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超导薄膜磁-热不稳定与强非线性电磁本构的关联性

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物理学报 2022年第20期71卷 277-287页

作者：王垚姜璐周又和薛存西北工业大学力学与土木建筑学院工程力学系西安710072 西北工业大学航空学院西安710072 兰州大学力学与工程科学系西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000

常规导体的电磁本构关系一般满足线性欧姆定律,然而超导体的电磁本构关系呈现很强的非线性特征,所以与常规导体相比,超导有截然不同的电磁特性.本文基于超导材料E-J幂次律本构关系,采用快速傅里叶变换方法(FFT),定量研究了不同环境温度... 详细信息

常规导体的电磁本构关系一般满足线性欧姆定律,然而超导体的电磁本构关系呈现很强的非线性特征,所以与常规导体相比,超导有截然不同的电磁特性.本文基于超导材料E-J幂次律本构关系,采用快速傅里叶变换方法(FFT),定量研究了不同环境温度、磁场加载速率以及临界电流密度条件下的超导薄膜磁-热不稳定性与非线性本构的关联性,揭示了强非线性电磁本构是导致超导薄膜磁-热不稳定性(呈现树状、指状磁通崩塌形貌)的重要因素,同时阐明了常规导体观测不到类似的磁-热不稳定现象的原因.另外发现由于超导薄膜抗磁性的增强导致超导薄膜边界磁场迅速增大,较大的磁压极易诱发磁通崩塌,所以超导薄膜内磁通崩塌阈值随幂指数的增加而降低.最后给出了n_(0)-j_(c0)和n_(0)-μ_(0)H_(a)平面内不同非线性程度下超导薄膜内磁热不稳定状态的分界线.

关键词：超导薄膜磁-热不稳定磁通运动非线性E-J本构

SiO_(2)-SiN_(x)体系光学谐振腔中Ti超导薄膜特性的研究

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计量学报 2023年第4期44卷 549-554页

作者：刘海燕孙潇莹李劲劲王雪深陈建高鹤周哲海徐骁龙北京信息科技大学机械行业现代光电测试技术重点实验室北京100192 中国计量科学研究院北京100029 沈阳化工大学辽宁沈阳110142

设计良好的光学谐振腔是提高超导转变边沿传感器(TES)光学效率的有效手段,光学谐振腔结构厚度的变化,不仅对TES的光学效率有影响,而且会产生不同的残余应力进而影响TES的超导特性。研究了以超导Ti膜为TES功能层材料,同时选用SiO_(2)-SiN... 详细信息

设计良好的光学谐振腔是提高超导转变边沿传感器(TES)光学效率的有效手段,光学谐振腔结构厚度的变化,不仅对TES的光学效率有影响,而且会产生不同的残余应力进而影响TES的超导特性。研究了以超导Ti膜为TES功能层材料,同时选用SiO_(2)-SiN_(x)体系作为光学谐振腔薄膜。通过对数值仿真,确定了SiO_(2)-SiN_(x)体系光学谐振腔薄膜厚度变化对Ti-TES光学吸收效率的影响。分析了SiO_(2)-SiN_(x)体系光学谐振腔不同薄膜厚度的变化自身应力随之变化的趋势,最后制备了不同厚度SiO_(2)-SiN_(x)光学谐振腔的TES,并进行光学吸收效率的测试,验证了SiO_(2)-SiN_(x)体系光学谐振腔薄膜厚度对Ti-TES光学吸收效率变化的规律。

关键词：计量学 TES 超导薄膜光学谐振腔 SiO_(2)-SiN_(x)体系 Ti膜

CeO_(2)缓冲层层数对YBa2Cu3O7-σ超导薄膜载流能力的影响

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真空科学与技术学报 2022年第10期42卷 774-780页

作者：张博陈志杰潘天宇赵培武汉工程大学材料科学与工程学院武汉430205 等离子体化学与新材料湖北省重点实验室武汉工程大学武汉430205 绿色化工过程教育部重点实验室武汉工程大学武汉430205

为了提高超导薄膜的载流能力,本文通过MOCVD法,在1-5层(100)取向的氧化铈缓冲层薄膜上制备YBa_(2)Cu_(3)O_(7-σ)薄膜。研究了缓冲层层数对YBa_(2)Cu_(3)O_(7-σ)薄膜物相组成、结晶度、面内取向、微观形貌和超导性能的影响。结果表明,... 详细信息

