《Ba-122鐵基超導塗層導體的釘扎機制及性能提高研究》是依託中國科學院電工研究所，由徐中堂擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Ba-122鐵基超導塗層導體的釘扎機制及性能提高研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐中堂
- 依託單位：中國科學院電工研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性能薄膜是鐵基超導材料強電和弱電套用的關鍵基礎，塗層導體是實用化超導材料的重要研究課題。目前，基於鐵基超導的塗層導體在4.2K、自場下臨界電流密度已達1000000 A/cm2。但隨著塗層導體技術研究的不斷深入，緩衝層微觀結構(界面結構、表面形貌、晶粒信息、面內取向等)和人工釘扎中心的作用引起了廣泛關注。本項目擬以脈衝雷射外延(PLD)方法製備Co摻雜Ba-122超導薄膜並瞄準緩衝層微觀結構和人工釘扎中心兩個關鍵問題：重點研究緩衝層微觀結構與薄膜性能之間的關係；研究人工釘扎中心對薄膜磁通釘扎和高場性能的影響；研究強磁場熱處理等後處理手段對晶粒尺寸和取向等微觀結構的調製作用。在此基礎上，建立起緩衝層微觀結構及後期處理手段與薄膜性能之間的定量關係，並研究薄膜的磁通釘扎機制。通過以上研究，為進一步提高Ba-122塗層導體的臨界電流密度提供實驗依據和理論支撐。
結題摘要
鐵基超導體發現於2008年，具有優異的超導性能，如超過200 T的上臨界場、較小的各向異性、較低的加工成本。被《科學》雜誌譽為目前最有發展前景的新型高溫超導體，被列入了《中國製造2025》“十大重點突破領域”。鐵基超導體在諸多重要領域具有重大套用前景，如大型聚變裝置、高能物理裝置、強磁場裝置、生物醫療成像等領域。高性能塗層導體是實現上述套用的重要手段之一。 在青年基金的支持下，我們以鐵基超導體塗層導體為研究重點，製備出了高性能塗層導體。並研究了對超導薄膜性能的調控，相關研究成果可以為鐵基超導塗層導體的性能提升提供參考意義。 首次以STO為緩衝層製備出了Co摻雜Ba-122塗層導體，並詳細研究了釘扎機制。所製備出的塗層導體具有較高的結晶結構和超導性能，如Tc~20.2 K、自場Jc~1.14 MA/cm2，9T下仍然高達0.98 MA/cm2。釘扎機制分析表明對於c軸方向，點釘紮起主要作用，而對於ab面方向，關聯釘紮起主要作用。此外，我們詳細研究了緩衝層對超導性能的影響，研究發現在緩衝層中引入大量氧空位對提高超導性能至關重要。首次在緩衝層面內取向差高達7.7°的金屬基底上實現了Fe(Se,Te)塗層導體，證實了鐵基超導體具有顯著的成本優勢。為了為提升塗層導體性能提供模型參考，我們以Y2O3納米顆粒在Co摻雜Ba-122薄膜中引入了人工釘扎中心，實現了超導性能的人工調控。TEM表征證實所引入的人工釘扎中心形成了沿c軸方向的納米柱。納米柱的存在極大的提升了薄膜的c軸釘扎性能，使c軸Jc高於ab面Jc。相關研究成果可以轉移到塗層導體上。 國際同行對於我們塗層導體的研究成果給予了高度評價。鐵基超導發現人Hosono教授，在最新的超導專著裡面(Superconductivity: From Materials Science to Practical Applications，Springer)，引用相關工作高達6次。相關研究成果共發表SCI論文6篇，EI論文1篇，獲得授權專利1項，正在申請1項。我們的塗層導體工作證實了鐵基超導體具有成本優勢，為鐵基材料的強電套用奠定了一定基礎。
