钙和铈二元掺杂对钇钡铜氧超导体性能的影响

1、钙和铈二元掺杂对钇钡铜氧超导体性能的影响论文摘要：本文用固相反响法制备了Y Ca (Ba Ce ) Cu O (x = 00.1)一系列样品。利用X射线衍射法(XRD)对其粉体的物相进行了表征，发现随着掺杂量的增加，样品的晶体结构有从正交相向四方相转变的趋势。采用标准四端引线法系统的测量了样品的超导电性，发现随着掺杂量的增加，样品的超导转变温度呈逐渐降低的趋势。并对实验结果进行了详细的理论分析。论文关键词：超导体,固相反响法,超导转变温度引言YBaCuO(YBCO，Y(123)是具有钙钛矿结构的铜氧化物高温超导体，在能源、电力、交通、电子通信、医疗、科学仪器、国防和重大科技工程等领域有重大的应

2、用前景，它特殊的物理性质也因此成为了当今物理学中一个研究热点。其中元素替代法作为一种十分有效地手段，在探索高温超导机理、改善材料性能和寻找新型超导材料中被广泛采用，如YBCO超导体的Y位、Cu位以及Ba位的替代等。赵勇,诸葛向彬等人认为Ca局部替代Y位时，由于空穴引入到绝缘的YBaCuO系统中，会使其发生由绝缘体向超导体的转变；ChJooss等人认为Ca掺杂到纯的YBCO超导体中会导致载流子重新分布，进而提高临界电流密度；在镧系元素中，除Ce、Tb和Pr外都能对Y位进行替代，形成与YBCO类似的正交钙钛矿结构，单胞体积和晶格参数都随原子半径的减小而线性减小，超导转变温度T值变化不大；Ca替代B

3、a位时，随着掺杂量的增加，超导体的转变温度依次下降，样品的结构也从正交相向四方相转变。目前，对单元素掺杂的研究已经取得了突破性的进展，但是对二元掺杂报道相对较少，因而把两种不同的元素同时掺入超导体中，探索二元掺杂对YBCO超导体性能的影响是非常有研究意义的。因此本文采用固相反响法，将Ca、Ce以YCa(BaCe)CuO的形式掺入到YBCO超导体中，研究了双元素掺杂对YBCO超导体性能的影响，并利用X射线衍射仪对其粉末进行物相表征，采用标准的四端引线法对块体进行超导转变温度分析。2样品和实验实验所用的名义组分为YCa(BaCe)CuO的超导样品采用简单的固相反响法制备。用与文献相类似的书写生成Y

4、BCO超导体的方法，我们可以推测出，在样品的制备过程中可能发生的根本的固相反响为(1-x)YO+4(1-x)BaCO+2xCaCO+4xCeO+6CuO+O2YCa(BaCe)CuO+2(2-x)CO。将YO(99.59%)，BaCO(99%)，CaCO(99%)，CeO(99%)，CuO(99%)各粉料烘干，并按YCa(BaCe)CuO的名义组分以一定的比例精确称量，然后以球料比为1:2的配比方法放入玛瑙罐中，置于球磨机中球磨6h，便可得到均匀混合的细化的混合粉料。将充分球磨后的混合粉料于880空气中预烧24h，而后随炉冷却至室温。为保证充分反响，提高样品的质量，将所得粉体经再次充分研磨后放

5、入880空气中再次预烧24h。将二次预烧的粉体重新研磨后，在20MPa的压力下将其压制成片，在900的温度下烧结24h，然后退火至440，并在440持续通氧12h。经过上述实验操作，我们制备了YCa(BaCe)CuO(x=0,0.02,0.04,0,06,0.08,0.1)一系列样品。采用日本理学公司(Rigaku)产D/max-2400型粉末X-射线衍射仪(X-rayDiffractometer)对这一系列样品的物相进行表征，测定条件:CuKa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测量了样品的转变温度。3实验结果与讨论图1是所有样品YCa(BaCe)

6、CuO(x=00.1)的X射线衍射图。从图中可以看出对于纯的YBCO(x=0)只有正交的Y(123)相峰。当x=0.02时出现了BaCeO和BaCuO杂相。随着掺杂量的增加，杂质相的衍射峰越来越强,且出现了其他别的杂相。BaCeO相的衍射峰强度越来越强，说明Ce并没进入Y(123)相中进行元素替代，而是单独与Ba形成BaCeO杂相，破坏YBCO相的形成，这与文献报道的一致。这是由于Ce的四价是很稳定的氧化态，它与其他的二价阳离子形成钙钛矿ABO型结构比形成类钙钛矿的Y(123)相结构系统的能量更低的缘故。随着掺杂量的增加，Y(123)相的衍射峰强度逐渐减弱,但峰位和峰形大致没有发生变化。我们认

7、为是由于引入Ce后，超导相的配比成分发生偏离，导致超导相含量下降所致。排除杂相的衍射峰的影响，我们发现随着掺杂量的增加，样品YCa(BaCe)CuO保持了与Y(123)相同的单相正交结构，说明Ca已经进入YBCO中进行了元素替代。为了更清楚地看出样品晶体结构的变化，将图1衍射峰的特征峰放大，如图2所示，可以看出随着掺杂量的的增加，两个峰有逐渐变为一个峰的趋势，且峰的强度逐渐减弱。这是由于Ca离子的半径(0.099nm)小于Y离子的半径(0.1015nm)，进行元素替代后，离子半径的减小引起晶格常数的变化，就导致了样品的晶体结构由正交相向四方相转变。这也是引起超导体起始转变温度下降的原因。4结论

8、本文采用固相反响法制备了YCa(BaCe)CuO(x=00.1)一系列超导样品，并对其特性进行了研究。结果发现，随着Ca、Ce掺杂量的增加，样品的晶体结构有从正交相向四方相转变的趋势，而且Ce也没有如预期的进入YBCO中进行元素替代，而是单独与Ba形成BaCeO杂相，破坏YBCO的成相，使超导相含量降低。随Ca、Ce掺杂量的增加，超导体的转变温度呈下降趋势，这一方面是因为BaCeO杂相的影响，另一方面是因为Ca掺杂后载流子浓度降低，导致转变温度T下降。参考文献1 李平林,张金仓,曹桂新,邓冬梅,刘丽华,董成,敬超,曹世勋,物理学报,53(2004),1223.2 Bottger G, Mang

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