铁基对垂直作用于MgB2／Fe超导带材外场的影响

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MgB2超导膜的研究的开题报告

MgB2超导膜的研究的开题报告
尊敬的评委：
我想就“MgB2超导膜的研究”为题目向各位评委做一份开题报告。

随着电子科技和能源技术的不断发展，超导材料已成为研究的热点领域。

MgB2作为一种新型的高温超导材料，具有超导温度高、超导电性好等优势，是当前研究的热点之一。

MgB2超导膜是指将MgB2材料制备成膜，以期望其在电子器件中发挥更加卓越的性能。

与传统的超导材料铜氧化物相比，MgB2材料可以在较高的温度下成为超导体，且其超导电性能是当前最好的；而MgB2超导膜作为它应用的一种形式，可以在超薄条件下发挥其优良的超导性能。

目前，MgB2超导膜的制备技术还比较薄弱，但是在锆基管式磁控溅射、分子束外延和化学气相沉积等技术的应用下，已经有了一定的进展。

本文拟采用化学气相沉积技术，通过变换反应物流量比，调整反应条件，探究对MgB2超导膜制备的影响，以期望获得制备优质的MgB2超导膜。

本论文主要研究内容包括研究MgB2超导膜的制备工艺，评估膜的
超导性能，探究制备工艺和膜超导性能的关系，以及对具有实际意义的
电子器件进行性能测试。

本研究的意义在于为MgB2超导膜在电子、医疗和军事等领域的应用提供技术手段，并为新型超导膜材料的研究发展提
供新的思路。

总体而言，本研究旨在利用化学气相沉积技术制备MgB2超导膜，
通过研究优化工艺参数，探寻其相关机理，并测试其性能，为进一步应
用于电子技术等领域奠定基础。

感谢各位评委的关注与支持。

MgB2超导膜的制备及性质研究的开题报告

MgB2超导膜的制备及性质研究的开题报告一、选题背景超导材料在电力传输、储存和医疗成像等领域具有重要应用价值。

MgB2是一种新型的二元化合物超导材料，具有超导转变温度较高，超导电流密度较大的特点，因此备受研究关注。

目前，已经有许多研究工作探究了MgB2的制备和性质，但仍然存在一些问题亟待解决。

本研究将致力于对MgB2超导膜的制备及其性质进行深入的研究和探究。

二、研究目的本研究旨在通过制备MgB2超导膜，进一步了解该材料的物理、化学性质，特别是其在超导方面的性能，为其在应用中提供更好的应用基础。

具体目的包括：1、利用物理气相沉积法制备MgB2超导膜。

2、研究MgB2超导膜的结构和物理性质。

3、探究MgB2超导膜的超导性能及其与制备条件的关系。

三、研究内容1、制备MgB2超导膜采用物理气相沉积法，在硅衬底上制备MgB2薄膜。

通过调节沉积参数，如沉积温度、气压、沉积时间等，优化薄膜制备条件，获得高质量的MgB2超导膜。

2、结构和物理性质研究使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究MgB2超导膜的结构和形貌；使用超导量子干涉（SQUID）磁性测量系统测量MgB2超导膜的临界电流密度（Jc）、临界温度（Tc）等物理性质。

3、超导性能及其与制备条件的关系研究通过采用不同的制备条件（如沉积温度、掺杂等），研究MgB2超导膜的超导性能及其与制备条件的关系，探究影响MgB2超导膜超导性能的因素和机制。

四、研究意义本研究将有助于深入了解MgB2超导膜的制备和性质，为其在超导电力传输、医疗成像等领域中的应用提供技术支持和应用基础。

通过优化制备条件，提高MgB2超导膜的超导性能，将有助于进一步推动超导材料在实际应用中的推广和应用。

五、研究方法及步骤1、物理气相沉积法制备MgB2超导膜；2、采用XRD和SEM等手段分析MgB2超导膜的结构和形貌；3、采用SQUID磁性测量系统测量MgB2超导膜的超导性能；4、通过调节制备条件对MgB2超导膜的超导性能进行优化；5、分析研究结果并撰写论文。