为了提高超导薄膜的载流能力,本文通过MOCVD法,在1-5层(100)取向的氧化铈缓冲层薄膜上制备YBa_(2)Cu_(3)O_(7-σ)薄膜。研究了缓冲层层数对YBa_(2)Cu_(3)O_(7-σ)薄膜物相组成、结晶度、面内取向、微观形貌和超导性能的影响。结果表明,当缓冲层数为1-2时,薄膜呈现高度(001)取向生长;当缓冲层数为4-5时,薄膜呈现高度(110)取向生长。其中氧化铈薄膜层数为1时,YBCO薄膜结晶度和面内取向最好,其ω和Ф扫描曲线的FWHM值分别为2.63°和5.21°;随着缓冲层数的增加,YBCO薄膜结晶度和面内取向均呈现变差的趋势。氧化铈缓冲层与YBCO薄膜之间的外延生长关系为YBCO[001]//Ce O_(2)[100]和YBCO[010]//Ce O_(2)[011]。缓冲层数为1的YBCO薄膜表面主要由大面积c轴取向的晶粒组成,其厚度为485 nm,沉积速率为4.85μm/h,其液氮温度(77 K)下的临界电流为20.8 A,相比于缓冲层数为0的超导薄膜临界电流有所提升。

关键词： MOCVD 超导薄膜临界电流缓冲层

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脉冲激光沉积技术制备超导薄膜的研究进展

人工晶体学报 2023年第6期52卷 1036-1051页

作者：林泽丰孙伟轩刘天想涂思佳倪壮柏欣博赵展艺张济全陈赋聪胡卫冯中沛袁洁金魁中国科学院物理研究所北京100190 松山湖材料实验室东莞523808

超导薄膜不仅在超导应用方面扮演着举足轻重的角色,而且是超导机理研究的良好载体,是连接超导应用和机理的桥梁。脉冲激光沉积(PLD)是最常用的超导薄膜制备技术之一。本文综述了PLD技术制备铜氧化物、铁基、氮化物、钛氧化物等超导薄膜... 详细信息

超导薄膜不仅在超导应用方面扮演着举足轻重的角色,而且是超导机理研究的良好载体,是连接超导应用和机理的桥梁。脉冲激光沉积(PLD)是最常用的超导薄膜制备技术之一。本文综述了PLD技术制备铜氧化物、铁基、氮化物、钛氧化物等超导薄膜的研究进展,并介绍了与高温超导薄膜应用相关的两种PLD新技术:超导带材和大面积薄膜制备。最后,本文介绍了基于材料基因工程的高通量组合薄膜技术在高温超导研究上的典型成功案例。继续发展和使用该实验技术,构建与高温超导相关的高维相图和定量规律,有望实现机理研究实验上从量变到质变的全面突破。

关键词：超导薄膜脉冲激光沉积超导机理超导应用高温超导高通量组合薄膜

考虑磁通流动效应的超导薄膜基底结构界面断裂行为研究

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应用数学和力学 2022年第6期43卷 631-638页

作者：丁洁莹薛峰苟晓凡河海大学力学与材料学院南京211100

超导薄膜是一种采用化学涂层制备而成的多层薄膜结构,作为性能优越的导电功能结构材料,其载流能力与结构完整性直接相关.在超导薄膜制备过程中,超导层与金属基底之间的界面裂纹很难避免.因此,在载流运行过程中,由于外磁场的存在,这类界... 详细信息

超导薄膜是一种采用化学涂层制备而成的多层薄膜结构,作为性能优越的导电功能结构材料,其载流能力与结构完整性直接相关.在超导薄膜制备过程中,超导层与金属基底之间的界面裂纹很难避免.因此,在载流运行过程中,由于外磁场的存在,这类界面裂纹的强度问题成为关键.为此,该文针对超导薄膜结构,以磁通量子穿透薄膜理论和线弹性断裂理论为基础,建立了研究超导层与基底界面裂纹强度问题的解析模型.深入分析了外加磁场作用下界面裂纹强度问题,得到了超导磁通流动对裂纹尖端应力场和能量释放率的影响.结果表明:磁通流动速度越大,界面裂纹尖端处应力越大且能量释放率越大,这将导致界面更容易发生裂纹破坏.该文所得结果有助于分析相关的界面裂纹问题.

