【摘 要】
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A15型Nb3Sn超导体是制造高场（>10T）超导磁体线圈的主要材料,被广泛应用于磁约束可控核聚变和高能物理等强磁体制造领域。力学变形诱导的Nb3Sn材料超导电性能弱化是强磁场磁体制造需要解决的基础问题之一,研究高压下Nb3Sn晶体的超导相转变行为对于揭示这一弱化机理具有重要意义。本文运用分子动力学模拟方法,基于Nb3Sn晶体结构的实验观测结果,构造了Nb3Sn单晶体的晶体结构,并根据Vorono
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会（11772212、11402159）；
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A15型Nb3Sn超导体是制造高场（>10T）超导磁体线圈的主要材料,被广泛应用于磁约束可控核聚变和高能物理等强磁体制造领域。力学变形诱导的Nb3Sn材料超导电性能弱化是强磁场磁体制造需要解决的基础问题之一,研究高压下Nb3Sn晶体的超导相转变行为对于揭示这一弱化机理具有重要意义。本文运用分子动力学模拟方法,基于Nb3Sn晶体结构的实验观测结果,构造了Nb3Sn单晶体的晶体结构,并根据Voronoi图形构建了具有周期性边界条件的Nb3Sn多晶体分子动力学计算模型。通过计算Nb3Sn单晶体的弹性常数以及晶格常数,与实验测量结果和第一性原理模拟结果比较,验证了经验势函数的可靠性。在此基础上,研究了高压下Nb3Sn晶体在原子尺度上的变形特点,模拟结果给出了Nb3Sn单晶体和多晶体内部结构变化图以及Nb原子、Sn原子、Nb3Sn晶界上的应力分布云图。在高压下Nb3Sn晶体原子尺度变形分子动力学模拟的基础上,基于Nb3Sn单晶体在Tc～44K温度范围内常态电阻率的T2（温度平方）依赖性,建立了载荷作用下极低温区内Nb3Sn单晶体的超导相转变模型,并将该模型拓展至Nb3Sn多晶体高压下的超导相转变行为的描述上。模型预测结果与高压下Nb3Sn晶体的超导相转变行为曲线、临界温度弱化曲线定性吻合,通过与实验观测结果的比较,揭示了晶界变形在Nb3Sn超导体的临界温度退化行为中所起的作用。本文的研究结果弥补了高压下极低温区环境Nb3Sn晶体力学变形及力-电耦合效应实验测量的细节,有助于提高对Nb3Sn超导体低温-高压作用下的变形机制的认识,同时有助于定量揭示晶界变形在超导体力-电耦合行为中所起的作用。
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