高温超导材料YBCO的磁通动力学研究

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本论文中采用传统的固相反应法,制备高温超导材料YBCO多晶块材,并对样品的晶体结构和磁电性能进行测试分析。通过X射线衍射分析可知样品结晶性良好,具有超导的正交结构,氧含量较高。使用场发射扫描电镜SEM测试其表面形貌。从高分辨率SEM图谱中可以看出样品结构致密,是具有多种取向的多晶结构。使用物性测量系统多功能振动样品磁强计Versalab,测试样品的临界温度以及电学性能和磁学性能。由R-T图可得样品超导转变过程中零电阻临界温度为90K,在外加磁场中,随着磁场的增大样品表现出明显的展宽效应,属于非理想第二类超导体混合态的一种性质。样品的I-V特性在发生超导转变过程中的一定温度范围内具有非线性特点,通过改变磁场或者温度能够观察到这种非线性特征的变化,以往将这种现象本质上归结为混合态时磁通涡旋运动。由于在实验中我们发现零磁场时也能观察到I-V非线性现象,我们认为这一现象不能简单的归结为混合态时磁通涡旋运动。在磁场强度变大的情况下,这种I-V非线性现象也会随之向低温区迁移并伴随着I-V非线性区域的变宽。这种特性显然受样品在混合态磁通动力学影响。在本论文中所涉及的高温超导YBCO多晶块材样品的I-V非线性曲线中只观察到正的曲率,而以往在YBCO材料的I-V特性研究中可以看到的非线性曲线负曲率现象,在我们的实验中并未能观测到。结合多晶样品的特性,我们推测这种非线性特征与约瑟夫森隧道效应有关。在本论文的研究中,对样品的电阻随外加磁场变化的关系进行了测试,从R-H图可以看出在样品由正常相向超导相转变的温度范围内,电阻随磁场的变化有着明显的规律性变化,即磁电阻效应。对样品处于混合态中磁电阻的一些特性进行分析探究,从中定义出两个对高温超导来说有一定研究意义的临界磁场H1和H2,对样品磁电阻的变化规律在磁通动力学的基础上做出合理的解释。在磁学性能测试部分,我们分别测试了在不同的外加磁场条件下,样品的磁化强度随温度变化的M-T关系,和在不同的温度时,样品的磁滞回线M-H。根据实验结果,对磁场中样品的相转变、磁通运动、以及不完全的迈斯纳效应做出分析,探究高温超导多晶YBCO材料的磁通动力学规律。根据R-T图,定义出与磁场和超导转变直接相关的HTc,从样品的磁滞回线中得出上、下临界磁场Hc2和Hc1,结合这五个物理量,总结实验结果,作出独特的超导样品磁相图。围绕磁相图,对高温超导体由正常态向超导态转变的过程进行细致分析,得出有关高温超导转变的结论。对于高温超导YBCO多晶样品来说,磁通动力学规律受到温度和磁场的影响十分明显,而且改变温度或者磁场的顺序不同,样品的性能也会表现出一定的差异性。
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