[已阅]MgB_2超导薄膜制备方法对比研究-important

评述Mg B 2超导薄膜制备方法对比研究3高建龙周建中张　莉(兰州理工大学理学院　兰州　730050)摘　要文章结合Mg B 2超导薄膜在电子器件中的应用,简介了混合物理化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法、分子束外延法和电子束蒸发法等Mg B 2超导薄膜制备方法和研究进展,并对主要的M g B 2超导薄膜制备方法进行了比较,提出了改进意见.对M g B 2超导薄膜的应用前景作了展望.关键词二硼化镁,超导,薄膜,制备技术A contra sti ve study on fabri ca ti on techn i que of M gB 2superconducti n g thi n f il mG AO J ian 2Long ZHOU Jian 2Zhong ZHANG L i(School of Science,L anzhou U niversity of Technology,Lanzhou 730050,China )Abstract Taking considerati on of the app lication of Mg B 2superconducting thin fil m in electronic apparatus,the fabricati on techniques and p rogress of Mg B 2thin fil m such as hybrid physical 2chem ical vapor deposition,pulsed laser deposition,magnetron s puttering,molecular beam ep itaxy and E 2beam Evaporation are briefed .The main synthesis methods are compared and so me suggestion for i mp r oving the quality of thin fil m is suggested .The app lication p ros pect of Mg B 2superconducting thin fil m is p resented .Keywords Mg B 2,superconductivity,thin fil m,fabricati on technique2007-09-16收到初稿,2008-02-01收到修改稿　通讯联系人.Email:zl22@eyou .com1　引言自从Mg B 2(T c =39K )超导体发现以来[1],无论在理论领域还是应用领域都吸引了国内外众多研究者的注意.特别是由于Mg B 2具有一系列优点:它具有很高的临界电流密度J c (～107A /c m 2)和高的上临界磁场H C2(70T,掺碳)[2,3];具有较长的相干长度(ξ～5n m )[4];晶粒间不存在弱连接[5];没有复杂的界面问题[6];用电制冷技术即可使其在20K 左右的温度下稳定工作,而不必使用操作复杂、价格昂贵的液氦;其材料结构简单,原料丰富.因此,Mg B 2极具潜力成为新一代广泛应用的超导材料.现代电子器件是以薄膜为基础的,尤其是集成的电子器件更是如此.Mg B 2发现以后,基于Mg B 2薄膜的超导器件研究得到了飞速发展.例如:利用低温原位生长薄膜技术,Ueda K,Sait o S 与Shi m akage H,Tsuji m ot o K 两个研究小组先后在分子束外延系统和溅射系统上率先实现了层状的超导绝缘超导约瑟夫森结[7,8];M ijat ovic 等人采用混合物理化学气相沉积(HPCVD )方法制备的优质外延薄膜在一个单晶区域内实现了由聚集离子束刻蚀而成的纳米桥S QU I D 磁强计[9],工作温度在37K 以上,磁场灵敏度达1pT/Hz 1/2;Cybart 等人利用电子束曝光和离子束注入技术制备的多达20个Mg B 2约瑟夫森结形成的阵列[10],其结参数分布有着较好的一致性.这些工作无疑将极大地推动Mg B 2超导器件应用的深入发展.迄今为止,为了制备出均匀致密、表面平整光滑、超导电性优异的Mg B2薄膜,研究人员已经尝试了多种制膜方法,主要有混合物理化学气相沉积法(hybrid physical2che m ical vapor depositi on, HPCVD)[11—23]、脉冲激光沉积法(pulsed laser depo2 siti on,P LD)[24—39]、磁控溅射法(magnetr on s putte2 ring,MS)[40—48]、分子束外延法(molecular bea m ep i2 taxy,MBE)[49—56]、电子束蒸发法(E2bea m Evapora2 ti on)[57—61]等.本文将通过比较给出混合物理化学气相沉积法在Mg B2超导薄膜的制备中的优越性.2　Mg B2超导薄膜制备方法和研究进展2.1　混合物理化学气相沉积法(HPCV D)混合物理化学气相沉积法制备Mg B2超导薄膜原理如图1[13]所示,最关键的是在清洁的环境中产生高的Mg蒸气压(大约为44m t orr左右(700℃)).通过加热基座(550—760℃)使其上的纯Mg块形成高的Mg蒸气压.实验通过控制B2H6(乙硼烷)和H2的流入量(5—250scc m)来控制Mg B2的沉积速率(0.1—5n m/s).最终在蓝宝石和Si C基底上生长了沿c轴高度取向的Mg B2薄膜,取向关系为(0001)[1120]Mg B2//(0001)[1120]Si C.T c=41K,ρ40K=0.1μΩc m,剩余电阻率RRR(R300K/R40K)=80, J c(4.2K,0T)=3.4×107A/c m2,表面电阻R s(18GHz)=230μΩ,穿透深度λ(0)=50nm,掺碳时的上临界磁场HC2(掺碳)=60T,不可逆磁场强度H irr=45T.超导薄膜的磁致电阻具有很大的各向异性.在平行平面的方向上,Δρ/ρ=1.36(18T).目前,用混合物理化学气相沉积法制备Mg B2超导薄膜的主要有美国宾夕法尼亚州州立大学的郗小星小组和北京大学物理学院冯庆荣小组.郗小星于2002年9月采用混合物理化学气相沉积法在世界上首次成功地合成大电流Mg B2超导外延薄膜材料,薄膜表面平整,Tc 高达41.8K,Jc为1×107A/c m2.这是Mg B2超导材料发展过程中决定性的一步[11,12].冯庆荣小组的特色工作是Mg B2超导厚膜的制备,超导转变温度较高,杂相较少,韧度较好[20].现在该组已经制备出与郗小星组同样质量的Mg B2超导薄膜,其中制备的双面Mg B2超导薄膜在微波电子器件方面有巨大的应用潜力.冯庆荣小组采用混合物理化学气相沉积法在α2A l2O3(00l)衬底上原位制备了一批超导性能良好的外延Mg B2超导薄膜和双面超导薄膜样品[14,15].图1　(a)HPCVD系统的示意图;(b)基底附近反应堆的气体速率分布图用10%浓度的乙硼烷、氢气混合气作为原料,在蓝宝石衬底上制备的一批超导性能良好的Mg B2薄膜,厚度为200nm左右,晶粒大小为200—300nm.样品的零电阻转变温度Tc(0)最高可达39K,ΔTc=0.4K,ρ300K=8.5μΩc m,ρ40K=2μΩc m,RRR(R300K/R40K)=4.2.薄膜样品具有较好的c轴取向,对样品的(101)面φ扫描结果显示,Mg B2薄膜晶格与衬底有很好的外延取向,取向关系为[1010]Mg B2∥[1120]A l2O3.由毕恩模型可得样品的临界电流密度Jc(5K,0T)=9.8×106A/c m2.冯庆荣小组在不锈钢衬底上原位制备了以Mg B2厚膜(约10μm厚)为过渡层的Mg B2超导厚膜(约20μm厚)样品[16],两层膜总厚约30μm.此超导厚膜样品的开始转变温度Tc(onset)=37.8K,零电阻转变温度Tc(zer o)=36.6K,ΔTc=1.2K.对此样品的弯曲实验表明,以曲率半径500μm弯曲到180°后,样品仍具有Tc(onset)=37.8K,T c(zer o)=36.4K的超导电性.样品剖面的SE M观测表明,该膜结构致密,表面厚膜层和过渡层之间连接紧密.样品表面的SE M观测表明,虽然样品弯曲导致表面Mg B2超导厚膜面出现了裂缝,甚至有小部分膜面的脱落,但过渡层始终紧紧附着在不锈钢衬底上.这表明过渡层Mg B2厚膜的存在大大地提高了样品整体的柔韧性,展现了不锈钢衬底上的Mg B2厚膜超导带(线)巨大的开发潜力和诱人的广阔应用前景.在目前水平下,Mg B2薄膜的CVD/HPCVD方法有望利用现在广泛使用的CVD薄膜生长设备,在应用领域探索出其最佳工艺参数,制备出高质量的评述Mg B2薄膜和厚膜,为Mg B2超导电子器件的原位制备及第二代Mg B2超导带奠定了坚实的基础.2.2　脉冲激光沉积法(P LD)P LD技术主要沉积超导薄膜、铁电体、光电体、半导体、金刚石或类金刚石以及各种有机物薄膜.一般由脉冲激光器,光路系统(光阑扫描器、会聚透镜、激光窗等),沉积系统(真空室、抽真空泵、充气系统、靶材、基片加热器)和辅助设备(测控装置、监控装置、电机冷却系统)等组成.当一束具有足够高能量密度的激光束聚焦在靶材表面时,靶材就会被加热,融化、汽化、形成高温高密度的等离子体,由靶材向基片输运,在基片上凝聚、成核、长大形成薄膜.目前,利用脉冲激光沉积法制备Mg B2超导薄膜比较活跃的研究小组,国外有日本仙台的Badica P,W atanabe K小组和澳大利亚的窦士学等研究小组,国内有北京大学的王福仁小组和中国科学院物理研究所的杨国桢、周岳亮和王淑芳等小组.Badica P和T ogano K等人利用P LD方法使用Nd-Y AG激光在A l2O3(001)衬底上生长了Mg B2超导薄膜[24],生长环境是真空度为1—0.8Pa的A r气,脉冲能量为350—450mJ.室温沉积的Mg B2超导薄膜在500—780℃下进行原位和先位后处理1小时.SE M/TE M/E DS显示Mg B2薄膜由微小微粒(≤20n m)组成.这种方法很有希望发展涂层超导体.Dou S X和Zhao Y等小组利用P LD技术在c-A l2O3衬底上和120mT orr的高纯A r气环境下制备出了表面光滑、沿c轴取向的Mg B2超导薄膜[25].在630℃、760T orr A r气环境下原位后处理1m in.原子力显微镜和X射线衍射显示,在5×5μm2区域内晶体微粒≤50nm,Tc=33.1K,ΔT c为0.9K,不存在各向异性.Hc2-T曲线显示垂直和平行膜面的斜率是1T/K,是截止目前所报道的用P LD方法制备的Mg B2薄膜中质量最好的.王福仁小组利用脉冲激光沉积方法原位生长Mg B2超导薄膜[26],实验采用两步法:高真空条件下在A l2O3(001)衬底上沉积加覆盖Mg层的Mg-B 混合物双层结构膜,然后将该前驱体在640℃的A r 气氛中原位退火6分钟,成功地制备出重复性最佳的Mg B2超导薄膜,其起始转变温度Tc(onset)为36.5K,T c(zer o)为35.3K,ΔT c略大于1K,RRR= 1.4.在5T的磁场下,超导转变温度可以控制在20K 以上,显示出Mg B2较好的应用潜力.同时测试5K时的磁滞回线,由Bean模型可得Jc (5K,0T)=1.3×106A/c m2.这种在相对较低温度、完全原位处理的制备方法为进一步基于多层膜结构的器件研究提供了一种可行的方案.杨国桢、周岳亮等人分别利用化学气相沉积、脉冲激光沉积和电泳技术在氧化物单晶基片Mg O(111)和c2A l2O3上制备了Mg B2超导薄膜和厚膜[27].其中利用P LD技术在c2A l2O3上制备的薄膜厚度为0.6μm,其转变温度Tc为38.4K,转变宽度ΔTc为0.3K.制备的Mg B2膜样品的剩余电阻率RRR=R300K/R40K均小于3.并用S QU I D磁强计测量磁场垂直膜面时上述样品的磁滞回线,由Bean公式计算样品的临界电流密度Jc(15K,0T)=1.0×107A/c m2.用蓝宝石谐振器测量其表面微波电阻为100μΩ(18GHz,10K),在XRD图中,除了基片c2A l2O3的特征峰和Mg B2(001)衍射峰外,没有其他衍射峰.这表明利用P LD技术在c2A l2O3基片上制备的Mg B2薄膜沿c轴取向生长.因此,Mg B2薄膜在微波领域具有诱人的应用前景.在P LD系统中,原位生长Mg B2超导薄膜时,主要问题是在退火过程中必须具有充足的镁.HeinrichA,Leirer C等人利用P LD沉积技术(原位退火),成功地制备了Mg B2超导薄膜[28],其转变温度为38.3K,几乎接近块材.测量其临界温度T c(0T)=38.3K(ΔT c=3K),R(H c2)=0.9R(T c),但上临界场H c2(0K)=27.5T,较低的上临界场是由于薄膜内具有非常少的钉扎中心所引起.2.3　磁控溅射法(MS法)MS法是用荷能粒子轰击固体靶表面,靶面原子或分子与高能离子进行能量交换后,飞出靶面沉积到基片表面而形成薄膜.在高压作用下,A r气电离成为A r+离子和电子,电子受到垂直于电场的磁场影响发生偏转,而A r+离子在高压电场加速作用下,与靶材发生撞击,导致靶材表面的原子吸收A r+离子的动能而脱离原晶格束缚,从而使呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片,并在基片上沉积形成薄膜.