YBCO复合结构及磁通钉扎效应的研究

摘要

YBCO高温超导薄膜及其相关器件的应用领域广阔，潜在经济价值高，尤其是其拥有较高的临界电流密度(Jc＞1 MA/cm2，0T)，被认为是强电应用领域最具发展潜力的高温超导材料。但随着外加磁场的增大，临界电流密度呈指数型减小，极大地限制了YBCO薄膜的强电应用进程。因此，提高高温超导体的超导性能就成为目前急需要解决的问题。本文采用溶胶-凝胶法与化学修饰相结合的微细图形加工方法在LAO单晶基板上制备微细图形，在微细图形上生长YBCO薄膜，制备出了YBCO复合结构，探讨了该复合结构中微细图形的引入对YBCO超导电性的影响，并进一步研究了该复合结构中的磁通钉扎效应。取得主要研究成果如下： （1）利用无氟溶胶-凝胶法，并通过控制热处理中高温成相阶段水蒸气的通入量对其热处理工艺进行优化，在LAO单晶基板上制备出具有单一的c轴取向且超导性能良好的YBCO薄膜，为后续制备YBCO复合结构奠定了一定的基础。 （2）在LAO单晶基板上制备了YBCO/图形化PZT-LaCoO3复合结构。X射线衍射和超导性能测试分析表明：该复合结构中PZT-LaCoO3与YBCO薄膜间发生了化学反应，导致了BaZrO3和ZrO2杂质相的形成，而这些杂质相会在YBCO薄膜中产生更多的缺陷，导致非c轴取向的YBCO晶粒数量增多，从而未能有效的提高YBCO薄膜的磁通钉扎性能。 （3）在LAO单晶基板上制备出YBCO/图形化Y2O3复合结构。X射线衍射和透射电子显微镜分析发现Y2O3微细图形的引入使YBCO薄膜内部产生一些纳米级缺陷，导致部分晶面发生了弯曲现象，从而形成一些层错、晶格畸变等晶体缺陷。超导性能测试表明：与纯YBCO薄膜相比，YBCO/Y2O3图形化复合结构随外加磁场的Jc值的下降速率小于纯YBCO薄膜的Jc值，说明Y2O3微细图形的引入提高了YBCO薄膜的磁通钉扎能力。

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