图4 MgB2薄膜的R-T曲线，插图为转变温度附近的放大图
图5为由150nm厚MgB2薄膜样品磁滞回线测量所得到的5K,15K,25K下薄膜的临界电流密度JC-H曲线，它是由插图所示外场平行于膜面时不同温度下的磁滞回线，利用Bean模型 [28]估算得到的论文服务。其中 是磁滞回线的宽度， V为薄膜的体积，a和b为垂直于外场方向样品的尺寸。5 K, 15 K, 25K下JC(0)的值分别为2.8×106 A/cm2 ,3.2×106 A/cm2和1.7×106 A/cm2。文献 [29]研究表明对于MgB2块材样品，制备时存在10%过量Mg，块材的临界电流密度会增大混合物理化学气相沉积法，这与本实验中制备时过量Mg对MgB2超导薄膜的物性影响是不同的。对于已知的SiC衬底MgB2超导薄膜样品，临界电流密度JC(5K,0T)高达2.3×108A/cm2[15]，本样品的临界电流密度相对降低一些，可能是由于样品中存在Mg杂质，磁测量中JC受边缘效应的影响较大。另一方面，从插图中的磁滞回线可见，样品在低温低场端有一定的“磁通跳跃”[30-31]。这表明MgB2薄膜样品散射中心比较多，同样与样品中存在Mg杂质有关。不同Mg含量对MgB2薄膜临界电流密度的影响正在进一步研究之中。
图5 5K,15K,25K下薄膜的临界电流曲线，插图为三种温度下的M-H曲线
上临界场Hc2的大小对于超导体在强电领域的潜在应用非常重要[32]。我们在0.5到7 T的不同磁场下测量了MgB2薄膜样品的ρ-T曲线，如图6所示。上临界场是利用不同外场下的电阻率温度曲线由“电阻率90%”的判据确定的。估算的0 K时的Hc2约为19.5 T。这可能是因为晶粒间的杂质Mg扮演了钉扎中心的角色，导致Hc2 (0)较高。
图6 MgB2薄膜上临界场与温度的关系
结论
通过混合物理化学气相沉积法，我们在SiC衬底上制备出了c轴取向的均匀的高致密性的MgB2超导薄膜。样品具有高的超导临界转变温度，达到了40.4K。样品测量得到了陡峭的M-T曲线，这可能与薄膜中的Mg杂质有关。薄膜的临界电流密度为J C（5K,0T）=2.7×106A/cm2, 上临界场Hc2 (0)高达19.5K。不同Mg含量的MgB2超导薄膜的具体研究正在进行中，这一工作对于将来MgB2的超导应用方面具有重要的意义。
致谢
感谢王亚洲，陈伟孟，沈冰在物性分析和测量中给予的帮助。
参考文献
[1]Nagamatsu J, Nakagawa N, MuranakaT, Zenitani Y, Akimitsu J, 2001 Nature 410 63
[2]Yoeh W K, Kim J H, Horvat J, Xu X,Qin M J, Dou S X, Jiang C H, Nakane T, Kumakura H, Munroe P, 2006 Supercond.Sci. Tcchnol. 19 596
[3]Choi H J,Roundy D, Sun H, Cohen M L, Louie S G, 2002 Nature 418 758
[4]Jin S, MavooriH, Bower C, van Dover R B, 2001 N ature 411 563
[5]Bugoslavsky Y,Cohen L F, Perkins G K, Polichetti M, Tate T J, Gwilliam R, Caplin A D, 2001 Nature 411 561.
[6]Dou S X, BracciniV, Soltanian S, Klie R, ZhuY, Li S, Wang X L, Larbalestier D, 2004 J. Appl.Phy. 96 7549.
[7]Braccini V,Gurevich A, Giencke J E, Jewell M C, Eom C B, Larbalestier D C, Pogrebnyakov A,Cui Y, Liu B T, Hu Y F, Redwing J M, Li Q, Xi X X, Singh R K, Gandikota R, KimJ, Wilkens B, Newman N, Rowell J, Moeckly B, Ferrando V, Tarantini C, Marre D,Putti M, Ferdeghini C, Vaglio R, Haanappel E, 2005 Phys. Rev. B. 71 012504
[8]Wu YS, Zhao Y,Wexler D, Kim J, Dou S X, 2007 Physica C 468 218
[9]Saito A, KawakamiA, Shimakage H, Wang Z, 2004 Supercond. Sci. Tcchnol.153579
[10]Takahashia T, Haradab Y, Iriudaa H, KurohaaM, Obac T, Sekic M, Nakanishia Y, Echigoyac J, Yoshizawaa M, 2006 Physica C 88 7445.
