bi系高温超导材料双峰效应的分析

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1、第一章绪论1．1引言1986年，瑞士苏黎士IBM实验室的J．G．Bednorz和K．A．Muller在对含铜的金属氧化物La，，Ba，CuO,研究中观察到了“可能的高温超导电性”(扫描图像)“1，他们先是报道电测量的结果，后来又获得抗磁性结果，但由于多年来关于高温超导电性的每次报道总是不能由他人证实，所以工作并没有引起大部分人的重视。1986年底，田中昭二(S．Tanaka)领导由应用物理，化学和陶瓷专家和他们的学生组成的东京大学小组得到LaBaCuO的30K以上的抗磁转变和23K以上的零电阻转变。1，从而证实了J．G．Bednorz和K．A．Muller的发现，于是引发了世

2、界性的“高温超导热”。1987年初，朱经武领导的小组，由于发现高压力能提高系的转变温度，他和吴茂昆将较小的稀土元素代替较大的钡，获得新的含铜氧化物陶瓷YBacu0，其初始转变温度约为100K，大约同时，中国科学院赵忠贤小组也独立地发现了YBacuO高温超导体。1，实现了人们向往已久的“液氮温区超导电性”，对超导技术的大规模实践应用有重要意义。1．2氧化物高温超导体的特征(1)具有较高的临界温度Tc。高临界温度材料的出现将在技术应用和基础科学等多方面产生重大影响。(2)高温超导体中晶体缺陷的浓度一般比较高，这给样品的制备或合成工艺带来了新的特点。(3)氧化物高温超导体的第三个重

3、要特征是它们的正常态性质异常，这已经引起了研究人员的极大注意。(4)氧化物高温超导体的超导态性质表现为高K的第二类超导电性，它们的穿透深度很大，但GL相干长度参量很小，从而导致涨落和磁通蠕动等热激活现象显著，使提高临界电流密度等与应用有关的问题变得复杂起来。(5)氧化物高温超导体的各项异性也是一个很重要的特征。1．3新发现的铜氧化物超导体的应用价值高温超导线材除了可作为一种具有重要战略意义的新材料被应用于超导电动机、电l垄堕查兰堡：兰兰些堡苎磁超导、超导探测装置专用设备以外，还可被广泛应用于超导电缆、超导变压器、超导储能、超导磁悬浮等民用设备。1999年世界年产量已达1000

4、公里，2000年预计将达2000公里以上。据世界超导工业高峰会估计，与超导有关工业的市场在2020年将达2000亿美元以上。目前，美国、西欧及日本等掌握高温超导线材生产技术的国家已率先进入大规模的应用开发阶段。1．4高温超导体的峰效应在高温超导体恒温的磁滞回线的研究中，人们发现除了在零场附近会有一个峰之外，很多超导材料会出现第二个磁化蜂，它对应着裕界电流密度随外场的增加而增加，这种现象被称为第二磁化峰效应(sMP)。例如Y．123体系中鱼尾效应一般出现在中温区和几个T磁场附近，而且其峰值位置会随着温度的改变而移动．Bi．2212体系中的鱼尾(一般称为第二峰效应)出现在20K到

5、40K之间，而且其峰的位置不随温度的变化而移动。对高温超导体第二磁化峰效应起源的研究一直是人们关注的热点之一，对它的解释也是多种多样的，可以大致分为两类：(1)磁通物质有序态．无序态的相变。在弱钉扎超导体中，人们通过仔细的实验发现峰效应的两侧确实存在磁通物质的有序态和无序态H1，如在Nb单晶的中子衍射实验中观测到临界电流峰的两侧分别对应于磁通物质的Braggglass和Vortexglass(从布拉格玻璃到涡旋玻璃的(相)转变)。另外高纯的Ⅵja2Cu307．v单晶磁滞回线中有一个磁化强度的陡然增加，这个磁化强度跳变对应的一级相变被认为是由于磁通晶格的有序．无序转变引起的，而

6、且随着磁场的继续增加，出现一个很宽的第二峰。(2)钉扎效应引起第二峰效应。由于高温超导体的临界电流密度较大，所以受钉扎力的影响程度较大，人们在许多高温超导体样品中均发现了钉扎力密度在不同温度下满足标度定律，这支持了这种说法。同时研究表明随着样品钉扎能力的增强，在磁通相图中磁通物质无序相的范围增大，也就是说在强钉扎体系中，磁通物质的无序相在很大范围内存在，第二峰效应出现在磁通的无序态，反映了磁通线与钉扎中心的作用，即钉扎效应。1．5高温超导体的磁通动力学在第二类超导体中，外加电流产生的Lorentz力将驱动磁通线运动，一旦磁通线发生运动，所产生的感生电动势将导致能量损耗。理想第

7、二类超导体不能承载大的无阻电流，而非理想第二类超导体内缺陷提供一定的钉扎力阻止磁通线运动。在T=0K，当外加电流或磁场施加的驱动力小于钉扎力时，磁通线被钉扎住不能运动，耗散就不会发生。一旦Lorentz力大于钉扎力，磁通线开始运动，则样品出现相应的耗散。在一定的温度(T≠O)下，热激活将帮助洛伦兹力克服钉扎力，使严格的临界态遭到破坏，出现磁通线蠕变，根据安德森理论，磁通束单位时间内越过势垒的几率是：V=YOe打再应用Maxwell方程组，就可以得到电流密度的动力学方程：瓦aj=瓦1·等(馏)鱼≈盘ee一