磁控溅射制备Mg B2薄膜时采用直流或射频磁控溅射,靶材多为单质的Mg,B双靶或者Mg靶中镶嵌B块的复合靶.双靶溅射可以比较方便地通过各自的溅射功率来调节沉积到基片上的Mg,B原子的量,而复合靶材只能在制备时才确定有效的溅射区域内Mg,B的含量.如果优化靶材中Mg与B的比例,就可能会使其Tc和Jc与其他方法制备的薄膜评述相接近.采用双靶溅射效果较好.目前利用磁控溅射制备Mg B2超导薄膜的有意大利Capua R D i,斯洛伐克的M icunek R和德国的Schneider R,Geerk J等研究小组.斯洛伐克M icunek R研究小组[40]利用Mg和B 两个独立的溅射源在蓝宝石衬底上沉淀非常平滑的Mg/B先驱膜,B用射频磁控源,Mg用直流磁控源.然后先驱膜在500—700℃氩气氛下进行原位退火,得到200n m厚表面光滑的Mg B2超导薄膜.研究发现,在680℃下先位退火所得薄膜质量最佳,其T c(onset)≤35K,T c(zer o)≤32K,J c(4.2K)< 106A/c m2.德国Schneider R,Geerk J小组报道了利用磁控溅射方法先后两次在蓝宝石基底上原位合成了Mg B2超导薄膜[41].第一次Mg和B作为两个靶溅射,基底温度控制在290—320℃,Mg,B比例适当时,超导转变温度Tc=24K,转变宽度ΔT c=0.6K,如果在600℃短时间退火后,Tc可提高到28K.第二次所不同的是Mg溅射源被一个临时的Mg蒸发器代替,同时基底温度提高到440℃时,Tc可达33K,如果沉积结束后在A r气(1.4×10-2mbar)下,在630℃后退火3m in,则T c高达36K,同时其临界电流密度Jc=1.5×107A/c m2.意大利研究小组Vagli o R和Magli one M G等人采用磁控溅射方法,在830℃时,在蓝宝石和Mg O衬底上,原位后退火获得高质量的Mg B2超导薄膜[42],其Tc=35K,转变宽度为0.5K,剩余电阻率为1.6,J c=1.0×106A/c m2,各向异性比率r=2.5.此方法可用于大面积原位生长Mg B2超导薄膜.2.4　分子束外延法(MBE)分子束外延法是在真空蒸发镀膜加以改进和提高的基础上而形成的镀膜技术.在超高真空条件下,通过薄膜各组分元素的分子束流,直接喷到温度适宜的衬底表面上,在合适的条件下就能淀积出所需外延层.蒸发源、监控系统、分析系统的高性能和超高真空条件的实现,此法可以制备出外延厚度和界面平整度很高的单晶薄膜.目前利用此方法制备Mg B2薄膜主要是日本Harada Y研究小组[49],此小组利用分子束外延法比较系统地研究了不同的基底的Mg B2超导薄膜,指出ZnO是最佳的基底,制备的Mg B2超导薄膜的Tc(onset)为35K,Tc (zer o)=35.2K,ΔTc为0.2K,表面电阻率(300K)为8.9μΩc m.此方法在超导电子器件领域具有很大的应用潜力.日本日立股份有限公司的Ya ma mot o H和Tsuka mot o A等人,利用分子束外延法在A l2O3(0001)衬底上,在300℃和10-8—10-7T orr环境下,制备了Mg B2超导薄膜,通过研究沿表面生长的柱状晶粒来研究钉扎中心与微观结构之间的关系.其T c在33—34K左右,J c(14T,4.2K)=1.3×105A/c m2.证明Mg B2超导薄膜表面的柱状晶粒能够有效地作为Mg B2超导薄膜中的钉扎中心.2.5　电子束蒸发法电子束蒸发法是一束电子通过电场加速后聚焦到待蒸发材料的表面.通过水冷,可以避免蒸发材料与坩埚壁发生反应,由此可制备出高纯度Mg B2薄膜,原理如图2所示.图2　电子束蒸发装置示意图电子束蒸发制备Mg B2薄膜的研究小组主要有日本鹿尓岛大学Koujir o Nagat omo研究小组,上海大学的Hong M Z小组和北京大学物理学院王福仁小组.王福仁小组主要是利用外退火制备Mg B2多层膜,并且不断改进其制备工艺,效果显著.王福仁小组利用电子束蒸发B膜和Mg/B多层膜为前驱膜,再利用后退火的方法,分别在高温区(～900℃)和中温区(～750℃)处理,成功地获得了Mg B2超导薄膜[58].电子束蒸镀B膜为前驱体,且在A r气背景气压的条件下,成功地制备出T c在38K以上的Mg B2超导薄膜,ΔTc约0.3K,XRD显示有明显的c轴取向生长,(002)峰的F WH M小于1.两种不同前驱体外退火制备的Mg B2薄膜性质对比见表1.最近此小组还报道了利用电子束蒸发的Mg/B评述表1　两种不同前驱体外退火制备的Mg B 2薄膜性质对比前驱体退火温区退火时间背景A r 气T cΔT cRRR XRD表面B 膜900℃60m in 20kPa >38K 0.3K >3.5c 轴取向粗糙,有时Mg 污染Mg /B 膜750℃30m in50kPa35K0.8K1.6无衍射峰均匀,无污染多层膜作为前驱体,然后后退火制备Mg B 2薄膜的工作[59],实验中改进了采用翻转膜面的退火方式,有效地避免降温过程中Mg 蒸气在薄膜表面形成的颗粒凝结.此方法还可进一步运用于制备双面Mg B 2薄膜的实验中.日本筑波Kitaguchi H 和鹿儿岛大学Doi T 等研究小组,利用电子束蒸发法在蓝宝石基底上沉积Mg B 2超导薄膜[60],不作任何后处理,但薄膜超导性能良好:T c =33.12—33.90K,J c (4.2K,0T )=(4.7—7.1)×106A /c m 2,J c (4.2K,4T )=(0.8—1.1)×106A /c m 2(垂直表面),这是因为薄膜表面的垂直方向上有柱状晶粒生成.3　Mg B 2超导薄膜制备方法比较及改进实用的超导薄膜制备技术,一方面要求超导性能优良、沉积速率快、产量高、均匀沉积面积广;另一方面要求设备简单,沉积系统维持高Mg 蒸气压,避免氧的污染,同时工艺过程的可重复性、优化的沉积方案稳定可靠.3.1　比较在众多沉积Mg B 2薄膜工艺中,脉冲激光沉积法的最大优点是制备的Mg B 2超导薄膜与靶材成分容易一致,同时容易制成多层膜和异质膜,特别是只需简单的换靶就可以制成多元氧化物的异质结;磁控溅射法制备的Mg B 2超导薄膜质量高,沉积时电子和离子成膜的轰击次数少,避免了基片的温度过高,溅射膜与基板之间的附着性好;分子束外延法所采用的设备最复杂,但可以实现人工一个原子层一个原子层地生长,能在实验过程中精确控制Mg/B 原子比例,能够严格控制生长过程和生长速率,并在生长过程中可以观察生长情况,制备的外延Mg B 2薄膜质量最好,且不存在污染问题;CVD 法可以任意控制薄膜的组成,制备出全新结构和组成的材料,所成的薄膜均匀,方向性小,此方法现在得到了不断的改进和提高.HPCVD 系统能够产生高的Mg 蒸气压和提供清洁的沉积环境,并且沉积速度快,设备简单;HPCVD 法得到的薄膜超导性能最好,T c 最高;掺碳对于制备高质量高性能Mg B 2薄膜是必不可少的,但是现在还没有找到最佳掺碳(C )的原料和工艺参数.郗小星组掺碳用的是二茂镁.而二茂镁是一种价高且需复杂设备控制的碳源;北京大学冯庆荣小组已经找到了价低且无须复杂设备控制的碳源,但实验正在进行中,尚需一定时间才能摸索出合适的工艺参数.表2对Mg B 2薄膜几种主要的制备方法在目前工艺水平下作了比较,可见,在目前的工艺水平下,混合物理化学气相沉积法制备Mg B 2超导薄膜的综合性能最好.3.2　改进3.2.1　改进一现在工业上对于Mg B 2气体的使用有着一套严表2　HPCVD,P LD,MS,MBE,E -Bea m 五种制备Mg B 2薄膜的方法对比特性工艺参数HPCVDP LDMSMBEE 2Bea mT c (max )～41K ～38K ～35K ～35K ～38K ρ300K8.5μΩc m 左右150μΩc m 左右200μΩcm 左右8.9μΩc m 左右350μΩcm J c3.5×107A /cm 21.6×107A /c m 2<106A /c m 21.6×105A /c m 22.4×106A /cm 2RRR =R 300K /R 40K ～80～1.4～1.6～1.7～1.35晶粒尺寸400—500nm 几到几十nm100nm180nm 左右100-200nm所用背景气体B 2H 6,H 2氩气氩气-氩气H c260T (掺碳)27.5T 19T 39T 37.78T H irr45T 9T (21K )3T -19.2T 所用硼源B 2H 6B 粉B 粉B 粉B 粉评述2的.在Mg气氛充足的情况下,Mg B2薄膜的沉积速率与B2H6的流量成正比.薄膜的形成过程是一个“自动吸附沉积”的过程,载流H2的流量增大,使得薄膜原子可以在衬底上有较长的时间移动到能量低的位置,有利于外延薄膜的形成.可见,气体的输运过程对薄膜的沉积速率有很重要的影响.当沉积速率不断增大时,相同时间内生长的膜越来越厚,造成表面平整度下降,晶粒取向也逐渐杂乱.因此,要以较高的生长速率得到性能和形貌更好的薄膜,必须创造一个具有较高流速而且非常平稳的气体输运过程.本文提出了采用多个输气装置同时供气,增大和稳定气体流速的改进思路.一方面,多个输气装置同时供气,可以在供气时形成更加精细的“微调”,对于一个输气装置的调节,将不会因该装置的误差使总气流产生较大误差.另一方面,不确定性因素对某个或某几个输气装置产生影响,将不至于严重影响总气流.3.2.2　改进二在Mg B2薄膜制备过程中,外退火方法受其制备工艺的限制,难于在多层结构上加以发展,使得超导器件的制备受到一定限制.原位生长高质量的Mg B2超导薄膜对于超导器件的发展是非常有潜力的,但是利用原位退火生长Mg B2必须要求前驱体偏离正常的配比组分,即提供过剩的Mg源以弥补高温下的挥发,这使得生长过程中对组分的定量控制和调节往往较差,同时Mg原子强烈挥发而留下的大量空位对薄膜样品致密程度的影响也显而易见,这些都成为进一步提高薄膜质量的制约因素.为此改进如下:采用如图3所示的脉冲激光沉积(两步,原位)法.用自行烧制的Mg B2靶先在衬底上沉积一层满足Mg:B化学计量配比为1:2的混合物薄膜,再在其上覆盖一层Mg膜.退火时,上面的Mg层的挥发起到保护作用,通过定量控制Mg层挥发完成之前底层薄膜所处的成相状态,可使底层的Mg-B混合物在适宜温度下成相生成Mg B2.图3　Mg B2超导薄膜生长实验过程3.2.3　改进三通过将溅射过程控制在异常辉光放电或弧光放的沉积物在单位时间内的通量,并缩短了溅射物从Mg B2靶子到衬底所需的时间,可以有效控地制Mg 在溅射制膜过程中的损失,从而在原位一次就得到具有超导特性、且具有单一取向的Mg B2超导薄膜.3.3　展望本文介绍了Mg B2超导薄膜的制备方法和研究进展,对几种主要的制膜方法作了比较,并提出了改进意见.Mg B2薄膜因其多方面的特点和优越表现,对其制备方法的对比研究具有重大的应用价值.目前,对Mg B2超导薄膜的研究已取得了很大成果,特别是以薄膜为基础的现代电子器件,像S QU I D等已发挥了重要的作用.但是,高效率、高重复率地制备高质量的Mg B2多层薄膜,且达到工业化生产和应用水平,还有待于进一步研究.鉴于目前转变温度较高的氧化物超导体加工困难,从应用角度讲,Mg B2超导体薄膜的研究将受到持续的关注.参考文献[1]Naga matsu J,Nakaga wa N,Muranaka T et al.Nature,2001,410:63[2]Eom C B,Lee M K,Choi J H et al.Nature,2001,411:31[3]Pogrebnyakov A V,Xi X X,Redwing J M et al.App l.Phys.Lett.,2004,85:2018[4]Finne more D K,O stens on J E,Bud′ko S L et al.Phys.Rev.Lett.,2001,86:2420[5]Larbalestier D C,Cooley L D,R ikelM O et al.Nature,2001,410:186[6]Nait o M,Ueda K.Supercond.Sci.Technol.,2004,17:R1[7]Ueda K,Sait o S,Sernba K et al.App l.Phys.Lett.,2005,86:177502[8]Shi m akage H,Tsuji m ot o K,W ang Z et al.App l.Phys.Lett.,2005,86:072512[9]M ijat ovic D,B rinkman A,Veldhuis D et al.App l.Phys.Lett.,2005,87:192505[10]Cybart S A,Chen K,Cui Y et al.App l.Phys.Lett.,2006,88:012509[11]Zeng X H,Pogrebnyakov A V,Zhu M H et al.App l.Phys.Lett.,2003,82:2097[12]Pogrebnyakov A V,Redwing J M,Jones J E et al.App 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超导体MgB2超导电性及制备技术的研究进展

