超导技术在未来电网中的应用

首先简要介绍了可再生能源大量接入对未来电网带来的一系列挑战,进而介绍了超导电力技术的特点和优势,以及在应对上述挑战方面可能发挥的作用.超导电力技术的发展以超导材料为基础,主要应用包括超导输电电缆、超导限流器、超导储能系统、超导变压器、超导电机和超导电力集成技术等.本文比较系统地介绍了高温超导材料近年来的发展状况、超导电力应用各个方面的主要研究进展和国内外典型的示范工程.在此基础上,说明了超导电力技术规模化发展所面临的运行温度较低,低温制冷设备长期运行可靠性有待提高,高温超导材料价格过高等方面的障碍,并指出今后努力的方向,提出了我国未来发展超导电力技术的建设性建议.     

超导氧化物的键参数分析

Bednorz和Müller发现Ba-La-Cu-O体系具有高温超导电性以后,人们在探索具有高临界转变温度氧化物超导材料方面取得了重大突破,为新型超导材料的研究开拓了更加广泛的领域。因为复合氧化物体系的变化范围是极为广泛的,其变化可能性要远多于金属间化合物,制备方法也比较简单,找到更有效的新型超导材料就更有可能,故研究其超导机制的结构性能关系意义很大。本文用键参数的方法对已发现的四十多种二元超导氧化物进行讨论,     

钽酸钾界面超导的发现与研究进展

两个绝缘氧化物的界面可以导电,甚至超导,这种现象引起了研究人员的广泛关注.在过去一二十年里,最经典的体系是以LaAlO₃/SrTiO₃为代表的SrTiO₃界面电子气及超导(2004年发现界面电子气, 2007年发现界面超导).最近,钽酸钾(KTaO₃)界面超导的发现为相关研究注入了新的活力.这一新的氧化物界面超导体系比经典的SrTiO₃体系具有更高的超导转变温度、更强的自旋轨道耦合以及相媲美的可调控性.本文对钽酸钾界面超导的发现和研究进展进行了简要评述,概述了钽酸钾的基本性质、钽酸钾界面超导的发现历程、主要物性特征以及调控方法,探讨了钽酸钾界面电子气的形成机制与超导机理,对钽酸钾界面超导的未来发展进行了展望.希望本文能够帮助读者更好地了解氧化物界面超导领域尤其是钽酸钾界面体系的发展近况.     

超导量子比特中铝超导隧道结的性能

超导隧道结约瑟夫森结是超导量子比特的基本元件.用双层光刻胶构成悬空掩模,用电子束斜蒸发的方法制备Al/Al2O3/Al隧道结,用一定的氧气气压氧化铝膜作为势垒层.势垒层质量直接影响铝超导隧道结的各项电学参数.深入研究了铝超导隧道结的超导临界电流密度Jc和面积归一化电阻Rc(正常态电阻RN与结面积的乘积)与势垒层生长条件的关系,通过改变势垒层生长的氧分压与氧化时间来控制铝超导隧道结的Jc和Rc,以使此工艺所制备的铝隧道结漏电流小,结参数易于控制,满足制备超导量子比特的要求.     

Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O晶须的超导电性研究

在Bi-Sr-Ca-Cu-O体系的超导体中于液氮温区存在二个超导相,即临界温度为80K的低温超导相和110K的高温超导相,且高温相是通过低温相形成的。迄今,人们已经采用许多方法促使超导体从低温超导相向高温超导相的转变,诸如用Ph元素部分替代Bi、加入过     

1144型铁基超导材料的研究现状及展望

以122型为代表的铁基超导体在临界电流密度、上临界场以及各向异性方面具有较大的优势,引发了新一轮研究热潮.目前,虽然122型线带材的性能已达到实用化水平,但该体系仍存超导相非均匀分布等问题,限制了其载流性能的提升.新发现的具有化学计量比的1144型超导材料具有更好的均匀性、独特的钉扎特性以及更高的载流性能,使其适合于高场应用.本文简述了1144材料的结构和超导特性,并详细分析了单晶、多晶及超导线带材制备工艺的优化,以及性能提升的方法.同时,为提高1144型铁基超导线带材的临界电流密度,讨论了改善晶粒连接性和超导相纯度的途径.     

