Ta离子辐照对YBa_(2)Cu_(3)O_(7–δ)的微观结构和载流特性的影响

作     者：谷裕 蔡传兵 刘志勇 刘杰 刘丽 黄荣铁 Yu Gu;Chuanbing Cai;Zhiyong Liu;Jie Liu;Li Liu;Rongtie Huang

作者机构：上海大学物理系上海市高温超导重点实验室上海200444 上海上创超导科技有限公司上海201401 中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学院大学核科学与技术学院北京100049 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2021年第66卷第31期

页      面：3965-3972页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：中国科学院战略重点研究计划(XDB25000000) 国家重点研发计划(2016YFF0101701) 国家自然科学基金(51572165)资助 

主　　题：高能Ta离子 YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)高温超导涂层导体 辐照 钉扎缺陷 载流特性 

摘      要：高温超导YBa_(2)Cu_(3)O_(7–δ)(YBCO)涂层导体也称为第二代高温超导带材(2G-HTS带材),在能源、交通等领域具有广泛的应用前景.然而,其在强磁场下临界电流密度较低的问题严重限制了其应用,因此提升其磁通钉扎和在场载流能力是YBCO涂层导体的研究热点.本文利用1.9 GeV的Ta离子对YBCO带材进行辐照,研究了不同剂量的Ta离子辐照后YBCO带材的微观结构和载流特性变化.样品的场发射透射电子显微镜(field emission transmission electron microscope,FETEM)图像显示,辐照过程中高能^(181)Ta^(32+)离子在薄膜中形成了~10 nm尺寸的柱状缺陷,说明辐照后样品中产生了有效的钉扎中心.通过磁学测量系统(magnetic property measurement system,MPMS)对辐照样品的载流特性进行研究,发现当Ta离子剂量低于5.0×10^(10)ions/cm^(2)时,样品的临界转变温度T_(c,on)并无明显变化,但当剂量达到5.0×10^(10)ions/cm^(2)时,T_(c,on)减小了约0.6 K;当剂量高于1.0×10^(8)ions/cm^(2)时,由零场冷磁化强度随温度变化情况可知,辐照样品的超导抗磁相明显多于无辐照样品.同时,较高辐照剂量如5.0×10^(10)ions/cm^(2)YBCO样品的J_(c)较高,不同磁场下的J_(c)均得到了明显提升,30 K、1 T时的提升因子达到了3.8(提升因子定义为不同温度、外场下的J_(c)与77 K自场下J_(c)的比值),为同温度同场下无辐照样品的3倍.将临界电流密度J_(c)与磁场强度H的关系采用J_(c)∝H–β进行拟合,发现高剂量样品的磁通匹配场H*和表征随磁场衰减参数β增大了.此外,约化钉扎力密度标度关系显示,在低场下,样品中的钉扎类型在低辐照剂量下主要是面钉扎,当辐照剂量达到5.0×10^(10)ions/cm^(2)时开始向点缺陷钉扎类型转变,高场下则是所有样品都更符合面钉扎类型.