CN1098548A - 一种掺钬的高临界电流密度高磁通针扎力的高温超导体 - Google Patents

一种掺钬的高临界电流密度高磁通针扎力的高温超导体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种掺钬的高临界电流密度高磁通 针扎力的高温超导体，其特征在于组成为 Y(1-x)HoxBa2Cu3O7-δ，本发明利用稀土元素部分取代 Y使得铜氧化物超导体Y-123局域晶格失配形成的 应力场对磁通线的有效作用，在不引入其它非超导缺 陷而且不改变Y-123结构框架和超导性的前提下， 大幅度提高临界电流密度，达100％以上，并且具有 较高的超导转变温度，Tc～90K，此技术简单，有规模 生产和使用的前景。

Description

本发明涉及一种掺杂的超导体，它特别适用于掺钬的高临界电流密度高磁通针扎力的高温超导体。
超导体中临界电流密度依赖于磁通钉扎中心对磁通线的钉扎力的大小。60年代以来，在传统超导体的研究中，已经得到当钉中心的尺寸接近于超导体的相于长度时，钉扎强度达到最大值。对于传统超导体，相于长度在1000A数量级上，这个长度与晶粒尺寸相当。因此，一些研究表明在传统的A-15超导体中对磁通线的钉扎主要来自晶界。在60-70年代，有人研究了传统超导体中晶体缺陷（如位错和夹杂等）引发的应力场对磁通线的钉扎作用，但都是在传统超导体相于长度（1000A）尺度上的研究结果。而在高Tc超导体中，相干长度非常短只在10A数量级上，钉扎中心的尺寸只相当于一个晶胞大小。这样比起传统超导体，高Tc氧化物超导体的钉扎更加局域化。在传统超导体中一些能成为有效的钉扎中心的大尺寸缺陷（象晶界，大块夹杂等），在氧化物超导体中可能不再是有效的钉扎中心。因此有人提出了弥散的211相、辐照缺陷、孪晶界、氧缺位和螺形位错等等有可能成为氧化物超导体中的钉扎中心。但是，在氧化物超导体中有控制地引入上述晶格缺陷在实验室和在工业应用中都存在不同困难。首先，上述缺陷的引入破坏超导体的晶格结构和超导的单相性;另外，这些缺陷有可能退化为弱联接对超导有不利影响;特别是在实际应用中和工业生产中，很难做到规模生产。
未检索到有关的专利文献。现将已报导的有关涉及传统超导体应力的磁通钉扎问题和氧化物超导体中非超导缺陷（如211相、辐照缺陷、孪晶界、氧缺位和螺形位错等）的磁通钉扎问题的研究论文简列如下：
（1）A.M.Campbell  and  J.E.Evetts，Adv.Phys.21，199（1972）.
（2）G.J.Van  Gurp，Philips  Res.Rep.22，10（1967）.
（3）R.M.Scanlan，W.A.Fietz，E.F.Koch，
J.Appl.Phys.46，2244（1975）.
（4）W.W.Webb，Phys.Rev.Lett.11，191（1963）.
（5）L.E.Toth  and  I.P.Pratt，Appl.Phys.Lett.4，75（1964）.
（6）G.W.Crabtree,W.K.Kwok，and  A.Umezawa，in：Quantum  Field  Theory  as  an  Interdisciplinary  Basis，edited  by  F.C.Khanna，H.Umezawa，G.Kunstatter，and  H.C.lee（World  Scientific，1988）.
（7）M.Murakami，S.Gotoh，H.Fujimoto，K.Yamaguchi，N.Koshizuka，and  S.Tanaka，Supercon.Sci.Technol.4，543（1991）.
（8）H.W.Weber  and  G.W.Crabtree，in：Studies  of  High  Temperature  Superconductors，edited  by  A.V.Narlikar（Nova  Science，New  York，1991）.
（9）W.K.Kwok，U.Welp，G.W.Crabtree，K.G.Vandervoort，R.
Hulscher，and  J.Z.Liu，Phys.Rev.Lett.64，966（1990）.
