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连续逾渗区域MgB_2+MgO复相超导体的合成与电输运特性研究

张义邴  
【摘要】: 基于真空烧结技术和固相置换反应原理发明了一种原位合成复相MgB_2+MgO超导材料的方法,研究了复相MgB_2超导体在正常态和超导转变温度附近的直流电阻、交流阻抗和电流—电压(I-V)的特性。相比现有的其它复合超导体,材料具有良好的超导电性和应用价值,实验指出了一种工艺简单、成本低廉的合成硼化镁超导材料新方法。 论文也展示了一种真空烧结技术所合成的纯相MgB_2超导材料的性能,对比纯相MgB_2多晶超导体,所合成的复相MgB_2超导体具有良好的金属导电性能和超导特性。尽管复相材料的主相为MgO,但并未明显影响MgB_2的超导连接和临界温度等特性,电阻率具有纯相样品相同量级,剩余电阻比RRR=R(300K)/R(40K)=2.4,零电阻和磁化率测量都表明起始超导转变发生在38 K的温度附近,零电阻转变温度T_(co)也大于36 K。 主相MgO对复相MgB_2+MgO电输运弱的影响特征我们利用金属—绝缘体混合物在逾渗区域的电连接特性得到了解释,建立了正常态复相超导体含温度参量的逾渗电阻温度公式:ρ~(SPT)=ρ_0+α_nT~n+α_(e4)T~4+α_mT~6。 在正常一超导转变温度区间,实验发现了复相MgB_2+MgO超导体直流微分电阻的双峰特性,揭示了随着温度的降低在临界温度的左右两边样品直流电阻经历了两次转变,第一次转变是一定数量的MgB_2颗粒正常态向超导态转变的结果,第二次转变是MgB_2颗粒间弱连接Cooper对隧穿所导致。我们结合复相MgB_2+MgO超导材料的特点利用逾渗模型推导获得了转变温度附近复相超导体的电阻率一温度(ρ-T)公式:理论对实验的微分电阻双峰现象给出了很好的解释。通过测量超导转变温度附近样品的交流阻抗随温度变化曲线,同样观察到了这种双峰效应,实验清晰的给出交流阻抗虚部的第二个峰随交流频率的增加而增大,证明了第二次阻抗的转变是源于样品内部颗粒间的弱连接特性。 通过测量恒流源条件下样品的电压—电流(I-V)曲线,发现了复相MgB_2超导体I-V曲线的回滞特性,回滞为逆时针类型,回滞区间接近临界电流的量级并依赖于电流扫描速度,扫描速度越大,回滞越大。利用颗粒Josephson结的SM模型,我们对这种回滞特性做了初步的解释,认为回滞特性的变化源于材料内等效电阻比β_c=ω_cCR的变化。利用样品的I-V特性探讨了复相MgB_2+MgO超导材料在超导故障限流器中的应用。


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