复合纳米化对Y0.6Ho0.4BCO薄膜磁通钉扎机制的影响研究

在前期研究工作中，我们开展了Y1-xHoxBCO薄膜化学溶液法方面的研究，结果表明，Y0.6Ho0.4BCO薄膜的临界电流密度较未掺杂的YBCO薄膜提高了1.4倍。本项目将在此基础上，开展基板纳米化修饰中Ba1-xSrxTiO3纳米点晶格常数、La1-xCaxMnO3纳米点磁性、La2Zr2O7纳米点离子有序度，及CeO2微结构形貌、以及纳米结构第二相BaMO3晶格常数和YFeO3磁性对Y0.6Ho0.4BCO薄膜微结构、超导性能及磁通钉扎机制的影响；并在此基础上将基板纳米化修饰及纳米结构第二相掺杂进行复合优化，从而获得性能优越的Y0.6Ho0.4BCO薄膜；通过磁通静力学及动力学方程对所获数据进行数值模拟，定量分析上述基板纳米化修饰及纳米结构第二相掺杂和两者复合化措施对磁通钉扎机制的影响。以期为获得高临界电流密度的YBCO涂层导体提供相关实验和理论依据。

本项目通过数值模拟和实验相结合的方式对高温超导薄膜中的磁通钉扎进行了研究。在数值模拟方面，采用非线性磁通蠕动模型，对具有不同晶内和晶界临界电流密度情况下的高温超导体的交流磁化率进行了数值模拟，结果表明随晶内临界电流密度增加即磁通钉扎能力增加，交流磁化率基波和高次谐波产生显著变化，基于交流磁化率三次谐波的coles-coles图形可定量给出晶内临界电流密度和晶界临界电流密度的比值；采用临界电流密度不均匀模型，研究了多晶超导体的磁性质，运用非线性磁通蠕动模型，通过数值模拟得到交流磁化率基波及谐波随温度的变化关系；系统分析了交流磁场振幅和频率改变对临界电流密度不均匀超导体交流磁化率基波和谐波的影响；采用磁通蠕动模型研究了表面位垒对超导带材交流损耗的影响，数值模拟结果表明随表面位垒强度增加交流磁化率及交流损耗产生显著变化。在实验方面，研究了Ho掺杂对YBCO薄膜性能的影响，结果表明合适的Ho掺杂量可显著提高薄膜的临界电流密度，掺杂并未改变薄膜的钉扎机制，均为δl钉扎机制；Gd掺杂可有效提高YBCO薄膜自场下的临界电流密度，但其高场下的临界电流密度却显著降低；在此基础上，进一步采用(Gd, Eu)共掺杂可显著提高YBCO薄膜高场下的临界电流密度，其钉扎机制满足δTc钉扎机制；研究了Cr掺杂YBCO的性能，结果表明微量Cr掺杂并未降低YBCO的临界温度，而临界电流密度和不可逆场得到显著提高；研究了Zr掺杂对单一稀土元素Gd掺杂YBCO和(Gd, Eu)共掺杂YBCO薄膜的影响，结果表明Zr掺杂可显著提高单一稀土元素掺杂的YBCO薄膜高场下的临界电流密度，而显著降低(Gd, Eu)共掺杂YBCO薄膜的临界电流密度。