用具有单晶硅辐射基片加热器和活性氧发生器的激光淀积系统制备双面YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

超导微波器件是高温超导薄膜的重要应用之一,尤其是使用YBa_2Cu_2O_(7-δ)(YBCO)高温超导薄膜制作无源微波器件,例如超导微带谐振器、滤波器、超导天线、超导延迟线等,更受到各国有关研究组的重视,而且发展很快.这类器件的核心部件是一块刻成特定图形的YB-CO超导薄膜,在薄膜的另一面放置另一块低电阻率的金属薄膜或超导薄膜做为接地电极.这种结构的微波器件虽然取得了很大进展,但是仍然因为基片的微变形或金属电极的电阻而使器件的损耗较大,这种由于非理想接地电极引起的损耗可能占到总损耗的30%.如果用双面超导薄膜制作微波器件则这种损耗可以消除.因而,使用双面超导薄膜制备超导微波器件是进一步降低微波损耗的重要途径.从90年代初到现在国际上一些先进的实验室一直进行制备双面超导薄膜的研究,并在美、日、德等国的一些实验室获得成功.制备双面超导薄膜的方法有多种,如脉冲激光淀积(PLD)法、MOCVD法、共蒸发法和溅射法等.在这些方法中脉冲激光淀积法因为有其独特的优点而倍受重视.采用激光法制备双面高T_c超导薄膜的关键之一是基片的非接触加热技术.目前常被采用的非接触加热方法有3种:1.卤素灯加热,2.空腔加热,3.二氧化碳激光加热.以上3种加热方法都存在着各种不同的缺点,例如结构复杂,使用不便     

超导量子电路材料

超导量子电路由超导的电容、电感、约瑟夫森结、传输线构成,在超低温下表现出宏观量子效应.由于超导体自身的耗散极低,超导量子电路的一个重要应用研究方向是具有长相干时间的超导量子比特.超导量子电路沿用了传统集成电路的微纳米制造工艺,包含多个超导量子比特的芯片也能进行规模化加工和封装.但是,在超导量子电路的结构设计、材料制备、芯片制造、工作环境等各个环节都会引入耗散通道,限制了超导量子比特的相干性.从微观机理上分析,这其中大部分通道都与量子电路材料及表界面相关,因此从材料和工艺出发,全方位探索高质量超导量子电路的制备是进一步推进其应用的必然趋势.     

取向Ba-Y-Cu-O薄膜的显微结构与电流密度

一、引言 关于高T_c氧化物超导薄膜的研究已有不少报道。目前,人们的注意力主要集中在制备单相薄膜以及提高薄膜的电流密度J_c,以便尽早地制成液氮温区的超导电子器件。美国IBM公司和斯坦福大学分别用电子束蒸发方法制备出了高电流密度的超导薄膜,日本NTT公司用射频磁控溅射方法在高温衬底上(>700℃)制备出了单相Ba-Y-Cu-O超导薄     

Y123相超导体有机保护膜研究

高温超导材料在实用中要求其超导性能稳定.但是,Y系超导材料易受环境中的水汽、CO_2侵蚀而分解,生成的最终产物含有Ba(OH)_2,Y(OH)_3以及BaCO_3等碱性物质;一些超导器件(如超导微波器件)需防止器件与环境的各种接触造成表面性能恶化.因此,有必要对超导器件进行保护,与各种不良环境隔离.国外有过一些使用无机保护材料的报道,主要采用真空热蒸发沉积和酸钝化方法,可将超导材料在水中保护约数分钟到1h;文献[1]用有机保护材料浸渍超导材料,可获得在水中保护数小时的结果.本文用pH酸度计进行监测,选用有机高分子化合物作保护材料,可在水中保护40h以上.     

超导材料研究的10年计划

最近,日本通产省正式决定推出“下一代产业基础技术研究开发体制”的新课题,即超导材料、超导元器件研究开发的基本计划. 该计划是以高温超导为主题,探索在较高温度下显示超导特性的新物质,进而在高温超导物质材料化和超导计算机等方面,开发所需要的超导元器件.按     

超导研究:始终充满活力的科学前沿

<正>超导电性是指一些材料在某个温度以下电阻为零的现象.超导作为一种新奇的宏观量子现象,具有零电阻和抗磁性两个基本特性,因此超导材料有许多重要的潜在应用.自1911年被发现以来,超导研究一直是物理研究的前沿课题,对新实验技术的发展、新理论的创立以及超导的广泛应用都产生了深远的影响.不断探索新的超导材料,提高超导转变温度,一直是超导研究的一个重要方向.     

