MgB2超导膜：几种制备方法和样品性质表征

分别利用化学气相沉积、脉冲激光沉积和电泳技术在氧化物单晶基片MgO(111)和c-Al2O3上制备了MgB2超导薄膜和厚膜.所制备的样品均为c轴取向生长或c轴织构生长.三种方法制备的样品的零电阻转变温度分别为38,38.4和39 K.薄膜的临界电流密度在15 K,0 T时高达107A/cm2,达到了目前国际报道的最好水平.薄膜的微波表面电阻Rs在10 K,18 GHz下约为100μΩ,可以和高质量的YBCO薄膜的Rs值相比拟.     

无定形C掺杂对MgB2微结构和超导电性的影响

采用原位法粉末装管工艺制备了MgB2-xCx/Nb/Cu单芯线材.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(EMS)和物性测试仪(PPMS)等手段研究了无定形C掺杂对线材微观结构及超导电性的影响.结果显示,随着C掺杂量的增加,进入MgB2晶格的C含量增加,MgB2层间结构不变.样品性能达到实用化超导磁体要求,在温度30 K外场0.2 T条件下,C掺杂量x=0,0.05,0.10,0.15的样品临界电流密度分别达8.1×104,1.7×105,1.6×105和1.0×105A/cm2.实验表明最佳C掺杂量x在0.05与0.10之间.     

粉末套管法制备碳掺杂MgB2线材及其超导电性

采用原位粉末套管法制备了无定形碳掺杂MgB2/Nb/Cu超导线材。利用扫描电镜、输运法测试和磁测法等手段分析了无定形碳掺杂对超导线材的微观结构和超导电性的影响。结果表明,无定形碳掺杂降低了线材的临界转变温度,但可以显著提高超导线材的临界磁场和临界电流密度,750℃处理线材在20K下的不可逆场达到5.2T。实验结果表明,采用无定形掺杂原位粉末套管法可以制备出具有高临界电流密度的MgB2线材。     

混合物理化学气相沉积法制备Mg衬底MgB2薄膜

用混合物理化学气相沉积（Hybrid physical-chemical vapor deposition 简称为 HPCVD）法在Mg衬底上原位制备出MgB₂超导薄膜样品。超导起始转变温度T_c(onset)＝39.5K,SEM(Scanning Electron Microscopy)图显示晶型结构为六方形,晶粒生长较为致密。样品的X射线衍射分析表明,MgB₂薄膜是多晶的,没有择优方向。晶粒大小约为400nm～1μm。结果表明HPCVD技术在Mg表面直接沉积MgB₂薄膜是可行的,对Mg原料的节约和MgB₂线材的制备具有一定优势。     

Zn掺杂对MgB2电子结构及超导转变温度的影响

建立Zn掺杂含量不同的6个MgB2模型Mg1-xZnxB2（x=0,1/18,1/16,1/12,1/8,1/6）,对模型进行参数优化,分析Zn掺杂对MgB2几何构型的影响;计算纯MgB2和x为1/6,1/8,1/12时掺杂模型的能带结构和态密度,对得到的结果进行分析和处理,并指出Zn掺杂时MgB2超导临界转变温度Tc变化的大致规律.根据强耦合BCS理论的Mc-Millan公式,推导第一性原理计算公式,计算Zn掺杂MgB2的超导临界转变温度Tc.     

MgB2薄膜的超导电性

采用平面波赝势方法计算了MgB2超导薄膜的电子结构.结果发现,表面层B(S)在费米能级处的态密度显著增强.在线性响应的密度泛函微扰理论框架下计算了MgB2薄膜的动力学性质及电-声子相互作用,分析了MgB2超导薄膜在Γ点的振动模的频率.结果发现,MgB2薄膜中的声子存在软化现象,并且声子的软化提高了电-声子相互作用,从而增强了薄膜的超导电性.     

