恒稳磁场下的Bi系超导晶体激光加热浮区生长

激光法拉制单晶或织构纤维是以 Czochralski 晶体生长技术为基础,利用激光为热源控制生长几十至几百微米直径的各种高熔点多元氧化物陶瓷单晶纤维的技术,80年代初美国贝尔实验室等用这一方法制备了具有特殊性能的各种单晶纤维材料.1986年的世界性高温超导热潮出现后,各国的激光加热浮区生长(LHPG)的实验室先后用此制备高 T_c 超导纤维,中国科学院金属研究所曾在国家超导中心资助下建立了专用于超导研究的实验装置.     

超导单晶晶须的生长

一、引言 在多晶氧化物超导材料中,由于晶界及晶粒取向造成的颗粒弱连接,限制了临界电流密度的提高,使其难于达到实用要求。为了深入研究氧化物超导材料的晶体结构、超导性与其他物理性能,大幅度提高J_c值以满足实用要求,制备高质量大尺寸的单晶是非常重要的,尤其是柔     

Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+x)单晶的正交对称喇曼振动谱

喇曼光谱能为探索超导机制提供许多信息,是高温超导物理研究的重要内容之一。在继Y系后的Bi系高温超导体方面。也有不少喇曼光谱工作发表,但它们的结果彼此间还有许多不一致的地方,多数的光谱结果都没能显示Bi(2212)单晶所具有的a和b方向的明显     

X射线衍射研究(001)MgO单晶上外延生长GdBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜的晶格相互关系

磁控溅射法在SrTiO_3单晶衬底上外延生长的YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜有很好的轴向晶格匹配。Zr(Y)O_2单晶衬底上YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜,由于膜和衬底的晶格常数失配较大,外延生长不是轴向晶格匹配,而是膜晶体绕c轴旋转45°后,实现与衬底的[110]方向晶格     

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.     

高压诱导拓扑绝缘体Bi2Te3超导性研究取得进展

最近，中科院物理所赵忠贤、孙力玲、周兴江等合作，利用自主研制的先进的低温一高压一磁场综合测量系统对拓扑绝缘体Bi加，单晶进行了系统研究。通过高压原位磁阻和交流磁化率的双重测量．研究了压力诱导的拓扑绝缘体至超导体的转变。并通过高压实时霍尔系数的测量，给出了压力下超导临界温度与载流子浓度及类型转变之间的定量关系。     

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     

MgB2基超导材料研究进展

2001年1月发现MgB2基超导体具有39K的临界转变温度。是迄今为止转变温度最高的非铜氧化物超导体。国内外对MgB2基超导材料进行了广泛而又深入的研究，本简述了近期对MgB2基超导材料的研究进展，介绍了近期主要有关MgB2基超导材料电子结构研究和应用开发的工作。着重叙述了关于基超导机制的研究。     

利用“热壁扩散”法在金属衬底上生长C60单晶薄膜

自从石墨电弧放电制备克量级C_(60)的方法发现以来,研究不同衬底上C_(60)薄膜的生长行为就一直是科学家关注的热点之一.制备高质量的C_(60)薄膜,不仅在基础研究方面,而且在应用方面都具有重要的意义.例如,对于碱金属掺杂的C_(60)超导体,利用高质量的C_(60)单晶薄膜可以获得较窄的超导转变温区和较高的转变温度.此外高质量的C_(60)单晶薄膜对于研究由C_(60)和金属或半导体组成的双层膜或多层膜的非线性光学性能也具有重要的意义.C_(60)薄膜在不同衬底上的生长行为与许多因素有关,其中最重要的是衬底表面的原子排布是否与C_(60)的晶格相匹配,C_(60)与衬底之间是否存在电荷转移和是否存在键合.迄今为止,许多研究工作报     

不同溅射条件对超薄外延氮化铌薄膜超导性能的影响

氮化铌(NbN)由于其较高的超导转变温度、较窄的转变宽度以及良好的稳定性一直被广泛地应用于低温超导器件中.因此,生长高质量的超导Nb N薄膜是制备高性能薄膜超导器件的关键及难点.本文主要介绍了利用磁控溅射法在氧化镁(MgO)100基底上生长厚度为5 nm的超薄超导外延NbN薄膜,并系统分析了溅射参数对薄膜性能的影响.实验结果表明,在合适的氮氩比或功率下,高真空、高溅射温度、低工作气压与NbN薄膜超导转变温度成正相关.采用综合物性测量系统(physical property measurement system, PPMS)进行电学分析,所制备的NbN薄膜超导最高转变温度为12.5 K.该工作为进一步研究超薄NbN薄膜的生长提供了理论指导,也为后期在其他基底上制备NbN超导器件提供了基础.     

(Bi_(1.6)Pb_(0.4))Sr_2Ca_2Cu_3O_y中(63)~Cu核磁共振的变温研究

从1987年以来,人们对高临界温度超导材料作了大量的核磁共振(NMR)测量,主要集中在Y系123相的单晶和磁取向样品上.发现这类超导体不能用传统的Fermi液体物理图象来理解其在正常态的NMR行为,以及在超导态时表现出非常规电声配对机制.由此引出的分析和讨论都对各种理论模型作了实验上的限制.由于Bi系氧化物超导体存在调制结构,在化学均匀性和单相性方面都比Y系差.这样每个晶格位置的化学环境有很大的分布,会引起NMR谱线的增宽.这种材料本征结构上的特点限制了它的NMR研究,特别是Bi系2223相,因为单相样品难于得到,有关这种材料中铜的NMR研究至今报道甚少.     

