高温超导微带谐振器

超导转化温度高于液氮沸点温度77K的高温超导体刚一问世,国际上立即掀起了一场高温超导材料的研究热潮,以求研制出超导临界温度高、微波表面电阻R_s小、超导性能稳定的高温超导体.经过几年的努力,某些高性能高温超导材料的研制已日趋成熟,且逐渐步入实用化阶段.在微波领域里的应用是高温超导材料应用的一个重要方面.高温超导微带谐振器具有Q值高、体积小、重量轻的突出优点而倍受重视,它不仅可作为微波器件(如低相噪高温超导振荡电路的选频器件)使用,而且还可用来研究超导薄膜或介质衬底材料的微波性能.1 设计原理根据电磁理论,微带谐振器的无载品质因数Q_o有如下关系:式中Q_c为表征导体Ohm损耗的品质因数,Q_ε为表征介质衬底材料微波损耗的品质因数,Q_r为表征辐射损耗的品质因数.根据定义,Q_o还可表示为Q_0=ω_0W_0/P,(2)式中ω_o为谐振角频率,W_O为谐振器的总储能,P为谐振器的总耗能,即     

运用高压技术设计和研制超导材料新体系

本文介绍运用高压技术发现的几类超导材料新体系,包括(1)顶角氧有序型(简称"顶角氧"系)、Cu12(n-1)n(简称"铜系")和Cl2(n-1)n(简称"卤系")等3类铜基超导材料体系:它们只含铜和碱土氧化物,是构成铜基超导的最简单组分;这些体系在常压的超导温度(T_c)可媲美Y123、Bi系、Hg系等组分复杂的铜基超导材料,"铜系"的T_c可高达123 K,Cl212是第1个含卤素的液氮温区超导体;"顶角氧"有序化将同结构的铜基超导材料的转变温度提高1倍以上,刷新了单层铜氧面结构铜基超导材料的Tc记录;新体系的高温载流特性名列前茅,"铜系"在液氮温区的临界电流特性优于Bi系、Hg系,与Y123相当.(2)铁基超导材料主要体系之一的"111"体系:"111"体系组分结构简单,易于揭示铁基超导核心要素.它的解离面无极性,表面和体态结果严格一致,为通过角分辨光电子能谱(ARPES)和扫描隧道显微镜(STM)等先进表征技术揭示铁基超导的本征物性提供了理想结构载体.主要成员LiFeAs具有无Fermi面嵌套的重要特征,表明Fermi面嵌套并非实现铁基超导必要条件,扭转了此前基于铁基其他体系的费米面嵌套对机理的流行认识.(3)Bi_2Te_3拓扑化合物超导体:实现无需化学掺杂引入载流子,揭示了国际上首个压力诱导的拓扑化合物超导.     

YBCO烧结材料R_s-J_e实验曲线中的反比关系

超导材料的微波表面电阻R_1是表征样品本征特性的重要参量之一,在高T_c材料的理论研究和其高频应用技术的基础研究中都引起极大关注。由于像YBCO这样的高     

YBCO烧结材料R_s-J_e实验曲线中的反比关系

<正> 超导材料的微波表面电阻R_1是表征样品本征特性的重要参量之一,在高T_c材料的理论研究和其高频应用技术的基础研究中都引起极大关注。由于像YBCO这样的高     

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.     

决定晶体材料结构与性能的“基因”编码

<正>传统的材料研发主要依赖研究者的科学直觉和不断反复的"尝试法"实验,从新材料的设计到新材料的应用一般需要花费10~20年.为了加快新材料的研发过程,降低研发成本,利用计算机技术高通量地预测和筛选具有特定功能的新材料已成为全世界化学与材料科学研究的新热点.近年来,计算机技术在新材料研发的各个环节正发挥着越来越重要的作用.例如,计算机技术可以用来从理论上预测大量未知的新材料,然后根据理论化学计算排除那些实际上不合理的假     

陨石中首次发现超导材料

<正>最近,美国科学家在2块不同的陨石中发现了超导材料,这是超导材料在太空中形成的第一个证据。这一发现的重要意义不仅在于它是罕见的天然形式的超导材料,而且还为人类寻找室温超导材料点燃了新的希望。研究人员利用一种叫做磁场调制微波光谱的技术(MFMMS,一种主要用于寻找超导现象的高灵敏度技术),对来自15种不同陨石的碎片进行了详细研究。结果发     

激光扫描原位淀积Y_1Ba_2Cu_3O_(7-x)大面积超导薄膜

高T_c超导性应用的一个重要领域是超导微波器件,这种超导微波器件最显著的特点是它的微波表面电阻比一般金属低得多.作为微波器件用的超导薄膜其面积要求大于几个平方厘米.而以往最有效制备高T_c超导薄膜的脉冲激光淀积技术只能在小面积上生长均匀性能优良的超导薄膜.因此,采用恰当的措     