北京大学研制出新型超导材料

日前从北京大学物理学院获悉，以冯庆荣教授为首的研究组成功制备出了具有超高载流能力的干净极限二硼化镁薄膜样品，以及超高上临界场的碳掺杂二硼化镁薄膜。     

快速热压法制备掺杂纳米SiC的MgB_2超导体

采用快速热压烧结技术,在流动的高纯氩气保护氛围下,成功地制备出致密MgB2块材.系统地介绍了快速热压技术烧结MgB2块材的工艺,找出了烧结温度、保温时间、原料配比等最佳工艺参数;讨论了SiC纳米相的掺杂对MgB2块体的影响,包括微观显微组织、物相分析、临界电流密度(Jc)等.实验表明,在快速热压条件下,950℃保温30min,随后炉冷,可以制备出理想的MgB2块材,质量分数为5%SiC的掺杂可以极大地提高MgB2的超导性能.测试温度在20K以下,在自场下Jc可达到106A/cm2以上;在5K下,当外加磁场增加到7T时,Jc缓慢下降,但仍在105A/cm2以上,使其实用性得到更进一步改善.     

镓掺杂碳纳米管场发射性能的研究

采用催化热解方法制备出镓掺杂碳纳米管,并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜.扫描电子显微镜观察表明,纳米管直径在20~50 nm之间.对此薄膜进行低场致电子发射测试表明,其场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管.当外加电场为1.1 V/μm,发射电流密度为50μA/cm2;当外电场增加到2.6 V/μm时,发射电子密度达到5 000μA/cm2.对其场发射机理进行探讨.     

超导体Li_2Pd_3B的高压合成

利用高温高压的方法成功合成出块状Li2Pd3B超导体。由于高压能抑制Li的挥发,所获得样品具有比较好的单相性。使用超导量子干涉仪(SQUID)和标准的四引线法分别对样品的磁性和电性进行了测量,我们发现高压下得到的样品和常压下的样品具有相同的转变温度Tc(8K)和上临界场Hc2(0)(4.26T)。根据Bean模型计算出在5K时,在其自身磁场下块状样品的临界电流密度达到2.9×103A/cm2。实验结果表明高温高压合成是制备和研究Li2Pd3B新型金属间化合物超导体的一种非常有效的手段。     

Fabrication of MgB_2 superconducting films by different methods

MgB2 superconducting films have been successfully fabricated on single crystal MgO(111) and c-AL2O3 substrates by different methods. The film deposited by pulsed laser deposition is c-axis oriented with zero resistance transition temperature of 38.4 K, while the other two films fabricated by chemical vapor deposition and electrophoresis are c-axis textured with the zero resistance transition temperature of 38 K and 39 K, respectively. Magnetization hysteresis measurements yield critical current density Jc of 107 A/cm2 at 15 K in zero field for the thin film and of 105 A/cm2 for the thick film. For the thin film deposited by chemical vapor deposition, the microwave surface resistance at 10 K is found to be as low as 100μΩ, which is comparable with that of a high-quality high-temperature superconducting thin film of YBCO.     

High critical current density and enhanced irreversibility field in superconducting MgB2 thin films

The discovery of superconductivity at 39 K in magnesium diboride offers the possibility of a new class of low-cost, high-performance superconducting materials for magnets and electronic applications. This compound has twice the transition temperature of Nb3Sn and four times that of Nb-Ti alloy, and the vital prerequisite of strongly linked current flow has already been demonstrated. One possible drawback, however, is that the magnetic field at which superconductivity is destroyed is modest. Furthermore, the field which limits the range of practical applications-the irreversibility field H*(T)-is approximately 7 T at liquid helium temperature (4.2 K), significantly lower than about 10 T for Nb-Ti (ref. 6) and approximately 20 T for Nb3Sn (ref. 7). Here we show that MgB2 thin films that are alloyed with oxygen can exhibit a much steeper temperature dependence of H*(T) than is observed in bulk materials, yielding an H* value at 4.2 K greater than 14 T. In addition, very high critical current densities at 4.2 K are achieved: 1 MA cm-2 at 1 T and 105 A cm-2 at 10 T. These results demonstrate that MgB2 has potential for high-field superconducting applications.     

