超导材料辐照效应的研究进展

摘要

超导材料由于具有一系列的优异特性如零电阻效应、迈斯纳效应、约瑟夫森效应等,已逐渐应用在信息能源、电力交通、科学仪器、医疗技术、国防军事等重要领域,有力推动了国民经济和人类社会的发展.目前,超导材料在强磁场、强辐射、超低温等极端环境下的辐照效应是国内外研究者们普遍关注的热点.在高能粒子轰击作用下,超导材料晶格中的原子发生一系列的碰撞,从而产生大量的辐照缺陷(如离位峰、贫原子区、空位、间隙原子、位错、空洞)、缺陷团以及新的析出相,这些对其超导性能(临界温度TC、临界磁场HC、临界电流IC以及临界电流密度JC等)存在显著影响.本文全面综述了不同超导材料辐照效应的国内外研究进展.按临界温度TC分类,超导材料可分为低温超导材料(TC25 K,主要有铋系、钇系、MgB2以及铁基超导材料).重点综述了辐照源(包括中子、离子(He、B、C、O、Ne、Si、Ar、Ti、Ni、Xe、Au、Pb等)、质子、电子以及射线(γ、χ射线))、辐照条件(能量、剂量、温度)、超导材料的初始状态、掺杂(MgO、B、Sn、Ag等)等因素对其超导性能的影响.大量研究表明,超导材料经辐照后可引入缺陷,磁通钉扎强度和密度增大,临界电流密度JC得到改善;此外,增加超导材料中的载流子或改善晶体的有序化可提高其临界温度TC.最后,针对当前超导材料亟待解决的一些关键问题,提出了通过优化材料体系及其制备工艺、热处理、掺杂以及数值模拟与实验相结合等方式改善其辐照效应的技术途径,为超导材料的研究开发和商业化应用提供思路.