的拆对效应不明显。     

掺Zn对YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体高场特性的影响

本文研究了掺Zn对YBa_2Cu_3O_(7-δ)烧结样品高场下超导电性的影响.根据磁测量结果,利用 Bean 模型计算临界电流密度 J_c 和磁通钉扎力 F_p 的结果表明:随着 Zn 含量的增加,J_c 随外场增大而下降的速率增大,F_p 也显著下降.而且,对于某些样品,F_p 随外磁场变化出现一个极大值.     

YBa_2Cu_3O_(7-δ)系高Tc超导体中的铜氧互作用

本文用子团模型模拟了在高Tc超导材料YB_2Cu_3O(7-δ)中铜氧原子(离子)间的相互作用,在局域密度近似下求解HFS方程的自给解的DV-X_α方法研究了一种可能的YBa_2Cu_3O_(7-δ)晶体结构模型基础上存在的各种不同的铜氧离子间的电子转移,键结合及费密面附近的态密度。     

YBa_2(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)的代换效应及其中子衍射研究

X射线衍射实验表明YBa_2(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)(M=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)均为单相结构。Fe,Co,Ni和Zn对Cu的替代使超导临界温度T_c显著下降,而同样含量的Ti,V,Cr,Mn对Cu的替代并未对超导性能产生显著影响。并利用中子衍射分析了Ti,Mn,Fe和Co对Cu原子的取代,发现代换原子对Cu的两个晶位各自存在不同的择优占据,从而为分析不同晶位Cu在超导机制中的作用提供了依据。同时,本文研究了YBa_2·(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)的磁性,讨论了用3d金属离子代换Cu离子时对磁性的影响,以及磁性与超导性能之间的联系。     

高T_c超导YBa_2Cu_3O_(7-δ)体系输运特性的研究

本文中我们测量和研究了 YBa_2Cu_3O_(7-δ) 高 T_c 体系霍耳及磁阻效应,磁场范围 0—0.7T,温度范围 90—300K.我们发现,YBa_2Cu_3O_(7-δ)体系载流子为空穴型,空穴的浓度随温度升高而增大;在 T_(c(onset))温度以上,电阻随磁场增大而减小,出现负磁阻效应;在 T_(c(onset))温度,我们观察到磁阻随磁场增大,由正变负的现象.最后,我们对实验现象进行了分析讨论,相应提出了物理模型,解释了实验结果.     

氧缺位对单相YBa_2Cu_3O_(7-x)热电势率的影响

研究了氧缺位对单相YBa_2Cu_3O_(7-x)体系超导电性及热电势率的影响。结果表明,超导转变温度随氧缺位的增加而下降,热电势率随氧缺位的增加而增大。由实验结果推断,单相YBa_2Cu_3O_(7-x)的多数载流子为空穴。存在较大的声子曳引热电势表明。在YBa_2Cu_3O_(7-x)超导体中存在较强的电-声子相互作用。     

用穆斯堡尔效应研究YBa_2Cu_3O_(7-δ)中的磁有序

以~(57)Fe作为探针,用穆斯堡尔效应研究YBa_2Cu_3O_(7-8)的磁有序与超导电性的关系。实验结果可以用非声子超导机制进行定性解释。     

YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导带材短样的制备和特性研究

用不同的方法制备YBa_2CuO_(7-δ)银包套超导带材短样。分别测量其超导临界参数。发现用稀硝酸腐蚀掉样品外面的银套,再经过一定时间、温度的热处理,使样品的临界电流密度J_c和超导转变温度T_c都有一定的提高。利用x射线衍射和扫描电镜对制备测试样品的过程进行了分析研究,讨论了超导临界性能提高的原因。     

电子束曝光制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)纳米级桥宽双晶结

传统的紫外线曝光难以制备微桥宽度不超过1微米的双晶约瑟夫森结.我们利用电子束曝光技术制备了纳米级别(几百纳米)桥宽YBa_2Cu_3O_(7-δ)双晶结,具有优良的电流-电压特性和微波响应特性.并分析60K温度下100纳米膜厚的双晶结微桥宽度的变化对结正常态电阻R_N、超导临界电流I_c、特征电压I_cR_N的影响规律.通过考虑结与外部微波电路的阻抗匹配、结检测太赫兹波灵敏度、超导电流大小对高次微波响应台阶影响以及结的特征电压四个因素,得到最佳的太赫兹波检测器中双晶结的微桥宽度为1微米左右.     

YBa_2(Cu_(1-x)Sn_x)3O_(7-y)超导体的磁弛豫和钉扎

我们制备了一组 YBa_2(Cu_(1-x)Sn_x)_3O_(7-y)多晶超导样品,在77K 时测量了它们的磁滞回线和增场磁弛豫率,计算了它们的钉扎势 U_0结果表明,在相同制备工艺条件下,掺锡样品的钉扎势比不掺锡(x=0)样品的高.结合 TEM、X-射线衍射和喇曼谱分析结果,我们认为YBa_2Cu_3O_(7-y)超导体中的位错不是主要钉扎中心,掺锡样品中的β-Sn 正常粒子可能是有效的钉扎中心.