[11]Yu ZQ, WuK, Ma X B, Nie R J, Wang F R, 2007 Acta Phys. Sin. 56 512(in Chinese) [余增强、吴克、马小柏、 聂瑞娟、王福仁2007物理学报56 512]
[12]Wang S F, Zhou Y L, Zhu Y B, Liu Z,Zhang Q, Chen Z H, Lu H B, Yang G Z, 2003 Chin. J. Low Temp. Phys. 25 R230 (in Chinese) [王淑芳、周岳亮、朱亚斌、刘震、张芹、陈正豪、吕惠宾、杨国桢2003 低温物理学报25 R230]
[13]Zeng X H, Pogrebnyakov A V, Zhu M H, Jones JE, Xi X X, Xu S Y, Wertz E, Li Q, 2003 Appl . Phys . Lett . 82 2097
[14]Xi X X, Pogrebnyakov A V, Xu S Y, ChenK, Cui Y, Maertz E C, Zhuang C G, Li Q, Lamborn D R, Redwing J M, Liu Z K,Soukiassian A, Schlom D G, Weng X J, Dickey E C, Chen Y B, Tian W, Pan XQ, Cybart S A, Dynes R C, 2007 Physica C 456 22
[15]Li F, Guo T, Zhang K C, Chen L P,Chen C P, Feng Q R, 2006 Supercond. Sci. Tcchnol.19 1073
[16]Zhuang C G, TanT, Wang Y Z, Bai S S, Ma X B, Yang H, Zhang G H, He Y S, Wen H H, Xi X X, Feng QR, Gan Z Z, 2009 Supercond.Sci. Technol. 22 025002
[17]Zhang C G, Meng S, Zhang C R, MaX B, Yang H, Jia Y, Wen H H, Feng Q R, 2008 Frontier Science 5 6 (in Chinese) [庄承钢、孟胜、张从尧、马小柏、杨欢、贾颖、闻海虎、冯庆荣 2008 前沿科学 5 6 ]
[18]Zeng X H, PogrebnyakovA V, Kotcharov A, Jones J E, Xi X X, Lysczek E M, Redwing J M, Xu S Y, Li Q, LettieriJ, Schlom D G, Tian W, Pan X Q, Liu Z K, 2002 Nature Materials 1 35
[19]Harada Y, Uduka M, Nakanishi Y,Yoshimoto N, Yoshizawa M, 2004 PhysicaC 412 1383
[20]Wang Y Z,Zhuang C G, Gao J, Shan X D, Zhang J M, Liao Z M, Xu H X, Yu D P, Feng Q R, 2009 J. Am. Chem. Soc.131 2436-2437.
[21]Lee S, Masui T, Mori H, Eltsev Y, YamamotoA, Tajima S, 2003 Supercond. Sci. Technol. 16 213
[22]TajimaT, Canabal A, Zhao Y, Romanenko A, Moeckly B H, Nantista C D, Tantawi S,Phillips L, Iwashita Y, Campisi I E, 2007 IEEE. Trans. Appl. Super. 171330
[23]Xu M, KitazawaH, Takano Y, Ye J, Nishida K, Abe H, Matsushita A, Tsujii N, Kido G, 2001 Appl.Phys. Lett. 79 2779
[24]Zhigadlo N D, Katrych S, KarpinskiJ, Batlogg B，BernardiniF, Massidda S，Puzniak R, 2010 Phys. Rev. B 81,054520
[25]Machida Y, Sasaki S, FujiiH, Furuyama M, Kakeya I, Kadowaki K, 2003 Phys. Rev. B 67 094507
[26]Rowell J M, 2003 Supercond. Sci. Technol. 16 R17
[27]Eltsev Yu, Lee S, Nakao K, Chikumoto N, Tajima S, KoshizukaN, Murakami M,2002 Phys.Rev. B 65 140501
[28]Bean C P, 1962 Phys. Rev. Lett. 8 250
[29]ZengR, Lu L, Wang J L, Horvat J, Li W X, Shi D Q, Dou S X, Tomsic M, Rindfleisch M, 2007 Supercond.Sci. Technol. 20 L43
[30]Dou S X,Wang X L, Horvat J, Milliken D, Li A H, Konstantinov K, Collings E W, SumptionM D, Liu H K, 2001 Physica C 36179
[31]Li Q, Gu G D, Zhu Y, 2003 Appl. Phys. Lett. 822103
[32]Gurevich A, 2003 Phys. Rev. B 67 184515
2/2 首页 上一页 1 2 |