c= 0. 352 4 nmo MgB2 合金超导体的超导转变温度达到甚至超过经典电声藕合理论(BCS 理论) 预言的极限[4 它的发现使世界凝聚态物理 3，
图I M 2晶结 gB 体构
学界为之兴奋，世界主要媒体都相继报道了这项超导研究领域的新突破。 Nagamatsu 等的 J. 新发现在世界范围内掀起了一股超导热〔， MgB, 超导电性和制备方法的研究论文迅速 2 有关 ] 涌现〔7 3 年多来， 5 70 -4 世界各国的研究人员使用各种现代化的制备技术和研究手段，制得了
粉末冶金材料科学与工程
第9卷
到致密的块状材料。样品经抛光后具有金属光泽，粉末 X 射线衍射实验表明，生成物是
MgB2。利用 SQUID 磁强计测量了低温下磁矩随温度的变化，四引线法测量了电阻随温度的
变化，结果表明， MgBZ在 39 K 以上发生超导转变。高压合成可以缩短反应时间，大大减小反应过程中 Mg 被氧化的几率，白金箔的使用避免了外界环境的污染，有利于制备单相的 MgBZ 超导体。
的振频造高动率成了MgB 高T}9 6 2的 E,11o
元素替代有可能提高某种化合物的超导转变温度，可以探寻具有更高转变温度的有关化合物。另外，添加元素之后，只要不使 T} 明显降低，有可能作为钉扎中心，从而提高临界电流
密度。添加元素包括碳、锉、被、铜、妮、铁、钻、 [1 8 。在所有的添加铝、硅、锌、锰、银、铁、镍等[ 3.1]
常采用 Ar 气或 Ar 气和 H: 气的混合气体。
2. 1 块材的制备 (1) 高压合成[1 2 s-21。李绍春等[is〕将Mg 粉(98. 5%)和超细B 粉(99. 999 )按摩尔比1 : 2 混合， N: 气氛下研磨均匀，在再把混合物压片，用白金箔密封，放人氮化硼管和石墨管中。利用叶蜡石块作为传压介质， 3. 0 GPa , 1 000 ℃条件下烧结 10- 30 min , 淬火至室温降压，在得

