高温超导人工晶界磁通动力学仿真与实验

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在高温超导体YBa2Cu3O7-δ薄膜中,晶界的存在引起各国科学家们广泛的关注。晶界可以降低所在区域的临界电流密度,成为磁通运动的诱导通道。在有晶界存在的样品中,研究磁通量子的动力学行为是当前超导和统计物理研究领域的一个热点。晶界又分为自然晶界和人工晶界,相比于复杂的自然晶界,人工晶界的位置和方向更容易控制。本文主要分析和研究了人工双晶晶界对磁通运动的影响。主要研究内容如下:  首先建立人工双晶晶界磁通运动的数学模型,模型将超导材料抽象成一个无限大二维切面,基于周期性边界条件以及龙格-库塔方法,采用分子动力学方法进行仿真计算。通过仿真计算我们发现:晶界与电流方向x轴倾斜角度角度变化对磁通涡旋分布以及磁通运动速度有重要影响:晶界使得磁通分布变得不均匀并且随着倾斜角度的不断增大,可以发现晶界的耗散宽度变小,而磁通涡旋在水平方向的运动速度却经历由小变大再变小的过程,在竖直方向上的运动速度却不断增加。  从仿真计算得到的I-V曲线,我们发现磁通运动速度与钉扎以及涡旋的数量有着密切的联系,磁通发生运动的临界电流值会随磁场增大而减小,随着钉扎数量的增加而增大。这些结论为了解带有人工晶界的高温超导体的钉扎特性奠定了重要基础。  与此同时,我们还对晶界与x轴倾斜角度为30°,60°不同角度晶界以及无晶界这三种不同的样品上进行实验验证从而验证仿真过程的合理性与正确性。通过实验测量,我们得到了两者基本一致的结论,充分证明晶界在高温超导体磁通运动中扮演着重要角色。
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