掺杂对Y Ba Cu O 的超导电性及其晶格结构的影响

1、掺杂对Y Ba Cu O 的超导电性及其晶格结构的影响论文摘要：本文采用固相反响法成功制备出一系列 Y 与Y 的摩尔比为 1 : x ( x= 0、0.14、0.27、0.3、0.35、0.4、0.45、0.47、0.5、0.8、1.18 ) 的样品。实验结果说明：在 0.35 x 0.5 范围内，Y 的起始转变温度 T 、临界转变温度 T 以及转变宽度 T 都在x = 0.47 出现了拐点，这说明了 x = 0.47 为最正确掺杂比例，同时本文也分析了Y 的晶格结构与其超导电性之间存在的内在关联。论文关键词：高温超导材料,掺杂,超导电性Tel:+86;Email:luyanzhong2021

2、163 .引言YBaCuO是高温氧化物超导材料体系中最具代表性的材料之一，它在应用领域和高温超导机理研究方面都具有举足轻重的作用。为了推动高温超导体在强电应用领域和强磁场范围内的实用化进程，必须向高温超导体中引入强的磁通钉扎中心，克服因弱的磁通钉扎而导致热激活磁通蠕动或磁通流变，以此来改善高温超导体的磁通钉扎能力，从而提高其磁场下的临界电流密度J。实践证明，掺杂是引进有效磁通钉扎中心最有效的方法，而掺杂方法主要有元素替代(或掺杂)和化合物掺杂。元素替代(或掺杂)在超导体中引入各种缺陷或杂质，形成钉扎中心，提高超导体临界电流密度J性能，但也降低了其临界转变温度T。化合物的掺杂因其可在不明显影响高

3、温超导体临界转变温度T的情况下，明显地提高其临界电流密度J值而受到人们的青睐。Murakami等人首先报道用QMG和MPMG方法制备的Y织构样品中，残留的Y颗粒可能作为强的磁通钉扎中心，提高织构化的Y超导体的J值。Wang等人认为伴随Y相产生的几何尺度与高温超导体的相干长度相当的层错、位错圈、孪晶面、贫氧区等可能作为磁通钉扎中心,提高YBCO超导体的J值。Lee等人用LPP方法制备的织构化的Y样品含有不同的Y粒子，对临界电流密度J有不同程度的改善。文献报道，掺杂不同体积超细的Y相对磁通钉扎起主要作用。当Y相弥散分布，粒度与相干长度相当时，对磁通束具有强的钉扎作用。高温超导体YBaCuO被发现以

4、来，人们大多侧重于探究在Y中掺杂Y，其临界电流密度J的变化规律及其原因，而对于在Y中掺杂Y，其超导电性的变化规律以及结构变化与超导电性之间所存在的内在关联等问题却报道不多。由于高温氧化物超导材料YBaCuO作为一种缺陷型的陶瓷材料，其特性很强地取决于它的晶格结构和电子行为。因此本文对Y中掺杂Y进行了比拟全面系统的研究，主要探究了由于Y的掺杂，Y的起始转变温度T、临界转变温度T以及转变宽度T的变化规律，同时我们也分析了Y晶格结构与其超导电性之间存在的内在关联，另外我们也找出了Y的最正确掺杂比例。2实验21YBCO单相先驱物的制备211YBaCuO单相先驱物的制备用分析纯YO、BaCO、CuO粉末

5、按Y:Ba:Cu=1:2:3的原子摩尔比精确称量配比，经充分研磨后在920空气气氛中预烧24h，自然冷却至室温。为使其反响充分，将所得粉体再次充分研磨、压片后，在空气环境中高温预烧24h后退火至400，并在400持续通氧20h，然后自然冷却至室温。经以上实验过程我们制成了较纯的YBaCuO相黑色粉末。212YBaCuO单相先驱物的制备用分析纯YO、BaCO、CuO粉末按Y:Ba:Cu=2:1:1的原子摩尔比精确称量配比，经充分研磨后在960空气气氛中预烧24h，自然冷却至室温。为使其反响充分，将所得粉体再次充分研磨、压片后，在空气环境中高温预烧20h后退火至450，并在450持续通氧24h，然

