RE-Ba-Cu-O超導(dǎo)體的磁通跳躍、峰效應(yīng)和交流響應(yīng)特性研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)一直是近年來(lái)凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的重要研究領(lǐng)域。在這一研究中，高溫超導(dǎo)體的混合態(tài)物理是一個(gè)對(duì)高溫超導(dǎo)機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用研究都具有非常重要價(jià)值和意義的熱點(diǎn)課題。從基礎(chǔ)角度來(lái)看，量子磁通渦旋線本身就反映超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)的結(jié)合與過(guò)渡(從正常態(tài)“芯”到超導(dǎo)態(tài)外圍)，可以為討論高溫超導(dǎo)機(jī)理提供一個(gè)新的有益的視角。從應(yīng)用角度來(lái)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)。目前，關(guān)于RE-Ba-Cu-O系列高溫超導(dǎo)體的材料制備和物性研

2、究受到了廣泛的關(guān)注，發(fā)現(xiàn)了很多新現(xiàn)象；但是這些現(xiàn)象的內(nèi)部機(jī)理還不太清楚，缺乏詳盡的實(shí)驗(yàn)研究。在眾多RE-Ba-Cu-O超導(dǎo)體中，混合稀土氧化物超導(dǎo)體(Nd0.33Eu0.33Gd0.33)Ba2Cu3O7-δ因其所具有的高臨界電流密度(在液氦溫區(qū)最高能達(dá)到105Acm-2量級(jí))以及在液氧溫區(qū)的極佳性能而被認(rèn)為具有相當(dāng)大的潛在應(yīng)用價(jià)值，關(guān)于它的磁通不穩(wěn)定性的研究，在闡明磁通動(dòng)力學(xué)機(jī)制和未來(lái)應(yīng)用方面也具有非常重要的意義。另外，對(duì)于RE-Ba

3、-Cu-O超導(dǎo)體中另一類具有高臨界電流密度和高不可逆場(chǎng)的超導(dǎo)體Nd1+xBa2-xCu3O7-δ與Sm1+xBa2-xCu3O7-δ。關(guān)于Nd1+xBa2-xCu3O7-δ的研究已有不少，但對(duì)于Sm1+xBa2-xCu3O7-δ單晶所進(jìn)行的研究則非常的少。因此有必要對(duì)SmBCO單晶的磁通釘扎進(jìn)行研究。本文對(duì)c軸擇優(yōu)取向的織構(gòu)樣品(Nd0.33Eu0.33Gd0.33)Ba2Cu3O7-δ和最佳摻雜的SmBCO單晶樣品進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容

4、為： 一、研究了c軸擇優(yōu)取向的熔融織構(gòu)樣品(Nd0.33Eu0.33Gd0.33)Ba2Cu307-δ的磁通跳躍行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在外加磁場(chǎng)平行于樣品c軸的條件下，在5K以下的低溫區(qū)域，觀測(cè)到部分磁通跳躍(partialfluxiump)現(xiàn)象；而在5K及以上溫區(qū)，磁通跳躍尚未出現(xiàn)。在磁場(chǎng)垂直于樣品c軸情況下，在2K到Tc的整個(gè)溫區(qū)尚沒(méi)有觀察到磁通跳躍現(xiàn)象。從各向異性釘扎力和幾何退磁因子出發(fā)，對(duì)這種各向異性磁通跳躍行為給予了初步

5、解釋。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度的降低，磁通跳躍數(shù)目增加，且首先在M(H)曲線的反向加場(chǎng)區(qū)域出現(xiàn)，與其它區(qū)域比較，在該區(qū)域表現(xiàn)出磁通跳躍的最不穩(wěn)定過(guò)程。而在正向磁場(chǎng)降低過(guò)程，M(H)曲線則表現(xiàn)為最穩(wěn)定的。從磁通湮滅及絕熱理論出發(fā)，解釋了磁歷史對(duì)磁通跳躍和超導(dǎo)體內(nèi)渦旋物質(zhì)狀態(tài)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明磁通跳躍對(duì)磁場(chǎng)掃描速率具有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。隨著磁場(chǎng)掃描速率的增加，所觀測(cè)到的磁通跳躍數(shù)目增加，且發(fā)生第一次磁通跳躍的磁場(chǎng)值在測(cè)量曲線中的位置向低場(chǎng)前移

6、，并通過(guò)磁通弛豫測(cè)量觀測(cè)到了存在于樣品中由于磁通蠕動(dòng)導(dǎo)致的磁弛豫現(xiàn)象。 二、研究了SmBCO單晶樣品的直流磁化行為，觀測(cè)到了峰效應(yīng)的存在。發(fā)現(xiàn)就本實(shí)驗(yàn)所測(cè)量的溫度情況下，在74K以上，隨著溫度的降低，峰效應(yīng)變得明顯，臨界電流密度增加，不可逆場(chǎng)升高；在30-59K的中間溫區(qū)，第二峰變得很寬；在15K以下低溫區(qū)沒(méi)有觀測(cè)到峰效應(yīng)。這里，Sm1+xBa2-xCu3Oy團(tuán)簇在樣品內(nèi)部的細(xì)密分布起到了場(chǎng)致釘扎的作用，使得單晶的峰效應(yīng)隨溫度變

7、化比較大，且在高場(chǎng)時(shí)臨界電流密度也很高。SmBCO的峰效應(yīng)可歸因于磁通動(dòng)力學(xué)上面的一個(gè)從彈性蠕動(dòng)到塑性蠕動(dòng)的轉(zhuǎn)變。不可逆線Birr(T)隨溫度的變化可以從冪指數(shù)關(guān)系Bir(T)∝(1-T／Tc)a得到很好的描述，其中a=1.279。通過(guò)歸一化釘扎力與約化磁場(chǎng)關(guān)系的研究，結(jié)果表明了在SmBCO體系中除了δTc釘扎機(jī)制外，還存在其它釘扎機(jī)制。 三、研究了SmBCO單晶在交流磁場(chǎng)下的響應(yīng)特性。發(fā)現(xiàn)隨著磁場(chǎng)Bdc的增加，交流磁化率實(shí)部的

8、轉(zhuǎn)變溫度向低溫移動(dòng)，轉(zhuǎn)變寬度變寬；損耗峰在磁場(chǎng)下也表現(xiàn)出寬化現(xiàn)象，證明損耗在隨著磁場(chǎng)的增加是增加的，這種損耗可通過(guò)熱激活模型給予解釋。通過(guò)不同頻率和振幅下的磁測(cè)量，表明交流磁化率與交流磁場(chǎng)的頻率具有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，證明測(cè)量到的損耗是磁通流動(dòng)占主導(dǎo)的。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了存在于SmBCO單晶中的雙峰效應(yīng)，可能說(shuō)明該超導(dǎo)體包含有兩種的Jc成分，分別為CuO2面內(nèi)和面間的電流表現(xiàn)。從交流磁化率虛部峰值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們給出了SmBCO單晶不可逆線的標(biāo)度