超导材料的制备和电子结构研究文献综述

 2022-09-27 02:09

  1. 文献综述（或调研报告）：

【摘要】今年来，铜基和铁基高温超导材料不断被发现，但是其临界温度Tc距离应用仍有较大距离，同时，涉及到高温超导的机理仍然不明。本次毕业设计中，在制备出铜基超导材料钇钡铜氧单相样品的前提下，表征样品的结构和性能以及电子结构，研究它们的电子结构与超导性能之间的关系；同时制备一个掺杂钐（20%）的钇钡铜氧样品，探究掺杂对样品性质带来的影响。

【关键词】高温超导 电子结构 掺杂

国际学术界对于铜基和铁基高温超导材料进行了比较深入的研究，取得了不少富有价值的研究成国，主要表现在以下几个方面：

  1. 所谓高温超导，指的是一些具有较其他超导物质相对较高的临界温度的物质在液态氮的环境下产生的超导现象。液态氮的沸点为77K，又叫“温度壁垒”。1987年，物理学家吴茂坤和朱经武在钇钡铜氧材料商首次将临界温度提高到90K以上，此后临界温度高于“温度壁垒”的材料就被定义为高温超导体。目前临界温度最高的超导体是LaH10，它在压力达170GPa时的Tc达到了250K。
  2. 通过掺杂，可以有效地提高超导体的临界温度。譬如，铁基和镍基层状化合物LaOFeP和LaONiP的转变温度Tc分别为3 K和5 K。而在氧离子处掺杂氟离子的异晶化合物LaOFeAs中，Tc的中点大幅度增加，达到26K。而对于一些掺杂后的超导体，加压也能使Tc升高，比如掺氟砷化物LaFeAs（O1-xFx）的临界温度是26K，但在加压后会增加到43K。再者，掺杂原子的不同也会对转变温度产生很大的影响，若用离子半径较小的稀土离子取代镧，会使掺氟砷化物Tc更高达55K。
  3. 掺杂后的超导体的机理存在争议，就连BCS理论也无法解释。但是很明显，通过对电阻和磁化率的测量，我们证实了这类材料的确具有超导特性和较高的Tc。这为探究高温超导材料开辟了途径，通过进一步优化材料的化学成分和改变外部压力，人们有望得到更高Tc的超导材料。
  4. 超导体的应用范围广泛。凡是需要用电的地方，超导体都有其用武之地。就拿磁悬浮列车举例，超导磁悬浮列车不同与常规磁悬浮列车，具有更高速、更安全以及更稳定的特点。再比如，超导输电可以节约目前高压交流输电技术中15% 左右的损耗，超导器件可以使电路和电机的运行更加高效。此外，超导还具有许多复杂有趣的微观量子效应，利用超导电流的量子干涉效应制备的超导量子干涉仪，对外磁场感应极其敏感，是目前世界上最灵敏的磁测量仪器，仅受到了量子力学基本原理的限制。目前钇钡铜氧材料主要是强电应用，即用于制成超导线材或带材，用于制造电动机、发电机、电缆；其弱电应用还仍处在实验室攻关阶段。

【参考文献】

[1]Marianne Rotter, Marcus Tegel, and Dirk Johrendt, Superconductivity at 38 K in the Iron Arsenide (Ba1-xKx)Fe2As2, PRL 101, 107006 (2008).

[2]Hiroki Takahashi, Kazumi Igawa, Kazunobu Arii, Yoichi Kamihara, Masahiro Hirano amp; Hideo Hosono, Superconductivity at 43 K in an iron-based layered compound LaO1-xFxFeAs, Nature 453, 376 (2008).

[3]张裕恒编.超导物理[M].第3版.合肥：中国科学技术大学出版社，2009.1-28

资料编号：[194147]

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