高T_C超导体YBa_2(Cu_(3-x)Fe_x)O_y的穆斯堡尔谱学研究

一、引言 高T_C超导材料的发现引起了世界科学界的足够重视。为了搞清其超导机制,以便更好地研究开发和应用这一新材料,人们几乎动用了所有能利用的研究手段对其进行研究。利用Fe离子代换YBaCuO高T_C超导材料中的Cu,然后进行穆斯堡尔谱学测量来探索高T_C超导材料的超导机制。已有一些研究工作报道,并取得了一些结果。但从目前的情况来看,有些问     

77K下Bi_2Sr_2CaCu_2O_8单晶Bi-O面的高分辨的STM图象

扫描隧道显微镜(STM)是一种新型的、不断发展着的表面分析仪器,能够提供材料表面的原子结构和电子性质等重要信息.用 STM 研究高温超导体已受到广泛的关注;其中研究得最多的是 Bi_2Sr_2CaCu_2O_8(简记 Bi-2212)单晶.因为通过解理 Bi一2212单晶能得到光洁的、在空气中和在真空下都很稳定的 Bi-O 面,便于 STM 研究.此外,现在已经一致认识到铜氧化物高温超导体的超导电性主要来源于 Cu-O 层.不过,以 Bi-2212为例,Bi-O 层也起着向 Cu-O 层提供空穴型载流子,将部分 Cu~(2+)离子变成 Cu~(+3)离子,使 Bi-2212变成导体或超导体的作用.因此,深入研究 Bi-O 层的结构和电子性质,对理解 Bi-2212的超导电性的来源是很有意义的.     

Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)超导体的正电子寿命研究

自从Maeda等人在Bi-Sr-Ca-Cu氧化物中发现超导电性以来,由于Bi系超导体具有较高的超导转变温度和广阔的应用前景,日益受到人们的重视.在Bi系超导材料的研究中,金属离子的置换对超导性能和材料结构的影响一直是研究的热点之一.许多作者用Pb替换Bi,以便了解Bi-O层对超导电性的作用.文献[4]研究了Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_2O_(8+δ)体系,由Raman散射实验证实Pb可以替换Bi,且其最大替换量可以达到x=0.35;随着Pb含量的增加,超导转变温度T_c从85K减小为76K,并且指出这是由于体系空穴浓度增加所致.然而,Pb掺杂对样品结构的影响以及空穴浓度增加的原因尚不清楚.本工作使用对固体材料微观结构极灵敏的正电子湮没谱仪测量了Bi_2Sr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)和Bi_(2-x)Pb_xSr_2CaCu_(2-x)Mg_xO_(8+δ)系列样品的正电子寿命,给出了正电子寿命和转变温度随掺杂量X的变化关系,研究了Pb掺杂对Bi系超导体电子结构的影响,以及由此引起的样品中空穴浓度变化情况.     

高T_c超导体Bi_(1.7)Pb_(0.3)Sr_2Ca_2Cu_3O_y中的电四极相互作用研究

Bi系高T_c超导体比Y系具有更高的转变温度,许多研究表明:Bi-O层对超导电性有十分重要的作用,为了更进一步了解Bi在超导电性上起的作用,微观地研究Bi位置周围的电荷分布还是有重要意义的.在超导样品的制备中,由于多超导相的共生和杂相(Ca,Sr)CuO_2的存在,对Bi位置的研究很小,对Bi的NQR研究也很少,而且谱线宽到难以辨认.Bi的NMR实验,也因核的电四极矩的影响,会引起谱线的增宽及共振峰强度的减弱,难以获得有用的信息.微分扰动角关联(differential perturbed angular correlation,DPAC)方法对探针原子核周围局部的电荷分布极端的灵敏.在Y系高T_c超导体的研究中,提供了一些很有意义的微观信息,我们用几乎单高温项([2223]相90%左右)的Bi系超导样品进行了DPAC实验.     

YBa_2Cu_3O_(7-x)超导材料的晶界

最近,Y-Ba-Cu-O系统的超导材料研究正引起人们极大关注。有关它的结构、相组成以及超导特性等研究正在取得迅速的进展。但是,作为多晶氧化物的Y-Ba-Cu-O超导材料,它的晶界结构及特点预计对临界电流I_c等超导特性会有重要影响。因此,研究超导材料中晶界结构特征、化学组成以及晶粒的结构,很有必要。     

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.     

加压烧结合成HgBa_2Ca_2Cu_3O_(8+δ)超导体的研究

自Putilin和Schilling等人发现了Hg-Ba-Ca-Cu-O系统的T_c可达130K以上的超导性以来,世界上掀起了一个研究Hg系超导体的高潮,这不仅因为它创造了T_c的最高记录,而更重要的是该化合物系具有值得深入研究的、十分有趣的物理特性及超导机制.然而,由于HgO的熔点低、易挥发、且毒性大,所以造成制备这一系统的超导样品的难度相当大.目前通常采用两种方法来制备该系统的超导样品:①高压法;②封管法.前者由于压力太高(一般     

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.