BiFeO_3和LaAlO_3掺杂的钇钡铜氧超导复合薄膜的结构和性能研究

【摘要】：钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ),YBCO)材料薄膜有着出色的超导性能,在电能传输、清洁能源开发、军事国防、物理勘探、磁悬浮技术等领域有着巨大的应用空间。在电能传输方向上,人们经常利用掺杂的方法将其它材料掺入到YBCO中,制备成复合薄膜,用于提升YBCO薄膜的载流输运能力。由于掺杂材料的种类具有多样性,因此在前人的基础上,对新YBCO复合体系的制备方法、形貌结构和载流特性的探索具有重要的意义,本论文研究内容如下:利用脉冲激光溅射法(PLD),于840 ~oC的条件下,在STO(001)单晶单面抛光的基片上,制备了高质量的外延YBCO薄膜。利用磁控与脉冲激光共溅射法,在YBCO中引入BiFeO_3(BFO),分别制备了BFO体积分数为1.5%,3.0%,4.5%,6.0%和7.5%的BFO:YBCO复合薄膜。通过对样品结构进行表征,发现复合薄膜的结晶度良好、表面颗粒分布均匀,且随着BFO体积分数的增加,表面颗粒的尺寸逐渐减小。利用标准四引线法和磁测量方法,得到纯YBCO和BFO:YBCO复合样品的零电阻转变温度(T_(c0)),纯YBCO的T_(c0)为90.0 K,随着掺杂比例的增加,对应复合薄膜的T_(c0)分别是89.5 K,88.0K,87.0 K,85.0 K和81.0 K。通过PPMS综合测试系统,对T_(c0)较高的样品进行测试,得到样品的临界电流密度随磁场强度的变化关系图,测试结果表明:在40 K下BFO的引入增加了YBCO的临界电流密度;在65 K和77 K下,外加磁场较小时,复合薄膜临界电流密度高于纯YBCO样品,外加磁场较大时,复合薄膜的临界电流密衰减速度加快。通过对测试数据进行计算,得到钉扎力密度与磁场强度的变化关系图,并对其不同温度下的钉扎机制进行了研究,发现平均自由程涨落钉扎(δl钉扎)和应力钉扎在低温中都起作用,在40 K下样品的钉扎机制以δl钉扎为主,在65 K和77 K测试温度下,样品中的钉扎机制以应力钉扎为主。利用磁控与脉冲激光共溅射法,在YBCO中引入LaAlO_3(LAO),并对LAO:YBCO复合薄膜的结构和性能进行了初步研究。LAO的体积分数分别为1.5%,3.0%,4.5%,6.0%和7.5%的复合薄膜。通过测试,发现复合薄膜的结晶度良好,表面颗粒分布均匀,且随着LAO体积分数的增加,晶粒尺寸减小。利用标准四引线法和磁测量方法,测试了复合薄膜的T_(c0),复合薄膜的T_(c0)分别是89.5 K,88.0 K,86.5 K,85.0 K和81.0 K。通过对样品载流特性的测试,发现在65 K和77 K下,当外加磁场较小时,LAO:YBCO复合薄膜的临界电流密度高于纯YBCO样品,外加磁场较大时,复合薄膜临界电流密度低于纯YBCO样品。通过计算得到了样品钉扎力密度与磁场强度的变化关系图,发现在65 K和77 K测试条件下,掺杂样品的最大钉扎力密度减小。