元素掺杂对MgB_2晶体结构和超导电性影响的研究

元素掺杂对MgB_2晶体结构和超导电性影响的研究具有六方晶体结构的金属间化合物二硼化镁MgB2（magnesium diboride）在温度接近绝对温度40K（-233℃）时发生超导转变,成为一类新的超导体。

迄今为止,有关二硼化镁的基础研究和应用开发方面都取得了很大的进展。

在基础研究方面,人们不仅对二硼化镁超导体的基本性能有了较为清楚的了解,同时对其超导机理和特性也有了较为深入的认识,从而为开发二硼化镁超导体的实际应用奠定了重要的基础。

在实际应用方面,基于二硼化镁超导材料的实用线材已经商品化,相关的强电应用也有了显著的发展,开发出了包括电动机、磁体、等多种应用形式和器件。

总之,二硼化镁超导体的发现和相关研究极大地推动了超导领域的发展和进步。

然而,与已经发现的其他超导体一样,二硼化镁超导体在一定程度上也还存在着令人们困惑的基础理论问题、在实际应用中不尽人意的性能短板、以及批量制备中的技术难点,等等。

这些问题的解决都依赖于科技工作者们在前人的基础上进行更为深入细致的探索研究和更为精细的深度开发。

本论文就是在这样一个背景下,本着超导研究工作者的责任感和使命感,选取有关二硼化镁超导材料中迫切需要解决的应用基础问题来开展研究,力争在深化洞察二硼化镁超导体的相关物理机理、推进二硼化镁超导材料制备技术方面做出自己的贡献。

在第三章,本文研究了第三主族元素Al和In在MgB2中的掺杂作用。

首先通过优化的制备方法制备了Mg1-xAlxB2、Mg1-xInxB2、和Mg1-x(Al0.5Li0.5)xB2 三个系列样品,获得了纯度高、均匀性好的掺杂样品,为后续的结构表征、物性测量奠定了良好的基础。

铁基超导材料的电子结构分析

铁基超导材料的电子结构分析引言近年来，超导材料一直是材料科学领域的研究热点之一。

在各类超导材料中，铁基超导材料因其高超导转变温度和潜在的应用前景而备受关注。

为了深入了解铁基超导材料的性质和机制，研究人员致力于对其电子结构进行详尽的分析。

一、铁基超导材料的发现与特点铁基超导材料最早于2008年由日本学者文山義隆团队首次发现。

与传统的BCS超导理论不同，铁基超导材料的超导机制主要由电子-声子相互作用和自旋-波相互作用共同贡献。

这种复杂的相互作用使得铁基超导材料的电子结构分析变得尤为重要。

二、基于第一性原理的计算方法为了揭示铁基超导材料的电子结构，研究人员通常采用第一性原理计算方法。

这种计算方法基于量子力学原则，从头计算材料的电子结构，能够提供详细的信息，如能带结构、密度泛函理论、费米面等。

通过与实验结果的对比，可以验证该方法的准确性。

三、电子能带结构的分析在铁基超导材料的电子结构分析中，电子能带结构是最重要的指标之一。

通过计算材料的能带结构，可以确定其导电性和超导性等性质。

实验观测到的能带结构与理论计算结果的对比表明，铁基超导材料的电子结构受到晶格结构、杂质和缺陷等因素的影响，进一步揭示了超导机制的复杂性。

四、费米面拓扑的影响费米面是能带结构中非常重要的参数之一，它描述了不同能级上的电子态的分布情况。

对于铁基超导材料来说，费米面的拓扑结构对其超导性能具有重要的影响。

研究人员通过电子结构计算和实验观察发现，铁基超导材料的费米面形状和拓扑结构与其超导转变温度密切相关，为铁基超导体的设计和优化提供了理论依据。

五、磁性相互作用的研究铁基超导材料中的自旋-波相互作用被认为是超导机制的重要因素之一。

通过电子结构计算，可以揭示材料中自旋-波相互作用的本质。

研究人员发现，铁基超导材料的自旋-波相互作用会影响到其电子结构中的能带间隙，进而影响材料的超导性。

这一结果为进一步理解铁基超导材料提供了线索。

结论铁基超导材料的电子结构分析为揭示其超导机制提供了重要的信息。

铁基超导现象解析

铁基超导现象解析铁基超导材料是指含有铁元素的超导材料，是超导领域的研究热点之一。

铁基超导材料具有许多独特的物理性质，如高温超导、磁性和结构相互作用等，引起了科学家们的广泛关注。

本文将对铁基超导现象进行解析，探讨其物理机制和应用前景。

一、铁基超导的发现历程铁基超导材料的发现可以追溯到2008年，当时最早被报道的铁基超导体是LaFeAsO1-xFx。

这种材料在26K的温度下表现出超导性质，这一发现引起了科学界的轰动。

此后，科学家们陆续发现了一系列铁基超导材料，如BaFe2As2、FeSe等，这些材料的超导转变温度相对较高，为研究者提供了更多的可能性。

二、铁基超导的物理机制铁基超导的物理机制是一个复杂而有待深入研究的课题。

目前，对铁基超导机制的解释主要有两种理论：磁激子理论和多轨道相互作用理论。

1. 磁激子理论磁激子理论认为，铁基超导体的超导性质与其磁性有关。

在铁基超导体中，铁元素的磁性起着重要作用，通过磁激子的相互作用，可以形成超导电子对。

这种理论解释了铁基超导体中磁性和超导性的关联性，但仍有一些问题有待解决。

2. 多轨道相互作用理论多轨道相互作用理论认为，铁基超导体中的多个轨道之间存在相互作用，这种相互作用可以导致电子之间的吸引力，从而形成超导电子对。

这种理论更好地解释了铁基超导体中的超导性质，但仍需要更多的实验证据来支持。

三、铁基超导的应用前景铁基超导材料具有许多潜在的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 超导电力输送铁基超导材料具有较高的临界温度和临界电流密度，可以用于超导电力输送系统。