关键词：超导薄膜磁通流量界面裂纹裂尖应力场

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脉冲超导薄膜激光诱导电势差研究

激光杂志 2023年第4期44卷 223-228页

作者：柯莎曾婷婷银川能源学院银川750100

精准的电势差值可以保证脉冲激光诱导击穿超导薄膜的稳定性,为了计算出激光诱导击穿超导薄膜的电势差,提出了脉冲超导薄膜激光诱导电势差研究。选择TUrale-200型号的激光器和电势采集仪为实验设备,以Nb超导薄膜、Nb3Ge超导薄膜、NbN超... 详细信息

精准的电势差值可以保证脉冲激光诱导击穿超导薄膜的稳定性,为了计算出激光诱导击穿超导薄膜的电势差,提出了脉冲超导薄膜激光诱导电势差研究。选择TUrale-200型号的激光器和电势采集仪为实验设备,以Nb超导薄膜、Nb3Ge超导薄膜、NbN超导薄膜和Nb3Sn超导薄膜作为实验样本,基于激光诱导击穿超导薄膜的实验原理,利用最大值最小值标准化和z-score标准化法预处理实验数据,获取激光诱导击穿超导薄膜前后的电势差值。实验结果表明,当激发条件为554 nm时,激光诱导击穿Nb超导薄膜、Nb3Ge超导薄膜、NbN超导薄膜和Nb3Sn超导薄膜前后的电势差在500 V以内,满足激光诱导击穿超导薄膜的稳定性要求,当激发条件为1108 nm时,激光诱导击穿Nb超导薄膜、Nb3Ge超导薄膜、NbN超导薄膜和Nb3Sn超导薄膜前后的电势差超过了600 V,无法满足超导薄膜对激光诱导击穿的稳定性要求。

关键词：激光诱导激光器脉冲激光电势差超导薄膜激发条件

化学气相沉积法制备CeO2及钇系高温超导薄膜的研究

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化学气相沉积法制备CeO2及钇系高温超导薄膜的研究

作者：陈志杰武汉工程大学

学位级别：硕士

YBaCuO(YBCO)超导带材在强电、强磁和弱电领域具有广泛的应用,而超导带材的缓冲层制备技术对于超导带材性能的提升具有决定性作用。为了提高缓冲层薄膜质量,本研究创新地采用分层沉积思路,使用激光辅助化学气相沉积(LCVD)技术,以Ce O/La... 详细信息

YBaCuO(YBCO)超导带材在强电、强磁和弱电领域具有广泛的应用,而超导带材的缓冲层制备技术对于超导带材性能的提升具有决定性作用。为了提高缓冲层薄膜质量,本研究创新地采用分层沉积思路,使用激光辅助化学气相沉积(LCVD)技术,以Ce O/La Mn O/Mg O/GdZrO复合涂层的哈氏C276合金(Hastelloy C276)为基板,同质外延生长1-5层氧化铈(Ce O)薄膜作为超导缓冲层,研究不同薄膜层数对氧化铈缓冲层物相组成、结晶度、面内外取向及微观形貌等参数的影响;并在此基础上,通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在1-5层氧化铈缓冲层薄膜上异质外延生长1层钇钡铜氧超导薄膜,研究了氧化铈层数对超导薄膜物相组成、结晶度、面内外取向、薄膜微观形貌和超导性能等参数的影响。LCVD制备1-5层氧化铈缓冲层薄膜的实验结果表明,均制备出了单相并具有双轴织构(100)Ce O薄膜。随着薄膜层数从1增加至5,氧化铈薄膜结晶度先增加后维持稳定,薄膜面内取向逐渐变好。其中薄膜层数为4时,结晶度最好,其ω扫描的FWHM值为3.42°;薄膜层数为5时,面内取向程度最好,其Ф扫描FWHM的值为8.12°,氧化铈薄膜的极图测试也证明了薄膜的高度面内取向。随着薄膜层数从1增加至5,氧化铈薄膜的晶粒形状从正方金字塔形转变为相互正交的矩形棱台形,晶粒间隙逐渐增大,氧化铈薄膜的平均晶粒尺寸从28.98 nm增加至86.10 nm,并且从薄膜生长形核的角度分析了晶粒形状尺寸变化的原因。MOCVD法在不同层数氧化铈薄膜上制备钇钡铜氧薄膜的实验结果表明。氧化铈层数为1-2时,YBCO呈现高度(001)取向生长;氧化铈层数为3时,YBCO呈现(001)和(110)取向竞争生长;缓冲层数为4-5层时,YBCO呈现高度(110)取向生长。当氧化铈层数为1时,YBCO薄膜ω扫描曲线的FWHM值最小为2.63°,此时对应的薄膜(001)取向结晶度最好;随着氧化铈层数增到4层,YBCO薄膜的结晶度逐渐变差。氧化铈层数为1时YBCO薄膜面内取向度最好,此时(103)晶面Ф扫描曲线对应的FWHM值为5.21°;氧化铈层数为5时YBCO薄膜面内取向度最差,此时(103)晶面Ф扫描曲线对应的FWHM值为6.35°。通过极图得到Ce O与YBCO薄膜的外延生长关系为YBCO[001]//Ce O[100]和YBCO[010]//Ce O[011]。通过FESEM测试,得到氧化铈层数为1的YBCO薄膜主要由大面积c轴取向的YBCO晶粒组成,另外还有一些尺寸在0.3-1μm且均匀分布的含Cu副产物,YBCO薄膜厚度为485 nm,沉积速率为4.85μm h。通过超导电性测试,得到氧化铈层数为1的YBCO样品在液氮温度(77K)下临界电流为20.8 A;氧化铈层数为2时YBCO载流能力急剧下降到7.8 A;随着氧化铈层数的增加,YBCO薄膜临界电流不断下降,到氧化铈层数为4时,YBCO薄膜失去超导性能。通过对比空白对照实验,发现0层缓冲层的YBCO样品临界电流为7.5 A,数值接近缓冲层数为2的YBCO薄膜,远小于缓冲层数为1的YBCO薄膜。这表明,实验进行分层沉积氧化铈缓冲层能够有效提升YBCO薄膜的临界电流。本文分层沉积缓冲层的思路,研究了缓冲层数对缓冲层本身和超导薄膜的影响,并且通过实验证明超导薄膜性能相对于0层氧化铈基板有一定的提升,为后来研究者的研究提供了一种全新的思路和技术支持。

