高温超导材料与物理研究

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1、项目名称：高温超导材料与物理研究首席科学家：闻海虎中国科学院物理研究所起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院二、预期目标本项目的总体目标：本项目的总体目标是在新型超导材料探索和非常规超导机理研究上力争突破，做出重要原始创新性的成果，促进学科的发展；提高实用超导材料的临界电流和临界磁场，在超导材料科学及应用基础研究的主要方面，继续保持在世界前列；同时为我国超导高技术产业化解决基础科学问题；培养优秀的，扎根国内并具有国际水准的学术带头人，培养优秀的研究生，博士生和博士后。五年预期目标具体包括以下几个方面：1．

2、探索新的高温超导材料，寻找新的合成工艺，以期得到转变温度更高，临界电流更大，应用性能更好的高温超导材料。争取探索合成出1－5种新型超导体，并且基于这些新材料，在结构表征和物理研究方面率先做出有重要影响的工作。2．利用多种有特色的研究手段，深入研究非常规超导体超导态的低能激发，正常态的非费米液体行为，关注量子临界相变，在非常规高温超导机理解决的过程中做出重要甚至是奠定性的工作，努力提出正确的模型和物理图象，直至解决高温超导机理问题；在反铁磁背景超导体的机理方面有重要进展，并找出规律，给探索新型超导体提供指导。同时完善并使用有

3、自己特色的先进的实验手段，能够从微观层面直接获得信息。3．提高以MgB2和Bi-2212为代表的实用超导材料的临界电流、磁通钉扎能力和不可逆磁场，解决实用中的关键技术问题。重点关注实用二硼化镁超导线带材及薄膜，揭示MgB2及其元素掺杂体系中依次出现各种亚稳相的相变机制等，为提高二硼化镁超导材料性能和寻找新元素掺杂体系提供理论和实验依据。使二硼化镁超导线材在20K下其临界磁场达到5T以上，临界电流密度达到105A/cm2。并使得1000米级的导线临界电流密度在20K，2T达到105A/cm2，为研制MgB2高场超导磁体的MR

4、I系统奠定基础。开展Bi2212线材制备研究，解决普通熔化处理和磁场熔化处理工艺导致的不同芯丝之间和芯丝不同区域的织构差异问题，扩展Bi2212材料的高织构区域，为PIT法制备高度织构化和良好晶粒连接性的Bi2212带材奠定技术和理论基础。开展2212高场磁体设计计算工作，为内插磁体的制备奠定基础。1．开展铁基超导材料实用化基础研究，搞清铁基超导体的弱连接物理特性，建立新型铁基超导线带材制备和超导性能控制机理及性能表征的理论和技术体系，努力提高铁基超导材料的超导临界参数，掌握高性能铁基超导线带材制备的关键技术和方法。使铁基

5、超导线材在4.2K下其临界磁场达到100T以上，临界电流密度达到105A/cm2；并使得10米级导线的超导电流达到100A。探索利用后砷化处理的方法来制备铁砷超导材料的薄膜和厚膜。2．理解YBCO涂层导体中超导层厚、微结构与超导电性之间的关联性，认识其中的材料科学和物理机制问题；建立具有周期性异质相薄膜掺入的特殊超导层结构，探索出一条抑制超导厚度效应的有效途径；在厚化的YBCO涂层导体超导载流能力方面实现突破，液氮温度单位厘米宽的超导临界电流达到500-1000A/cm-w；同时提高YBCO涂层导体厚膜磁场下的载流能力，液

6、氮温度5T磁场中临界电流密度达到2x104A/cm2(77K,5T)。3．制备出优质的超导材料超薄膜，MgB2薄膜厚度在10纳米内，Tc大于30K；其它材料的单晶薄膜超导转变温度宽度小于0.1K，正常态表面电阻率小于0.1mW.cm，临界电流密度大于106A/cm2；实现并优化基于超导/绝缘/超导多层结构的亚微米尺度或纳米尺度超导结，结面积在小于1mm2，临界电流密度在100-2000A/cm2，实现结参数的基本可控；适于高频应用单晶隧道结的临界电流密度大于30kA/cm2，漏电流低于0.1nA，努力制备出铁基超导体Fe1

7、111相本征结构的隧道结和Fe122相平面隧道结。4．超导队伍和平台建设，稳定和发展超导基础研究队伍。培养优秀的中青年学术带头人，并创造条件，吸引优秀的年轻超导人才回国效力，争取5年内，从本项目中产生3名以上杰出学术带头人（基金委杰出青年，中科院百人计划和教育部的“长江教授”），培养博士40人以上。促进建立我国基础材料和物理研究，实用超导材料的科学评估，超导薄膜和器件工艺研究平台。从组织结构上推动我国超导研究的发展。三、研究方案（一）学术思路如前所述，本项目包括两个互相承接，相互促进的重要研究方向，共设6个课题。这两个方向

8、涵盖了从超导材料基础研究到应用基础问题研究的内容，它们相互关联和推动。我们将以新材料探索为先导，结合现有超导材料的合成和优化，理解超导机理和磁通运动的物理，并在此基础上努力提高本项目所针对的高温超导体的临界电流和临界磁场。在超导材料基础研究方向上，我们要强调原创性的发现和结果。我们要在过渡金属化合物，掺