超导电力输送系统具有输电效率高、能耗低的优势，可以提高电力输送的效率和稳定性。

2. 磁共振成像铁基超导材料可以用于磁共振成像等医疗设备中，其高临界温度和高磁场性能可以提高成像的分辨率和灵敏度，为医学诊断提供更好的帮助。

3. 量子计算铁基超导材料还可以应用于量子计算领域，其超导性质可以用来构建量子比特和量子逻辑门，为量子计算机的发展提供新的可能性。

高温超导中的铁基材料研究

高温超导中的铁基材料研究高温超导是材料科学领域的重要研究方向之一，也是人们长久以来追求的目标之一。

而铁基材料作为一类具有高温超导性能的材料，近年来备受关注。

本文将就铁基材料的研究进行介绍，并探讨其在高温超导领域中的应用前景。

一、铁基材料研究概述铁基材料是指以铁为基础元素的化合物，其晶格结构中包含铁-砷或铁-硒等化学键。

在材料科学研究中，铁基材料被发现具有良好的超导性能，且超导转变温度较高，通常在26K以上。

铁基材料具有重子对耦合（heavy fermion pairing）的特点，这一特性使得其超导机制与传统的低温超导材料不同。

二、铁基材料的研究进展近年来，研究者们对铁基材料进行了广泛的研究，探索其物理性质和超导机制。

他们发现，铁基材料中的超导态在磁场下表现出不同的特性，如超导相变的温度和磁场依赖性，以及磁滞效应等。

此外，研究者们还发现了一些影响铁基材料超导性能的因素，如晶格畸变、电子结构、声子谱等。

这些研究对于理解铁基材料的超导机制以及提高其超导性能具有重要意义。

三、铁基材料在高温超导中的应用前景铁基材料作为一类具有高温超导性能的材料，具有在电力输配、磁共振成像、超导电子器件等领域中的广阔应用前景。

例如，在电力输配领域，铁基材料的高温超导性能可以大大减少电能的损耗，提高电力输送的效率。

在磁共振成像领域，高温超导体可以提供更强的磁场，从而提高成像的分辨率和灵敏度。

此外，铁基材料还可以应用于超导电子器件中，如超导量子干涉器和量子计算机等。

四、铁基材料研究的挑战和未来展望尽管铁基材料具有良好的超导性能和广阔的应用前景，但目前仍存在许多挑战。

首先，尚未完全理解铁基材料的超导机制，需要进一步的实验和理论研究来揭示其特性。

其次，铁基材料的制备工艺尚不成熟，需要寻找合适的材料合成方法和工艺优化方案。

此外，铁基材料的稳定性和可重复性也需要进一步提高。

展望未来，随着对铁基材料研究的深入和技术的不断发展，相信铁基材料在高温超导领域将取得更大的突破。

新型超导体MgB_2超导电性及制备技术进展

新型超导体M gB 2超导电性及制备技术进展*夏庆林1)**易健宏1),2) 李丽娅1) 叶途明1) 杜鹃1) 彭元东1)1)(中南大学粉末冶金国家重点实验室中南大学物理科学与技术学院,长沙410083)2)(牛津大学材料系,牛津QXI 3PH)摘要: 文章简单介绍了新型超导体M gB 2的基本超导电性,综述了M gB 2块材(多晶)、线材、带材的主要制备技术,对M gB 2超导材料的应用前景进行了展望,并指明了下一步研究工作的方向。

关键词:M g B 2;超导电性;制备技术Superconductivity and progress in preparation technologyof novel superconductor MgB 2Xia Qinglin 1),Yi Jianhong 1),2),Li Liya 1),Ye Tuming 1),Du Juan 1),Peng Yuandong 1)1)(State Key L aboratory for Power M etallurg y and Schoo l of Physics Science andT echnology,Centr al South U niversity,Changsha 410083,China)2)(Depar tment of M aterials,Ox ford U niversit y,Par ks Road,Ox ford Q XI 3PH,U K)Abstract:After simply introducing the basic superconductiv ity of novel superconductor M gB 2,the main pr epar atio n techniques of bulk (poly cr ystal),w ire,tape of M gB 2w ere outlined T he application of this novel super conductive mater ial is promising and the research directio n on M gB 2is pointed out Key words:M gB 2;superconductivity ;pr epar atio n technology*湖南省自然科学基金资助项目(编号02JJY 2079)**夏庆林(1973-),男,博士研究生,主要从事新型功能材料的研究。

超导体材料中的铁基超导机制

超导体材料中的铁基超导机制超导体是一种特殊的物质，具有在低温下电阻彻底消失的特点。

这种神奇的现象几乎可以应用于各个领域，包括能源传输、磁共振成像、磁悬浮等。

铁基超导体是近年来超导体研究领域的一个热点，其超导转变温度较高，但其超导机制却相对复杂不易理解。

本文将探讨铁基超导体中的超导机制。

1. 背景介绍铁基超导体是指以铁为主要组成元素的超导材料，其超导转变温度远高于常规超导材料。

铁基超导材料可以分为多种类型，包括FeSe系列、BaFe2As2系列等。

这些材料具有共同的特点，即铁原子之间的磁性相互作用对超导性起到重要的影响。

2. 理论模型铁基超导体的超导机制目前尚未被完全理解，但已经提出了一些相关的理论模型来解释其超导性质。

其中最为重要的是铁基超导体中的费米面嵌套和声子介导的超导机制。

2.1 费米面嵌套模型费米面嵌套模型是最早提出的铁基超导机制之一。

该模型认为，铁原子之间的相互作用导致了电子晶格的畸变，进而改变了费米面形状。

在一定的区域内，费米面彼此嵌套，这种费米面嵌套有助于形成电子间的库珀对，并促进超导转变的发生。

2.2 声子介导模型声子介导模型是解释铁基超导机制的另一种理论模型。

该模型认为，电子和晶格振动之间的相互作用是铁基超导的主要机制。

晶格振动产生了声子，而声子的传递又促使了电子之间的吸引力，最终形成了超导态。

3. 实验证据实验证据对于验证理论模型至关重要。

针对铁基超导体的研究已经得到了一系列有力的实验证据。

3.1 费米面嵌套的实验证据近年来，通过角分辨光电子能谱测量等实验手段，观察到了费米面嵌套效应的存在。

这一实验证据表明，费米面嵌套在铁基超导体中起着重要的作用，并可能与其超导性质密切相关。

3.2 声子介导的实验证据通过中子散射等实验手段，研究人员观察到了铁基超导体中的晶格振动特征。

这些实验证据表明，铁基超导体中的声子对电子之间的相互作用起到了重要的媒介作用，从而促进了超导转变的发生。

4. 挑战与展望虽然铁基超导体的超导机制已经取得了一些进展，但仍存在许多挑战需要克服。

铁基超导材料的结构及研究进展

铁基超导材料的结构及研究进展作者：李继春雷俊玲夏芳敏来源：《新材料产业》 2017年第7期一、前言2006年和 2007年，日本东京工业大学的Hosono小组相继发现LaOFeP[1] 和LaNiPO [2] 具有超导电性，超导临界转变温度(T C )均在10K以下，这一发现没有引起外界的关注。