6、后自然冷却至室温。经以上实验过程我们制成了较纯的YBaCuO相绿色粉末。22系列样品的制备将以上制备的Y粉末与Y粉末分别按照1:x(x=0、0.14、0.27、0.3、0.35、0.4、0.45、0.47、0.5、0.8、1.18)的原子摩尔比精确称量，经充分研磨后在960空气气氛中预烧24h，自然冷却至室温。为使其充分反响，将所得粉体再次充分研磨、压片后，再在960空气环境中高温预烧10h后退火至400，并在400持续通氧20h，然后自然冷却至室温，这样就制成了一系列我们所需的实验样品。23晶格结构分析及其超导电性的测试采用日本理学公司产D/Max-2400型粉末X-射线衍射仪来对样品的晶格

7、结构进行分析。测定条件：CuK靶，管压为40kV，管流为100mA，2角度范围在2080。采用标准的四端引线法来测量样品的超导电性。3结果与讨论3.1Y掺杂对Y超导电性的影响分析由图1、图2和图3为Y的起始转变温度T、临界转变温度Tc和转变宽度Tc随Y掺杂量x的变化关系图图1Y的起始转变温度T随Y掺杂量x的变化关系图2Y的临界转变温度Tc随Y掺杂量x的变化关系图3Y的转变宽度Tc随Y掺杂量x的变化关系图4Y随Y掺杂量x变化的X射线衍射图图4为Y随Y掺杂量x变化的X射线衍射图谱。从图4可以看出：在x0.47时，其X射线衍射图谱的杂峰变的越来越多，我们分析可能是由于Y掺杂过量的缘故，在2=29.7

8、40、30.480和31.500三个位置的峰 c () V( ) (g/cm ) 0 3.8247 3.8869 11.6922 173.81 6.3573 0.14 3.8224 3.8949 11.6905 174.05 6.3561 0.27 3.8277 3.8946 11.7003 174.42 6.3425 0.3 3.8204 3.8803 11.6824 173.18 6.3917 0.35 3.8250 3.8888 11.6904 173.89 6.3617 0.4 3.8313 3.8797 11.6990 173.90 6.3615 0.45 3.8201 3.8868

9、 11.6867 173.52 6.3752 0.47 3.8290 3.8926 11.7342 174.90 6.3252 0.5 3.8178 3.8854 11.6772 173.22 6.3864 0.8 3.8104 3.8851 11.6548 172.54 6.4117 1.18 3.8242 3.8956 11.7070 174.41 6.3416 4结论本文采用固相反响法成功制备出了一系列Y与Y的摩尔比为1:x(x=0、0.14、0.27、0.3、0.35、0.4、0.45、0.47、0.5、0.8、1.18)的样品。用标准的四端引线法对样品的超导电性进行了测量，测量结果说

10、明：在0.35x0.5范围内，Y的起始转变温度T、临界转变温度T以及转变宽度T都在x=0.47出现了拐点，那么说明x=0.47(即Y中Y的质量分数为24.68)为最正确掺杂比例；同时本文也采用了X-射线衍射仪对样品的晶格结构进行了表征，测量结果也充分验证了上述结论，同时也充分说明Y的晶格结构与其超导电性之间存在着一种内在的必然关联。致谢：感谢甘肃省高等学校根本科研业务费工程2021年-2021年资助。参考文献1 C.Leblond-Harnois, I.Monot-Laffez and G.Desgardin, Physica C, 340(2000), 299-307.2 C.Leblond

11、-Harnois, R.Caillard, I.Monot-Laffez et al., Physica C ,341-348(2000), 2439-2440.3 J.Mannhart, H.Bielefeldt, B.Goetz et al., Physica C , 341-348(2000), 1393-1396.4 Hiroyuki Fujishiro, Hidekazu Teshima, Manabu Ikebe et al., Physica C, 392396 (2003) ,1711745 S. Jin, T. H. Tiefel, R. C. Sherwoodet al.,

12、 Phys. Rev. B,37(1988), 7850-7853.6 K.Osamura, T. Kizu and T. Oku, Physica C, 226(1994), 113-120.7 T.Oka Y. Itoh, Y. Yanagi et al., Physica C, 200 (1992) ,55-64.8 M. Murakami, M. Morita, K. Doi et al., Jpn. J. Appl. Phys. 28 (1989), L399 L401.9 N. L. Wang, Y. Chong, C. Y. Wang, et al., Phys . Rev. B, 47(1993),3347-3353.11 刘石香,付华明,徐克西, ?低温物理学报?, 26(4)(2004),273-279.12 赵忠贤,陈立泉,杨乾声等,?科学通报?,32(6)(1987),412-412。14 D. McK. Paul, G. Balakrishnan, N. R. Bernhoeftet al., Phys. Rev. Lett. 58( 1987) ,1976-1978.15 J. D. Jorgensen,B. W. Veal, W. K. Kwok et al . , Phys. Re