铁基超导带线材与单晶的临界电流研究

Strong magnets made from superconducting maerials have been used for solving the energy and traffic problems and the cure of complicated diseases. Iron-based superconductor(IBS) is a new type of high temperature superconductor (HTS) which was discovered in 2008,after the discovery of cuprate high temperature superconductor in 1986.IBS broke a new path for HTS. Due to its high transition temperautre, high upper critical field,small anisotropy, good ductibility, and low cost for preparation, it attracted much attention and brought an upsurge in HTS to physics and material scientists. Both the applications in strong magnets and superconducting cables need superconducting tapes and wires with high critical current density (Jc). However,even the highest Jc reported in IBS is still low, which limits the practical applications of IBS. The goal of this proposal is to enhance the Jc in IBS tapes, wires and single crystals.This proposal can be divided into following three parts: enhancing the density and connectivity of the superconducting phase and reducing the impurities by optimization of the puritiy of and composition of raw materials, amount of added materials and the drawing and heating process of tapes and wires to get high Jc in tapes and wires; enhancing the Jc in sinlge crystals by irradiation; invstigation of vortex pinning and current distribution in superconducting tapes,wires and single crystals, and the mchnism of low Jc in tapes and wires and by magneto-optical imaging.

为解决人类的能源交通问题以及复杂疾病的治疗等都需采用超导材料制成的强磁铁。铁基超导材料是继1986年发现的铜氧化合物高温超导体之后于2008年被发现的又一类新型高温超导材料，它的发现为高温超导的研究开辟了一个全新的研究方向。由于其较高的临界温度和上临界磁场，以及较小的各向异性、较好的延展性、低廉的制备成本等优点，引起了物理和材料学界新一轮的超导研究热潮。无论是在强磁场还是超导电缆方面的应用，都需要临界电流密度足够高的超导带线材。而铁基超导带线材当前最高的电流密度仍然较低，限制了铁基超导材料的实际应用。本项目旨在提高铁基超导带线材和单晶的临界电流密度，主要包括：通过优化反应原料的纯度和组分、掺杂物及带线材加工和热处理工艺来提高超导相的致密性和连接性及减少杂相进而提高临界电流密度；通过粒子辐照提高单晶电流密度；通过磁光研究超导带线材以及单晶中的磁通和电流分布和带线材电流受限的机理。

铁基超导材料是继铜氧化合物高温超导体之后发现的又一类新型高温超导材料,它的发现为高温超导的研究开辟了一个全新的研究方向。由于其较高的临界温度和上临界磁场,以及较小的各向异性、较好的延展性、低廉的制备成本等优点,引起了物理和材料学界新一轮的超导研究热潮。无论是在强磁场还是超导电缆方面的应用,都需要临界电流密度足够高的超导带线材。而铁基超导带线材当前最高的电流密度仍然较低,限制了铁基超导材料的实际应用。本项目旨在提高铁基超导带线材和单晶的临界电流密度,主要通过粒子辐照提高超导带线材的电流密度;通过磁光以及转角测量研究单晶中的磁通和电流分布和各向异性等。我们采用中子辐照铁基超导带材，发现随着一维缺陷的引入，磁通钉扎增强，临界电流密度得以提高。首次研究了铁基铂系超导体的临界电流密度，采用磁光成像揭示了超导体内的电流分布。通过磁光成像法研究铁基超导单晶Ca1-xRExFe2As2;(RE: Rare Earths)的超导性质；首次测量了其临界电流密度，发现了此体系的宏观不均匀性。通过磁光成像法研究铁基超导带线材的超导性质；Ba(Fe,Co)2As2线材临界电流密度通过银掺杂提高了2.5倍。通过磁光成像法研究铁基超导单晶Fe1+yTe0.6Se0.4的超导性质。粒子辐照可以产生人工缺陷。不同元素和能量的粒子可以产生点缺陷或者线状缺陷。这些缺陷有助于磁通钉扎从而提高临界电流密度。与非磁性的化学掺杂一样，人工缺陷导致的散射会降低临界温度。我们采用3Mev的质子辐照10-3-8样品，辐照剂量为4×10^16/cm^2。在低温下，临界电流密度提高了3倍。同时，由于散射的引入，临界温度降低了2K。我们采用转角电阻率测量研究了10-3-8和10-4-8的上临界磁场各向异性。采用合适的各项异性参数的Ginzburg-Landau方程两个样品都可以很好的拟合。各项异性系数随着温度的降低而增加，在0.8Tc的时候达到10。各项异性系数比其它的铁基超导体都要大。我们发现各向异性系数的平方与FeAs的层间距呈线性关系。相比较铜氧化物超导体，铁基超导体各向异性要小很多，表明铁基体系中固有的二维超导很弱。