2008年初， Hosono小组通过在LaFeAsO体系中掺杂F元素得到具有超导电性的LaFeAsO 1-xF x ，超导临界转变温度为26K[3] ，自此引发了关于铁基超导材料的广泛研究。

其中中国科学院先后合成多种铁基超导材料，并将最高临界转变温度(Sm 0.95 La 0.05 O 0.85 F 0.15 FeAs)T C 提高到57K [4] 。

与传统的金属基低温超导材料铌锡和二硼化镁（MgB 2 ）等相比，铁基超导材料具有较高的临界转变温度和上临界场H c2 [5] 。

铁基超导材料临界转变温度T C 比铜氧化物超导材料低，但其各向异性较小，晶界弱连接性较弱，在强磁场下仍具有较强的载流能力，其临界电流密度J c 可达到 10 5 A/cm 2 以上 [6] ，可以应用于强磁场的环境。

二、铁基超导材料的分类目前，已合成的铁基超导材料种类众多，按照组成和晶体结构主要分为 4大体系：“1111” 体系、“122” 体系、“111” 体系和“11” 体系。

1.“1111”体系研究进展“1111” 体系是最早发现的铁基超导材料体系，研究也最为广泛。

该体系化学通式为LnOFeAs，其中Ln代表稀土金属元素，用F元素对O位进行掺杂，空间结构如图1所示，为ZrCuSiAs型四方晶系结构，由绝缘层（LnO层）与超导层（FeAs层）交错层叠而成， L n - O层提供载流子， F e - A s层传输超导电流。

该体系的显著优点是具有较高的超导临界转变温度和临界电流密度，可以应用于强电领域和电子学方面。

LaOFeAs母体没有超导特性， Hosono小组发现当该物质中11％左右的氧离子被氟离子替换后，超导临界转变温度达到最高为26K [3] ，并且加压后临界转变温度随之提高。

可产生1T强磁场的MgB_2超导体

可产生1T强磁场的MgB_2超导体
启明
【期刊名称】《金属功能材料》
【年(卷),期】2003(10)6
【总页数】1页(P29-29)
【关键词】超导体;MgB2;日本芝浦工业大学;火花等离子烧结;制造工艺
【作者】启明
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TM26
【相关文献】
1.超导体MgB_2成相过程及试验检验 [J], 郭永庆;冯旺军;李翠环;陈映杉
2.高压合成MgB_2超导体单晶的研究现状 [J], 郭永庆
3.超导体产生的强磁场如何测量 [J], 张钟华
4.烧结方法对MgB_2超导体结构和性能的影响 [J], 许红亮;冯勇;闫果;陈自力;张锐;徐政
5.MgB_2超导体的各向异性 [J], 苏希玉;侯艳丽;侯芹英;张霞
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铁基超导体物理性质与机制解析

铁基超导体物理性质与机制解析引言铁基超导体是指一类以铁基化合物为主要成分的超导材料。

自2008年发现第一个铁基超导体LaFeAsO以来，铁基超导体的研究引起了广泛的关注和热议。

与传统的低温超导体不同，铁基超导体在相对较高的温度下就能展现出超导性。

理解铁基超导体的物理性质与机制对于推动超导技术的发展和应用具有重要意义。

本文将对铁基超导体的物理性质和机制进行解析。

1. 铁基超导体的基本性质1.1 超导性质铁基超导体的最显著性质是其在相对较高的温度下表现出超导性。

与低温超导体相比，铁基超导体的超导转变温度一般在20-50K之间，甚至可以达到最高近50K。

这种较高的超导转变温度使得铁基超导体在实际应用中具有更大的潜力。

1.2 结构和晶格铁基超导体通常采用层状结构，其中铁基层是超导性的关键部分。

铁基层由铁离子和其他元素（如碱金属或碱土金属）组成，周围环绕着具有超导性质的电子配对。

这种层状结构的存在对于铁基超导体的物理性质和机制具有重要的影响。

2. 铁基超导体的超导机制铁基超导体的超导机制仍然是一个活跃的研究领域，有许多理论模型被提出。

以下是几个最常见的超导机制解析。

2.1 电子-声子相互作用电子-声子相互作用是一种常见的超导机制，也被认为在铁基超导体中起到重要作用。

在这种机制下，铁基层中的电子通过与晶格振动相互作用，形成库珀对从而实现超导。

一些实验证据支持了这一机制，如声子谱的特征和晶格畸变的出现。

2.2 基于强关联电子效应的机制铁基超导体中的电子密度约束引起了强关联电子效应，这种效应被认为可能是铁基超导机制的重要因素。

在这种机制下，电子之间的自旋和轨道相互作用导致了电子关联态的形成。

这种关联态对超导性的出现起到重要作用。

2.3 多体激发和对称性破缺多体激发和对称性破缺也被认为是铁基超导体超导机制的重要因素。

在铁基超导体中，电子与晶格、磁场和其他凝聚态系统的相互作用导致了多种多体激发的形成。

这些激发可以在超导化合物中引起对称性的破缺，从而实现超导性。

磁控溅射法对制备MgB_(2)超导薄膜性能的影响

27张竺立1，李向东2摘　要：MgB 2超导转变温度可达39 K ,结构简单，临界电流密度高。

由于MgB 2可以承载高电流密度和磁场，从而在超导电子器件领域具有很大的应用潜能。

电子器件是以薄膜为基础的，因此制备出性能优越的MgB 2超导薄膜尤为重要。

文章通过将脉冲激光沉积法、分子束外延法、化学气相沉积法和混合物理化学气相沉积法、电子束退火法与磁控溅射法制备的MgB 2超导薄膜进行比较，分析了磁控溅射法的优越性。

简述了磁控溅射法制备MgB 2超导薄膜的研究现状及掺杂对MgB 2超导薄膜性能的影响，对制备高性能的MgB 2超导薄膜具有重要的参考价值。

关键词：超导材料；MgB 2；磁控溅射法；制备中图分类号：O469 文献标识码：A 文章编号：1673-2014(2021)02-0027-05磁控溅射法对制备MgB 2超导薄膜性能的影响（1.长治学院电子信息与物理系；山西长治 046011；2.山西大学物理电子工程学院激光光谱研究所；山西长治 030006）收稿日期：2021-02-18基金项目：长治学院校级课题“金属元素掺杂对铌酸锂薄膜电化学性能的影响研究”（XJ2020000701）作者简介：张竺立（1993- ），女，山西临汾人，硕士，助教，主要从事超导薄膜制备及性能影响研究；李向东（1997- ），男，山西忻州人，硕士研究生，主要从事二维过渡金属硫化物及动力学研究。

引言MgB 2晶体结构[1,2]如图1所示，在 MgB2 的晶体结构中，Mg 原子和B 原子分别按照类石墨层结构方式排列，B 原子呈蜂巢形水平排列，Mg 原子呈[1]六方密堆积水平排列，每一个 Mg 原子位于六个 B 原子组成的正六边形结构的中心轴上。

