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

1、超導(dǎo)磁通釘扎機(jī)制的認(rèn)識一直是超導(dǎo)理論和應(yīng)用研究的重要課題之一，特別是在高溫氧化物超導(dǎo)體和近年人們新發(fā)現(xiàn)的MgB2超導(dǎo)體的強(qiáng)電應(yīng)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(dāng)前凝聚態(tài)物理的熱點(diǎn)課題。一方面，從基礎(chǔ)研究角度來看，量子磁通渦旋本身反映了超導(dǎo)體從正常態(tài)芯到超導(dǎo)態(tài)外圍的結(jié)合與過渡，可為高溫超導(dǎo)機(jī)理研究提供一個新的有益的視角；另一方面，從應(yīng)用研究角度來看，許多超導(dǎo)材料和器件的實(shí)用性都依賴于超導(dǎo)體的磁通釘扎性質(zhì)。本文利用磁輸

2、運(yùn)測量，主要以Fe摻雜Sm-Ba-Cu-O單晶和磁場誘導(dǎo)生長MgB2超導(dǎo)體的超導(dǎo)渦旋線運(yùn)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(jié)構(gòu)和物性，主要內(nèi)容為： 一、研究了Fe替代SmBa2Cu3O7-δ超導(dǎo)單晶的峰效應(yīng)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(yīng)，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(xiàn)在本實(shí)驗(yàn)的摻雜范圍內(nèi)，F(xiàn)e含量沒有明顯改變材料的臨界電流特性。這里，對

3、未進(jìn)行Fe替代的Sm過量Sm-Ba-Cu-O樣品，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc=92.4K，在Tc以下到2 K的整個溫區(qū)都出現(xiàn)臨界電流峰效應(yīng)，從磁通動力學(xué)理論出發(fā)，這種峰效應(yīng)可以按照硬磁通線的唯象假設(shè)給予自洽地解釋，該假設(shè)同時也解釋了臨界電流在同一約化磁場下達(dá)到峰效應(yīng)最大值的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)分析表明，F(xiàn)e摻雜Sm-Ba-Cu-O單晶樣品具有很好的單相各向異性結(jié)構(gòu)特征。對Fe摻雜0.5g單晶樣品而言，F(xiàn)e的微量摻入使得樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)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(jié)果表明，當(dāng)測量磁場H平行于ab面時，磁化曲線峰效應(yīng)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(qiáng)度值遠(yuǎn)小于H垂直于ab面時的磁化強(qiáng)度，所有測量溫度點(diǎn)這種磁化強(qiáng)度值的平均差別約為7到8倍。對Fe摻雜1.5g的SmBa2Cu3O7-δ超導(dǎo)單晶樣品，磁化測量結(jié)果表明在2 K以上溫區(qū)沒能觀察到超導(dǎo)電

5、性，表明Fe摻雜對超導(dǎo)電性具有強(qiáng)的抑制作用，同時證明了摻雜Fe所引入的磁性雜質(zhì)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(dǎo)致的磁拆對作用使得Sm-Ba-Cu-O超導(dǎo)性被抑制，既沒有提高Sm123超導(dǎo)相的載流能力，也沒能增加超導(dǎo)體的臨界電流密度。這一結(jié)果為磁拆對機(jī)制提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。二、研究了磁場誘導(dǎo)技術(shù)制備的MgB2超導(dǎo)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(jié)構(gòu)分析表明，隨著誘導(dǎo)磁場的增加

6、晶格參數(shù)a逐漸減小，晶格參數(shù)c未可觀察的變化，并隨誘導(dǎo)磁場的增加晶格畸變發(fā)生、晶粒尺度變大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2 T和4 T的低誘導(dǎo)磁場下，首次磁通跳躍均發(fā)生在11K，當(dāng)誘導(dǎo)磁場增大到6 T時，首次磁通跳躍發(fā)生在13K。根據(jù)這種不同誘導(dǎo)場下首次磁通跳躍溫度的變化，從熱力學(xué)理論出發(fā)，證明誘導(dǎo)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(yùn)動導(dǎo)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(dǎo)體系相比較，MgB2的磁通跳躍溫度要高10K左右，這是因?yàn)榈腗gB2晶胞結(jié)構(gòu)相對Sm123體系晶胞結(jié)構(gòu)簡單，再加上外場的誘導(dǎo)，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(zhì)的研究提供了非常便利的實(shí)驗(yàn)溫度；由于不是同一類超導(dǎo)體，MgB2的磁通跳躍和Sm123系的磁通跳躍機(jī)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(xiàn)磁通跳躍，而實(shí)驗(yàn)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(nèi)，這是由于制備外場誘導(dǎo)使得MgB2內(nèi)磁通線排布整齊，高測量場下已經(jīng)不會發(fā)生方向扭轉(zhuǎn)從而不會發(fā)生磁通碰撞產(chǎn)生熱量導(dǎo)致磁通跳躍行為的出現(xiàn)。 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(yùn)測量表明體系存在很好的龐磁電阻效應(yīng)；磁測量發(fā)現(xiàn)，樣品的奈爾溫度TN和電荷有序轉(zhuǎn)變溫度TCO分別在150K和240K左右，其交流熱磁曲線在41K時出現(xiàn)