Fe摻雜SmBa-,2-Cu-,3-O-,7-δ-單晶與磁場誘導MgB-,2-超導體的磁通釘扎研究.pdf

1、超導磁通釘扎機制的認識一直是超導理論和應用研究的重要課題之一，特別是在高溫氧化物超導體和近年人們新發(fā)現的MgB2超導體的強電應用面臨重要突破的今天，該問題的研究和探索尤為迫切，成為當前凝聚態(tài)物理的熱點課題。一方面，從基礎研究角度來看，量子磁通渦旋本身反映了超導體從正常態(tài)芯到超導態(tài)外圍的結合與過渡，可為高溫超導機理研究提供一個新的有益的視角；另一方面，從應用研究角度來看，許多超導材料和器件的實用性都依賴于超導體的磁通釘扎性質。本文利用磁輸

2、運測量，主要以Fe摻雜Sm-Ba-Cu-O單晶和磁場誘導生長MgB2超導體的超導渦旋線運動為具體研究對象，同時研究了半摻雜錳氧化物Nd0.5Ca0.5MnO3的結構和物性，主要內容為： 一、研究了Fe替代SmBa2Cu3O7-δ超導單晶的峰效應與臨界電流特性。對Tc附近磁化曲線的測量存在典型的峰效應，從Bean模型出發(fā)，我們計算了不同溫度下的臨界電流特性，發(fā)現在本實驗的摻雜范圍內，Fe含量沒有明顯改變材料的臨界電流特性。這里，對

3、未進行Fe替代的Sm過量Sm-Ba-Cu-O樣品，超導轉變溫度Tc=92.4K，在Tc以下到2 K的整個溫區(qū)都出現臨界電流峰效應，從磁通動力學理論出發(fā)，這種峰效應可以按照硬磁通線的唯象假設給予自洽地解釋，該假設同時也解釋了臨界電流在同一約化磁場下達到峰效應最大值的現象。結構分析表明，Fe摻雜Sm-Ba-Cu-O單晶樣品具有很好的單相各向異性結構特征。對Fe摻雜0.5g單晶樣品而言，Fe的微量摻入使得樣品的超導轉變溫度Tc從92,4 K降

4、至66.7 K，臨界電流密度與未摻雜樣品相比未觀察到顯著變化。對不同方向外加磁場下磁滯回線測量結果表明，當測量磁場H平行于ab面時，磁化曲線峰效應的峰谷到峰節(jié)處的磁場跨度較H垂直于ab面時的跨度隨測量溫度的降低而增大：而H平行于ab面時的磁化強度值遠小于H垂直于ab面時的磁化強度，所有測量溫度點這種磁化強度值的平均差別約為7到8倍。對Fe摻雜1.5g的SmBa2Cu3O7-δ超導單晶樣品，磁化測量結果表明在2 K以上溫區(qū)沒能觀察到超導電

5、性，表明Fe摻雜對超導電性具有強的抑制作用，同時證明了摻雜Fe所引入的磁性雜質未能起到釘扎中心的作用，而是通過替代部分CuO2面上的Cu位，導致的磁拆對作用使得Sm-Ba-Cu-O超導性被抑制，既沒有提高Sm123超導相的載流能力，也沒能增加超導體的臨界電流密度。這一結果為磁拆對機制提供了直接的實驗證據。二、研究了磁場誘導技術制備的MgB2超導體的磁通跳躍行為。對不同制備磁場和不同制備溫度下的MgB2樣品結構分析表明，隨著誘導磁場的增加

6、晶格參數a逐漸減小，晶格參數c未可觀察的變化，并隨誘導磁場的增加晶格畸變發(fā)生、晶粒尺度變大。實驗發(fā)現，在2 T和4 T的低誘導磁場下，首次磁通跳躍均發(fā)生在11K，當誘導磁場增大到6 T時，首次磁通跳躍發(fā)生在13K。根據這種不同誘導場下首次磁通跳躍溫度的變化，從熱力學理論出發(fā)，證明誘導磁場在一定程度上使晶格發(fā)生了畸變。從樣品的磁化曲線出發(fā)，通過利用差分計算磁通跳躍規(guī)律，證明MgB2的磁通跳躍行為是磁通線的運動導致樣品局部過熱，從而使得樣品

7、失超從而使得磁通跳躍發(fā)生。與Sm123超導體系相比較，MgB2的磁通跳躍溫度要高10K左右，這是因為的MgB2晶胞結構相對Sm123體系晶胞結構簡單，再加上外場的誘導，致使MgB2晶體排列更整齊，形成大尺度的晶粒，提高了樣品的磁通跳躍溫度，這對磁通跳躍性質的研究提供了非常便利的實驗溫度；由于不是同一類超導體，MgB2的磁通跳躍和Sm123系的磁通跳躍機理也有所不同，Sm123系的磁通跳躍在磁場增加到最大的時候仍然會出現磁通跳躍，而實驗所

8、有測量的MgB2樣品的跳躍區(qū)域全部是集中在2T磁場范圍之內，這是由于制備外場誘導使得MgB2內磁通線排布整齊，高測量場下已經不會發(fā)生方向扭轉從而不會發(fā)生磁通碰撞產生熱量導致磁通跳躍行為的出現。 三、研究了具有相分離特征的半摻雜Nd0.5Ca0.5MnO3體系的再入型自旋玻璃行為。輸運測量表明體系存在很好的龐磁電阻效應；磁測量發(fā)現，樣品的奈爾溫度TN和電荷有序轉變溫度TCO分別在150K和240K左右，其交流熱磁曲線在41K時出現