葡萄糖掺杂对MgB_磁通钉扎

以m代表dl钉扎的贡献比例中国学术期刊网。从图3(b)拟合的结果，可以发现复合拟合的曲线与掺杂样品J_c(t)曲线符合的较好，表明葡萄糖掺杂的样品中也存在dT_c钉扎。图3(b)插图给出了dl钉扎的贡献比例m随着掺杂量的变化曲线，当掺杂量从0 wt%到20wt%变化时，m值也从0%增大到90%以上，即dl钉扎的比重逐渐增加。其中当掺杂量达10 wt%时，m值的变化逐渐变缓，这与晶格参数的变化趋势一致，也是由碳在MgB₂体系中的固溶度趋于饱和造成的。

图3 块材样品的J_c-t曲线。(a)、(b)分别为0 wt%和10 wt%掺杂的样品；(b)中插图为dl钉扎的贡献比例m随着掺杂量的变化曲线

我们推断dl钉扎产生的原因是掺杂时碳对硼位的替代会引起MgB₂晶格无序。由于晶格无序会使剩余电阻率增大，缺陷附近电子的平均自由程l会随之减小^[13-15]，进而造成不同区域平均自由程l的空间扰动。为了更好地理解MgB₂纯样和碳掺杂样品中的不同钉扎行为，我们测量了所有样品在零场下的电传输特性，如图4所示。由图可见，纯样和5 wt%、10 wt%掺杂样品的ρ-T曲线几乎重合，而当掺杂量大于10 wt%时，在超导转变温度之后，电阻率都迅速增大。根据Rowell的结论^[16]，剩余电阻率是通过公式(5)获得：

(5)

其中，为纯样单晶样品的电阻率值磁通钉扎，大小为4.3 μΩ·cm。剩余电阻率随着掺杂量的增加而增大，如图4插图所示。这是由于掺杂会破坏MgB₂晶体结构并引入MgO等杂相。定义A_F为有效超导载流面积，A_F =，A_F值如表1所示。其中10 wt%掺杂样品的A_F到达60.9%，接近纯样（34.7%）的两倍。因此，一定量的葡萄糖掺杂可以有效提高样品的有效超导载流面积。但当掺杂过量大于10 wt%时，A_F会迅速减小，说明过量的掺杂会导致过多杂相的产生降低样品的载流性能。对比晶格参数、dl钉扎的贡献比例m、A_F和剩余电阻率随掺杂量的变化趋势，我们发现葡萄糖掺杂比例为10 wt%时，碳的固溶度达到极限，m值趋于饱和，因此我们推断dl钉扎可能主要是由于碳对硼位的掺杂引起的晶格无序而产生的钉扎效应。

图4零场下各块材样品的ρ-T曲线（插图为剩余电阻率随掺杂量的变化曲线）

4 结论

研究发现，纯MgB₂多晶样品中dT_c钉扎起主要作用；而在葡萄糖掺杂样品中，dl钉扎与dT_c钉扎共同作用，且dl钉扎的贡献伴随着掺杂量的增加而增大。从各项参数随掺杂比例的不同变化趋势，我们推断dl钉扎主要是由于碳对硼位掺杂引起的晶格无序而产生的钉扎效应。

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