低维纳米材料的近场光学表征

光学显微术作为一种快速、无损的表征手段在材料研究领域得到了广泛应用,但是受光的波动性制约,传统远场光学显微术无法满足低维纳米材料表征对亚衍射极限空间分辨率的需求.近年来,随着散射式扫描近场光学显微术(s-SNOM)的发展进步,光学成像的空间分辨率已经达到10nm量级,突破了光学衍射极限.本文首先简要阐述了s-SNOM的成像原理,然后按照s-SNOM的工作模式分类介绍了其在低维纳米材料表征领域的应用研究进展,最后对s-SNOM技术未来的发展及应用进行展望.     

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     

上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所介绍

正上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所是致力于电流变液、高通量液滴微流控、快速即时检测芯片等领域的研发,融合材料、化学、物理和生物等专业人才,具有跟踪国际学术前沿、跨学科研究的专业性科研机构。研究所拥有2 000余平米的专业实验室研发基地,前期投入各类专业设备2 000余万元,配备微纳米加工超净实验室、微流控实验室、生物洁净实验室、智能材料研发     

我国成功研制双通带高温超导滤波器

近日, 我国研究人员提出了一种双通带滤波器的设计 方法, 并完成了一个L 波段双通带高温超导滤波器的设计和制作, 该成果可充分发挥超导材料的低微波表面电阻的优势, 在微波通信、高灵敏度接收系统中具有重要的应用价值.     

高温超导共面波导功率非线性研究及测试

采用临界电流密度与仿真相结合,预估了共面波导微波强非线性测试系统的功率要求.该方法理论值为30dBm,与实测临界功率26~27dBm相近,表明该方法可行.该法可能有助于超导机理的研究.同时发现,在高于临界功率时,表面电阻随传输特性发生陡变.该结果有助于开发超宽带、低损耗超导微波限幅器和开关.     

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.     

用激光扫描方法改善超导薄膜的厚度均匀性

随着高T_c超导薄膜的成功制备,人们开始着眼于它的实际应用.目前,超导薄膜最有可能得到应用的一个重要方面是微波器件.但微波器件通常要求超导薄膜的厚度均匀面积大于几个平方厘米.因而制备膜厚均匀的大面积高T_c超导薄膜是当前的一个重要的研究课题.至今为止,人们采用了各种镀膜技术来制备大面积超导薄膜,如激光消融技术磁控溅射、化学气相淀积等.文献[1,2]指出,如果不采取适当的措施,激光淀积超导薄膜的厚度分布是极不均匀的,这是因为激光在超导靶上消融的粒子束高度集中在激光消融点靶面法线方向上一个狭窄的区域内.但可通过基片扫描或旋转来改善激光波积的超导薄膜的厚度     

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.     

高温超导滤波器及其应用研究进展

高温超导材料的微波表面电阻比铜等金属小将近3个数量级,所以自从高温超导材料发现以来,人们就开始了高温超导微波滤波器的研究,并研制出了各种各样具有低损耗、高选择性、优异的带内群时延特性等性能优异的高温超导滤波器.与此同时,高温超导滤波器的应用研究也取得长足进步.目前,由高温超导滤波器、微型斯特林制冷机及半导体低噪声放大器等组成的高温超导微波前端子系统已经在移动通信、雷达、深空探测和卫星通信等多个领域获得应用并取得了显著的经济和社会效益.近年来,高温超导滤波器的研究也在不断地向新的方向拓展,在大功率承载能力、多通道器件、可调频率滤波器以及全超导接收机等领域取得显著进展.本文对高温超导滤波器的研究现状和应用进展进行总结,并对高温超导滤波器及微波应用的研究发展趋势进行展望.     

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.     

钙钛矿型Ln-Ba-Cu-O超导体系的衍射花样与T_c关系探讨

Bednorz和Müller在Bo-La-Cu-O体系中发现了高T_c的超导电性的存在,致使世界范围内掀起了研究此类新型高温超导体的热潮。新型的高T_c超导材料结构与性能的关系是人们关注的焦点之一。这类材料结构类型现已探明的有钙钛矿型和K_2NiF_4型。电子显微镜和X-光衍射的研究结果表明YBa_2Cu_3O_x具有畸变的正交钙钛矿结构。 本文用X-光衍射法跟踪Ln-Ba-Cu-O超导材料的形成过程,探讨样品的衍射花样与T_c的关系。结果表明:X-射线衍射花样是判断超导材料T_c的高低。表征其结构类型的强有力的实验手段之一。     

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