RE-Ba-Cu-O超導體的磁通跳躍、峰效應和交流響應特性研究.pdf

1、高溫超導一直是近年來凝聚態(tài)物理和材料科學的重要研究領域。在這一研究中，高溫超導體的混合態(tài)物理是一個對高溫超導機理和實際應用研究都具有非常重要價值和意義的熱點課題。從基礎角度來看，量子磁通渦旋線本身就反映超導態(tài)和正常態(tài)的結合與過渡(從正常態(tài)“芯”到超導態(tài)外圍)，可以為討論高溫超導機理提供一個新的有益的視角。從應用角度來看，許多超導材料和器件的實用性都依賴于超導體的磁通釘扎性質。目前，關于RE-Ba-Cu-O系列高溫超導體的材料制備和物性研

2、究受到了廣泛的關注，發(fā)現(xiàn)了很多新現(xiàn)象；但是這些現(xiàn)象的內部機理還不太清楚，缺乏詳盡的實驗研究。在眾多RE-Ba-Cu-O超導體中，混合稀土氧化物超導體(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)最高能達到105Acm-2量級)以及在液氧溫區(qū)的極佳性能而被認為具有相當大的潛在應用價值，關于它的磁通不穩(wěn)定性的研究，在闡明磁通動力學機制和未來應用方面也具有非常重要的意義。另外，對于RE-Ba

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

4、為： 一、研究了c軸擇優(yōu)取向的熔融織構樣品(Nd0.33Eu0.33Gd0.33)Ba2Cu307-δ的磁通跳躍行為。實驗結果表明，在外加磁場平行于樣品c軸的條件下，在5K以下的低溫區(qū)域，觀測到部分磁通跳躍(partialfluxiump)現(xiàn)象；而在5K及以上溫區(qū)，磁通跳躍尚未出現(xiàn)。在磁場垂直于樣品c軸情況下，在2K到Tc的整個溫區(qū)尚沒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)，對這種各向異性磁通跳躍行為給予了初步

5、解釋。同時，實驗發(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)定過程。而在正向磁場降低過程，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)，解釋了磁歷史對磁通跳躍和超導體內渦旋物質狀態(tài)的影響規(guī)律。實驗表明磁通跳躍對磁場掃描速率具有很強的依賴關系。隨著磁場掃描速率的增加，所觀測到的磁通跳躍數(shù)目增加，且發(fā)生第一次磁通跳躍的磁場值在測量曲線中的位置向低場前移

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

7、化比較大，且在高場時臨界電流密度也很高。SmBCO的峰效應可歸因于磁通動力學上面的一個從彈性蠕動到塑性蠕動的轉變。不可逆線Birr(T)隨溫度的變化可以從冪指數(shù)關系Bir(T)∝(1-T／Tc)a得到很好的描述，其中a=1.279。通過歸一化釘扎力與約化磁場關系的研究，結果表明了在SmBCO體系中除了δTc釘扎機制外，還存在其它釘扎機制。 三、研究了SmBCO單晶在交流磁場下的響應特性。發(fā)現(xiàn)隨著磁場Bdc的增加，交流磁化率實部的

8、轉變溫度向低溫移動，轉變寬度變寬；損耗峰在磁場下也表現(xiàn)出寬化現(xiàn)象，證明損耗在隨著磁場的增加是增加的，這種損耗可通過熱激活模型給予解釋。通過不同頻率和振幅下的磁測量，表明交流磁化率與交流磁場的頻率具有很強的依賴關系，證明測量到的損耗是磁通流動占主導的。同時，發(fā)現(xiàn)了存在于SmBCO單晶中的雙峰效應，可能說明該超導體包含有兩種的Jc成分，分別為CuO2面內和面間的電流表現(xiàn)。從交流磁化率虛部峰值的實驗結果，我們給出了SmBCO單晶不可逆線的標度