由于MgB 2超导薄膜具有优良的超导性，加入超导材料制成的超导电缆可以减少传输过程中电能的恶损耗。

制备MgB 2超导薄膜主要采用脉冲激光沉积法[3]、磁控溅射法[4]、分子束外延法、化学气相沉积法[5]和混合物理化学气相沉积法[6]、电子束退火法[7]等。

铁基超导材料的微观结构与超导性能研究

铁基超导材料的微观结构与超导性能研究超导材料是一种在低温下具有零电阻和完全磁场排斥能力的特殊材料。

近年来，研究人员对于铁基超导材料的微观结构与超导性能进行了广泛探索与研究。

这些材料具有丰富的电子行为，并且在低温下展现出令人惊叹的超导性能。

本文将以铁基超导材料为主题，探讨其微观结构和超导性能的研究进展。

一、铁基超导材料的发现和发展铁基超导材料是指由铁基层和超导层堆叠而成的晶体结构。

这类材料于2008年被首次发现，并获得Nobel Prize in Physics的提名。

铁基超导材料的发现引起了广泛关注，并给超导材料研究领域带来了新的突破。

二、铁基超导材料的晶体结构铁基超导材料的晶体结构通常由Fe和Se或Te构成。

其中，Fe层是超导层，Se或Te层是非超导层。

这种涂层结构使铁基超导材料具备了特殊的电子行为。

研究人员通过X射线衍射、中子散射等技术手段，解析了铁基超导材料的晶体结构，并发现了一些特殊的晶体缺陷和界面相互作用。

这些结构特征对于理解超导性能的起源以及超导相变的机制非常重要。

三、铁基超导材料的电子行为铁基超导材料具有复杂的电子行为。

通过角分辨光电子能谱等技术，研究人员发现，铁基超导材料的电子结构中存在着复杂的带结构和费米面拓扑性质。

这些特征对于超导性能的形成和展现起到至关重要的作用。

此外，研究人员还发现，在铁基超导材料中存在着铁磁性和自旋波等特殊的自旋行为。

这些特性为深入理解铁基超导机制提供了线索。

四、铁基超导材料的超导性能铁基超导材料的超导性能表现出许多独特的特性。

首先，该类材料的超导转变温度通常较高，可以达到甚至超过液氮温度。

其次，铁基超导材料在强磁场下仍然保持着良好的超导性能。

这些特点使得铁基超导材料具有巨大的应用潜力，尤其在能源传输和储存领域具有重要意义。

五、铁基超导材料的应用前景铁基超导材料的研究不仅对于科学界有着重要的意义，也对应用领域具有潜在的重大影响。

目前，已经有学者开始研究铁基超导材料在能源传输和储存、电子器件和计算机处理器等领域的应用。

铁基超导材料的结构及其性能研究

铁基超导材料的结构及其性能研究随着科学技术的不断进步，高温超导材料的研究与应用逐渐成为研究者们关注的热点领域。

其中，铁基超导材料因其具有较高的超导转变温度、良好的电子传输和磁学性质等优良特点，成为了当前的研究热点之一。

本文将从铁基超导材料的结构特点和性能研究入手，探讨铁基超导材料的研究现状以及发展趋势。

一、结构特点铁基超导材料的结构特点关系到其超导性能和应用。

研究发现，铁基超导材料的原理与绿藻素晶体有很大的相似之处。

正如绿藻素晶体中的铜氧层构成了超导电子系统的中心部分一样，铁基超导材料中的铁基层也构成了其中心部分，对其超导特性产生了重要的影响。

铁基超导材料以FeAs为主要结构单元，之后加入其他金属元素，形成复合结构。

目前已经发现了多种铁基超导材料，包括Fe-As、Fe-Se等多种类型。

其中，最具有代表性的是LaOFeAs和BaFe2As2。

LaOFeAs的结构特点为：其中的铁原子形成了层状结构，每两层铁原子之间夹杂着一层LaO层。

而BaFe2As2的结构特点则为：每个铁原子周围分别有四个As原子。

这些结构特点关系到铁基超导材料的电子传输特性和超导转变温度，因此研究其结构特点对于进一步探索铁基超导材料的性能具有指导意义。

二、性能研究铁基超导材料的性能研究一直是科学家们的研究重点。

其中，超导转变温度是评价超导材料性能的一个指标。

近年来，研究人员通过对不同铁基超导材料的研究，发现它们的超导转变温度受到多种因素的影响，包括晶体结构、化学元素组成和掺杂度等。

晶体结构：铁基超导材料的晶体结构种类繁多，因此其超导性能也有所不同。

例如，FeSe晶体的超导转变温度约为8K，而BaFe2As2的超导转变温度约为38K。

化学元素组成：另外，铁基超导材料中所添加的化学元素也会影响其超导性能。

例如，通过对BaFe2As2的掺杂（如Ni、Co、Sr等）可以提高其超导转变温度。

掺杂度：铁基超导材料的超导性能还受到掺杂度的影响。

北京大学物理学院在低维MgB2超导材料领域取得新进展

北京大学物理学院在低维MgB2超导材料领域取得新进展佚名
【期刊名称】《北京大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2009()2
【总页数】1页(P349-349)
【关键词】超导材料;MgB2;物理学院;北京大学;低维;超导转变温度;二元化合物;能带结构
【正文语种】中文
【中图分类】O481;TM26
【相关文献】
1.探索超导材料\r奏响科研新华章——记北京理工大学物理学院特别研究员王秩伟 [J],
2.探索超导材料奏响科研新华章——记北京理工大学物理学院特别研究员王秩伟[J], 徐飞
3.北京大学化学与分子工程学院在仿生材料合成领域取得新进展 [J],
4.北京大学物理学院凝聚态计算物理团队在纳米碳管的分离上取得新进展 [J],
5.我校化学化工学院王科峰博士在电催化析氢材料研究领域取得最新进展 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铁基超导现象解析

铁基超导现象解析铁基超导材料是指以铁元素为主要成分的超导材料，具有高温超导特性。

铁基超导材料的发现开启了超导领域的新篇章，引起了科学界的广泛关注。

本文将对铁基超导现象进行解析，探讨其特性、机制以及在科学研究和应用领域的潜在意义。

一、铁基超导的发现历程铁基超导材料的发现可以追溯到2008年，当时由中国科学家高锟领导的研究团队在LaFeAsO化合物中首次观测到了铁基超导现象。

这一突破性发现引起了全球科学界的震动，铁基超导材料因此成为超导研究的热点领域之一。

随后，科学家们陆续发现了多种铁基超导材料，如BaFe2As2、FeSe等，丰富了铁基超导材料的家族。

二、铁基超导的特性铁基超导材料具有许多独特的特性，使其在超导领域备受关注。

首先，铁基超导材料的超导转变温度相对较高，一般在20K以上，甚至可达到50K以上，这与传统的低温超导材料相比具有明显优势。

其次，铁基超导材料的结构复杂多样，包含多种铁基层间的相互作用，这为研究人员提供了丰富的研究对象。

此外，铁基超导材料还表现出多种不同的超导相，如s波、d波等，这为深入理解超导机制提供了新的视角。

三、铁基超导的机制探讨铁基超导的机制至今仍然是一个备受争议的问题，科学家们提出了多种理论模型来解释铁基超导的产生机制。

其中，费米液体理论、自旋波理论、多铁性理论等被广泛应用于铁基超导的研究中。

费米液体理论认为，铁基超导的产生与费米面附近的电子相互作用有关；自旋波理论则强调了自旋波激发在铁基超导中的重要性；多铁性理论则认为，铁基超导材料中的多铁性结构对超导性质的产生起到了关键作用。

这些理论模型为解析铁基超导现象提供了重要的参考。

四、铁基超导的应用前景铁基超导材料由于其高温超导特性和丰富的物理性质，在能源、电子学、磁学等领域具有广阔的应用前景。

在能源领域，铁基超导材料可用于制造高效率的超导电缆、超导磁体等设备，提高能源传输效率；在电子学领域，铁基超导材料可用于制造超导量子比特、超导电子器件等，推动量子计算和信息技术的发展；在磁学领域，铁基超导材料的磁性特性也备受关注，有望应用于磁存储、磁传感器等领域。