（10）E.M.Chudnovsky，Phys.Rev.Lett.65，3060（1990）.
（11）B.Batlogg，Physica  C185-189，xviii（1991）.
本发明的目的在于克服上述的缺点和不足，针对高Tc氧化物超导体具有有别于传统超导体的相于长度很短的特征，发明了在Y-123超导体中用不同的稀土元素部分替代Y的方法，在不引入其它非超导缺陷而且不改变Y-123结构框架和超导电性的前提下，较大幅度地提高临界电流密度。
本发明的目的是这样实现的：在Y-123超导体中用不同的稀土元素将35-50%的Y元素替代得到Y（1-x）RExBa2Cu3O7-δ（x=0.35-0.5）超导体，其临界电流密度比YBa2Cu3O7-δ有大幅度地提高。此技术的特点是充分利用了不同稀土元素的123超导相结构相似但晶格尺寸不同的特点，在不改变Y-123结构框架和超导电性的前提下，用掺杂其它稀土元素部分替代Y的方法，利用超导体YBa2Cu3O7-δ和超导体REBa2Cu3O7-δ晶格失配产生的应力场有效地对磁通线起钉扎作用，大幅度地提高临界电流密度而无需引入其它非超导缺陷。
本发明的掺钬的高临界电流密度高磁通针扎力的高温超导体的组成式如下：
Y（1-x）HoxBa2Cu3O7-;
其中X＝0.35～0.5
在YBa2Cu3O7-中用稀土Ho部分替代Y得到超导体Y（1-x）HoxBa2Cu3O7-δ（x＝0.35-0.5）。实验结果表明，此超导体的结构仍保持Y-123结构框架和较高的超导转变温度（～90K）。HoBa2Cu3O7-δ的晶格参数与YBa2Cu3O7-δ差别适中，细小的HoBa2Cu3O7-δ晶粒更加弥散地分布，而很少富集。此时晶格失配引发的应力场对磁通线有较强的钉扎作用，这一点我们已在理论上给予证实。
本发明的特点在于：
1.首先在理论上用首创的有效缺陷模型解决了由于掺杂其它稀土元素造成样品局域晶格失配所形成的应力场分布的问题，并在此基础上，得到了此时的应力场对磁通线的钉扎力（与传统超导体中缺陷应力场钉扎力同数量级），证实了应力场可以成为有效的磁通钉扎中心。
2.利用稀土元素部分替代Y使得铜氧化物超导体Y-123中局晶格失配形成的应力场对磁通线的有效钉扎作用，在不引入其它非超导缺陷而且不改变Y-123结构框架和超导性的前题下，大幅度提高了临界电流密度。
3.具有较高的超导转变温度，Tc～90K。
4.此技术简单，有规模生产和使用的前景。
下面结合实施例1至3和附图1对本发明做详细说明
附图1：Y（1-x）HoxBa2Cu3O7-δ体系中，Ho掺杂浓度x与临界电流密度的关系。
实施例1
在YBa2Cu3O7-δ中用稀土Ho部份替代Y得到超导体Y（1-x）HoXBa2Cu3O7-δ其中X＝0.35。选用稀土Ho是利用了Ho和Y在原子尺寸上的差异以及YBa2Cu3O7-δ和HoBa2Cu3O7-δ晶格参数差别适中，Ho掺呆造成的晶格失配引发的应力场对磁通线有较强的针扎作用，从而大幅度提高临界电流，掺杂导致的应力针扎中心对单位长度磁通线的针扎力可达8.55×10-2dyn/cm。采用通常的制备工艺和烧制温度的条件下，Ho掺杂替代Y后，临界电流密度Jc（x）有明显提高，比没有掺杂的YBa2Cu3O7-能提高临界电流密度85%，此时超导样品的结构仍保持Y-123结构框架和较高的超导温度，Tc～90K，无须引入其他非超导相作为针扎中心。
实施例2
所需各元素配比和制备工艺如实施例1，其中X＝0.4，掺杂导致的应力针扎中心对单位长度磁通线的针扎力可达8.55×10-2dyn/cm，比没掺杂的YBa2Cu3O7-δ能提高临界电流密度100%以上，Tc～90K。
实施例3
所需各元素配比和制备工艺如实施例1，其中x＝0.5，掺杂导致的应力针扎中心对单位长度磁通线的针扎力可达8.55×10-2dyn/cm，比没掺杂的YBa2Cu4O7-δ能提高临界电流密度80%，Tc～90K。

Claims (1)

1、一种掺钬的高临界电流密度高磁通针扎力的高温超导体，其特征在于组成为：
Y(1-x)HoxBa2Cu3O7-δ；
其中X=0.35-0.5。
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