关键词：氧化铈缓冲层 MOCVD LCVD 超导薄膜

二维应变作用下超导薄膜LiFeAs的磁性和电子性质

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物理学报 2019年第2期68卷 231-238页

作者：王鑫李桦董正超仲崇贵南通大学理学院南通226019 苏州大学物理科学与技术学院苏州215006

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维应变作用下LiFeAs超导薄膜的磁性结构、电子能带和态密度变化,分析了应变对其超导电性的作用.结果显示,对体系施加1%—6%的二维平面张、压应变均不改变其基态条形反铁磁性结构,费米面附近... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维应变作用下LiFeAs超导薄膜的磁性结构、电子能带和态密度变化,分析了应变对其超导电性的作用.结果显示,对体系施加1%—6%的二维平面张、压应变均不改变其基态条形反铁磁性结构,费米面附近的电子态密度主要来自于Fe-3d轨道电子以及少量的As-4p电子.研究发现,与无应变情形相比,当施加压应变时,体系中Fe离子的反平行的电子自旋局域磁矩减小,薄膜反铁磁性受到抑制,费米面上电子态密度增加,超导电性来自于以反铁磁超交换耦合作用为媒介的空穴型费米面和电子型费米面间嵌套的Cooper电子对.而在张应变作用时,局域反铁磁性增强,费米面上电子态密度减小,金属性减弱,特别是张应变时费米面上空穴型能带消失, Cooper电子对出现概率显著降低,将抑制超导相变.

关键词：超导薄膜应变磁性电子结构

浅H_3PO_4液层下YBCO高温超导薄膜表面粗糙度的红外实时表征

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稀有金属材料与工程 2007年第11期36卷 1951-1954页

作者：刘娟秀罗正祥羊恺刘霖补世荣张天良叶玉堂电子科技大学四川成都610054

提出利用红外热像实时监测系统,实时获得在YBCO高温超导薄膜上H3PO4腐蚀浅液层的红外灰度数值分布,并以浅液层热交换简化模型为基础,通过归一化红外灰度标准差值表征YBCO高温超导薄膜表面粗糙度的变化。理论分析与实验结果均表明,由归... 详细信息

提出利用红外热像实时监测系统,实时获得在YBCO高温超导薄膜上H3PO4腐蚀浅液层的红外灰度数值分布,并以浅液层热交换简化模型为基础,通过归一化红外灰度标准差值表征YBCO高温超导薄膜表面粗糙度的变化。理论分析与实验结果均表明,由归一化红外灰度标准差值的变化曲线,可以清楚展现YBCO高温超导薄膜表面粗糙度增大、减小以及趋于平缓的3个阶段,并能直接获得每个阶段所对应的时间。在本实验条件下,表面粗糙度在8s时达到最大值,然后逐渐下降,到40s时开始趋于稳定。浅液层条件下的YBCO高温超导薄膜表面粗糙度的成功观测,是一个重要的阶段目标,为最终解决YBCO高温超导薄膜湿法刻蚀中粗糙度的实时监测难题奠定了良好基础。

关键词：超导薄膜红外热像粗糙度钇钡铜氧