《鉈系高溫超導薄膜生長及其微波非線性研究》是依託南開大學，由季魯擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鉈系高溫超導薄膜生長及其微波非線性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：季魯
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
TlBa2Ca2Cu3O9 (Tl-1223)超導體的單一Tl-O層晶體結構，使其具有很強的磁通釘扎，在磁場下超導性能可以與YBCO(超導轉變溫度88K)材料相媲美，而且它具有更高的超導轉變溫度（110K），因此在強電領域和弱電領域中，都具有廣闊的套用前景。.本項目對非元素摻雜Tl-1223薄膜的生長製備進行研究，運用磁控濺射和二次後退火法，將Tl-1212相作為中間相，來得到高相純度的Tl-1223超導薄膜。對影響Tl-1223超導薄膜生長的熱處理溫度、時間等因素進行系統深入的研究，並在上述基礎上研製出實用大面積Tl-1223超導薄膜。.本項目另一任務是針對高溫超導薄膜微波套用中出現的非線性效應進行研究，為提高超導薄膜及器件的微波性能，對不同晶體結構Tl系高溫超導薄膜器件的微波功率承載能力和三階互調進行研究比較。此研究對探索高溫超導薄膜的微波非線性機理具有現實意義。
結題摘要
本項目解決了非摻雜Tl-1223高溫超導（HTS）薄膜製備過程中的純度問題。研究首先利用磁控濺射和後退火的方法，先製備Tl-1212中間相薄膜，再第二次高溫退火轉變為Tl-1223超導薄膜，實現了非摻雜Tl-1223薄膜的製備。在此基礎上，我們又首次提出了利用Tl-2223相中間薄膜來轉化Tl-1223超導薄膜。Tl-2223相的出現會抑制Tl-1212相產生，同時高溫下Tl-2223相很容易分解為Tl-1223相。利用該方法，我們分別在氧氣和氬氣條件下成功製備了超導特性較好的Tl-1223薄膜。在氧氣條件下得到的Tl-1223薄膜，其臨界轉變溫度Tc為110K，臨界電流密度Jc（77K，0T）為1.5MA/cm2。在氬氣條件下得到的Tl-1223薄膜，其Tc為107-108K， Jc（77K，0T） 大於3MA/cm2。並且在氬氣條件下完成了面積為一英寸LaAlO3襯底上Tl-1223薄膜的製備。項目利用納米顆粒修飾襯底提高Tl-2212薄膜的臨界電流密度。在LaAlO3襯底上交流磁控濺射生長CeO2納米顆粒或Ce和Ag納米顆粒，通過這些納米顆粒在薄膜和襯底表面形成的晶格缺陷，提升薄膜磁通釘扎強度。以100nm厚Tl-2212薄膜為例， 0.5T， 77K時，帶有CeO2納米顆粒的Tl-2212薄膜Jc高出普通Tl-2212超導薄膜10倍。為了提高Tl-2212超導薄膜的微波領域套用，我們系統研究了Tl-2212超導薄膜的結晶和超導特性隨厚度變化的規律。總結出在氬氣條件下製備厚度從0.1µm至2.8µm的Tl-2212薄膜生長規律，1.8µm厚Tl-2212超導薄膜Jc仍可以超過1MA/cm2。該研究有關厚膜的結論也為大功率超導濾波器製備過程中Tl-2212超導薄膜的選取打下了研究基礎。本項目還完成在Tl-2212超導薄膜上製作工作在C波段的三階切比雪夫濾波器帶通濾波器並進行微波測試，濾波器中心頻率4GHz，頻寬為80MHz。經測試該濾波器在93K時基本可以滿足一般工程需要，90K時處於穩定狀態。採用相同的工藝，我們在Tl-2223超導薄膜上也完成了高溫超導濾波器的製作。雖然在100K以上溫區濾波器的S21曲線較好，受刻蝕儀器精度的影響，濾波器的插入損耗較大，實驗仍然需要進一步完善。我們還提出了兩種新型的準分形結構諧振器結構，設計出工作性能優越的高溫超導多工器