Superconductivity in MgB2

In January of 2001 the superconductivity of the compound MgB2 with a critical temperature Tc of up to 39 K was discovered. This Tc is the highest in all intermetallic compound and alloy superconductors. MgB2 has a simple structure and its manufacturing capital cost is lower, therefore it could become a practical superconductor in the future. The recent progress is reviewed here which covers the progress in electronic structure, high Tc mechanism, superconducting parameters (Debye temperature, specific heat coefficient of electron, critical fields, coherent length, penetration depth, energy gap, critical current and relaxation rate of flux). Moreover the issue on power transmission is discussed.     

MgB2制备过程中退火效应和热稳定性的实验研究

报道了关于 MgB₂ 超导体制备过程中的退火效应和热稳定性的实验研究。把硼片在不同的温度 Mg 气氛中退火不同时间得到 MgB₂,制备样品的测量结果显示制备 MgB₂ 的合适温度范围是 700～1000℃,并且较高的制备温度下只需要相对短的退火时间内就能得到较高转变温度的样品。热稳定性实验的结果显示在没有 Mg 的气氛中 MgB₂ 在 700℃ 下是稳定的,从 800℃ 开始分解,直到完全失去超导电性。实验还观测到利用 MgB₂ 混合物薄膜前驱代替硼片制备 MgB₂ 时,在 600℃ 退火时样品就显示超导电性。     

硼化镁超导体的掺杂性质

基于双带模型引入非电子－声子相互作用，利用自治近似方法讨论了硼化镁超导体的超导转变温度与掺杂之间的关系．     

压埋法制备MgB2超导材料的工艺

介绍了一种用压埋法合成块状MgB2超导体的新方法。采用该方法得到的样品的临界温度可高达38．4K，与常规方法得到的样品的临界温度相近。对这种方法的合成工艺进行了探讨，发现烧结温度(Ts)和保温时间(t)对样品的临界温度影响很大。在相同的0．5h保温时间条件下，烧结温度在1073-1123K温区获得的样品临界温度最高。固定烧结温度(1123K)，不同保温时间下获得的样品的临界温度随着保温时间的增加而降低。进一步对样品的剩余电阻率比(RRR)进行研究，实验结果表明随着RRR数值的增加临界转变温度下降。这可能与样品内过量的杂质有关。     

MgB2薄膜金属-绝缘体转变的研究

采用射频磁控溅射方法，在Si＼MgO衬底上制备了MgB2薄膜，通过X射线衍射图分析了不同退火温度对薄膜结构性质的影响；用直流四探针法对其阻温特性进行了研究．结果表明，由于膜中多种成分的相互渗透，造成了低温下电子的相互关联，导致薄膜的阻温特性在175．9K时发生了金属-绝缘转变．在Mott模型和Anderson模型下对此现象进行了解释．     

自蔓延高温合成MgB2粉末

利用自蔓延高温合成法成功制备了MgB2粉末.通过热力学计算、X射线衍射图谱分析了各相生成的先后顺序及转化关系,探讨了合成反应产物中的相组成、MgB2的分解温度等.结果表明,自蔓延高温合成法能制备无MgB4等杂质相的单相MgB2,且晶粒细小易于分解.     

新型超导体材料MgB2的电子结构随压强的变化关系

根据密度泛函理论运用全势能线性muffin-tin轨道（FP－LMTO：full-potential linear-muffin-tin-orbital)方法计算了不同压强下MgB2晶格常数发生变化时的电子结构的变化情况，得出态密度的倒数与临界温度的自然对数成线性关系，符合BCS理论，从而进一步证实了MgB2的超导机制为电一声子耦合BCS机制。