高T_c氧化物超导材料的显微结构特点

高T_c氧化物超导材料的晶体结构已基本明了。然而,由于多晶氧化物超导材料中晶粒大小、分布、取向的不同,以及晶界、气孔、杂质相和缺陷等显微结构的影响,给制备高T_c的超导材料带来困难。因此,研究超导材料显微结构的特点以及它们与J_c的关系,已成为目前高T_c材料研究的一项重要课题。本文利用透射电子显微镜,试图从晶粒、晶界等超导材料的显     

利用准分子激光制备超导薄膜

自从镧系氧化物超导陶瓷发现以来,高温超导材料及其应用的研究异常活跃。人们不仅在理论上探索其机制,而且对其实际应用尤其是在微电子学中的应用也做了大量研究,并认识到制备出性能优良的超导薄膜是高温超导材料的许多应用的先决条件。随之,各种各样制备超导薄膜的方法,如电子束多源真空蒸镀、射频溅射、磁控溅射。分子束外延生长和激光蒸镀     

超导纳米线单光子探测器件的单光子响应

单光子探测技术是量子通信系统中量子密钥分发实现的关键技术之一. 超导纳米线单光子探测技术是一种新型的单光子探测技术, 相对于传统的半导体单光子探测器件具有高计数率、低暗计数等明显的优势. 介绍了基于低温超导NbN超薄薄膜的超导纳米线单光子探测器件以及实验室超导单光子探测系统. 对超导纳米线单光子探测器件的单光子响应脉冲特性进行了细致的分析和研究, 讨论了测试系统带宽等参数与脉冲波形的关系. 并利用电路模拟对超导单光子探测电信号波形进行了分析, 模拟结果和实验结果具有很好的一致性. 通过这些工作进一步理解超导单光子探测机理, 为未来建立量子通信用超导纳米线单光子探测系统打下良好的基础.     

重费米子材料CeCoIn_5超导态的唯象理论

重费米子超导体是最早发现的非常规超导体,具有丰富的超导量子现象.理解重费米子超导配对的微观起源能够启发非常规超导的机理研究和新型超导体的实验探索.本文简要介绍了近年来在重费米子超导实验和理论上的最新进展,利用量子临界自旋涨落的唯象模型,结合Eliashberg理论计算了CeCoIn_5的超导性质,得到了具有dx~2-y~2波对称性的超导能隙,符合实验结果.在此基础上提出了计算超导转变温度T_c的简化公式,结合二流体理论解释了CeCoIn_5和CeRhIn_5中T_c随压力的演化.这一结果为发展重费米子超导的唯象理论提供了新的思路.     

超导材料的电子显微结构

超导陶瓷氧化物YBa_2Cu_3O_7的出现使超导临界温度达到90K,从而使超导材料向实用化迈进了一大步。超导材料结构的研究有助于弄清超导机理,并为寻找更好的超导材料开辟道路。下面介绍中国科学院上海硅酸盐研究所在超导结构研究方面的一些成果。     

YBa_2Cu_3O_(7-x)超导材料的(001)畴界和晶界

一、引言 Bednofz和Muller首先报告了钙钛矿结构的高T_c超导材料,从而迎来了超导材料研究的新突破。由于超导特性主要依赖于它们的结构,因此在大量的电子显微镜(TEM)观察中,我们始终把超导材料中孪晶、孪晶畴,畴界和晶界等显微结构特点作为主要的研究对象。大     

多元FeSe基超导材料的结构与物性

对FeSe基多元超导化合物的制备、晶体结构、相分离和超导性质等进行了详细的介绍.首先,利用碱金属插层的方法,制备出了三元K_xFe_(2–y)Se_2超导体,其超导转变温度为31 K,是当时FeSe基超导体的新纪录.同时,利用高温自助溶剂方法,制备出了K_xFe_(2–y)Se_2的晶体样品,并对其晶体结构、相分离和电子结构进行了细致的研究,从其特殊的费米面构型,可以看出K_xFe_(2–y)Se_2是区别于FeAs基超导体的新型高温超导体系.其次,通过低温液相法的制备手段,获得了多种碱金属插层FeSe的高温超导体,超导转变温度为30~46 K,大幅提高了FeSe基超导体的转变温度记录.在低温和中温区制备的FeSe基超导体中,存在极少量的Fe空位,可以精确标定超导相成分和电子结构,为研究FeSe基超导体甚至Fe基高温超导体的微观机理提供重要的实验证据.     

高T_c超导Bi_2Sr_2CaCu_2O_8单晶的Kossel衍射模拟定向

目前,有关高T_c超导机制以及超导单晶的物理性能与结构的研究十分活跃.研究对象也由多晶转为单晶.鉴于大块完整性好的超导单晶制备困难,现在的超导单晶研究多用电子衍射、X射线四圆衍射仪或旋进照相法进行.这些方法只需很小的单晶碎片或细颗粒.样品很难在宏观上进行各向异性的物理性能测量.