不同衬底上MgB<,2>超导厚膜的制备和性质研究

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MgB<.2>超导体由于具有较高的T<,C>(39 K),在小型制冷机的工作下可以实现超导应用,并且可以通过掺杂来实现其在高场领域的应用,因此自从MgB<,2>超导电性发现至今,一直是超导领域的焦点。 本论文介绍了MgB<,2>的基本结构、性质,特别是我们利用HPCVD法在不同衬底(不锈钢、铜、SiC)上生长MgB<,2>厚膜的条件和性质: 1.通过改进实验装置---采用石墨支撑样品台,样品台的温度变得容易控制,在不锈钢衬底上我们得到了一系列高质量MgB2厚膜,其中一次膜~8μm,二次膜~16μm,三次膜~25μm。T<,c>在39K左右,上临界场H<,C2>(0)=15.2T;零场下,T=15 K时,临界电流密度J<,c>=3.74 MA/cm<2>。并且通过改变温度和衬底的粗糙度,发现不锈钢衬底上生长.MgB<,2>膜的温度窗口为655~710℃,膜与衬底件有一界面层,并且衬底越平整,膜的晶粒越小,越致密。 2.通过仔细观察Mg和Cu之间的反应过程,我们找到了在Cu衬底上沉积MgB<,2>超导膜的温度窗口(590~630℃),成功地生长出MgB<,2>超导膜,厚约2.5μm,其TC在38K左右,转变宽度0.8K,上临界场H<,c2>(0)=15.3 T。此外,通过对Cu衬底上样品进行弯折实验,发现当衬底弯成120~,曲率半径~0.86mm,膜面最大裂纹~4μm时,膜仍与衬底紧紧结合在一起,没有丝毫脱落,显示了较好的机械性能。并且,在Cu衬底上我们还生长出了长约4μm的MgB<,2>晶须,其性质有待进一步研究。 3.SiC与MgB<,2>晶格常数相近,且经过抛光衬底表面比较平滑,有利于MgB<,2>膜的外延生长。我们发现SiC衬底上即使生长的MgB<,2>膜较厚(~2.5μm),也是高度c轴取向的,且T<,c>较高,40.5 K;零场下,T=10K时,临界电流密度J<,c>=6 MA/cm<2>;由于样品中MgO和Mg的存在使晶粒问的连接性和钉扎效应同时达到了优化,从而提高了样品的上临界场H<,c2>(0)=40.8T。 此外,本文总结了不同衬底上生长MgB<,2>超导膜的特点及今后的工作方向。
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