【摘 要】
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本论文利用近代物理研究所提供的快重离子以及韩国原子能研究院提供的低能重离子分别对两种典型的实用化超导材料YBCO和Mg B2薄膜进行辐照,并借助多种分析表征手段对超导材料的微观结构、超导性能随辐照注量的变化情况进行了系统性的研究。结果表明,重离子辐照对提升超导材料的在场载流能力具有非常显著的效果,对未来利用重离子辐照技术批量化制备高性能超导材料具有参考价值。本论文的主要结论如下:（1）发现了快重离
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
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本论文利用近代物理研究所提供的快重离子以及韩国原子能研究院提供的低能重离子分别对两种典型的实用化超导材料YBCO和Mg B2薄膜进行辐照,并借助多种分析表征手段对超导材料的微观结构、超导性能随辐照注量的变化情况进行了系统性的研究。结果表明,重离子辐照对提升超导材料的在场载流能力具有非常显著的效果,对未来利用重离子辐照技术批量化制备高性能超导材料具有参考价值。本论文的主要结论如下:（1）发现了快重离子辐照产生的一维连续非晶化潜径迹,可在不影响YBCO的超导转变温度的前提下显著提升其磁场下的载流能力。利用能量为1.9Ge V的Ta离子辐照Gd-YBCO(YGd0.2Ba2Cu3O7-x)商业带材,并通过TEM观测到了重离子形成的潜径迹,这些潜径迹与材料制备过程中形成的氧化物颗粒构成了混合钉扎图谱。当辐照注量小于5×1010 ions/cm~2时,临界转变温度Tc几乎不变（Tc的下降量小于0.5 K）,但是磁场下临界电流密度Jc显著提升,α指数（即双对数坐标下Jc-H曲线中线性段的斜率）由0.72降低至0.31,说明Ta离子辐照大大增加了Gd-YBCO商业带材的电流传输能力;（2）观测到快重离子辐照在YBCO薄膜中产生了应力,并导致了Ba-Cu-O非超导相的形成。对Ta离子辐照后YBCO薄膜的拉曼光谱进行分析,结果表示,当注量低于8×1010 ions/cm~2时,样品的拉曼光谱无明显变化。然而,随着辐照注量的进一步增加,在600 cm-1处逐渐出现一个新峰,并且峰强随着注量的增加而增加,说明辐照后YBCO中有新相产生。此外,O（2,3）-B1g的峰位逐渐红移,当注量达到1.6×1012 ions/cm~2时,其峰位已由338.1 cm-1移动至335.4 cm-1,说明快重离子辐照在YBCO中产生了张应力;（3）获得了温度、磁场、潜径迹尺寸影响YBCO钉扎效率的规律。分别采用电子能损值为43.7 ke V/nm的Bi离子、35.8 ke V/nm的Ta离子和17.7 ke V/nm的Kr离子对YBCO薄膜进行辐照,辐照到相同注量,即5×1010ions/cm~2。由TEM的结果可知,Bi离子和Ta离子辐照的样品中可形成一维潜径迹,而Kr离子辐照的样品中无潜径迹产生。将同一温度下辐照样品的钉扎力密度与未辐照样品的钉扎力密度的比值定义为钉扎效率η。在Ta离子和Bi离子辐照的样品中,η随着磁场的增加先增加后降低,与无潜径迹形成的Kr离子辐照的样品中η-H曲线的行为完全不同。此外,当B＜1 T时,形成潜径迹的尺寸越大,对应的η值和Jc值越大,而高场下反之,说明在决定YBCO超导材料中引入一维柱状缺陷的尺寸时还需要考虑其实际工作环境;（4）发现了低能重离子辐照可显著提升小晶粒Mg B2薄膜中晶界对涡旋的钉扎能力。采用120 ke V的Mn离子辐照后,Mg B2中高场下的载流能力显著提升。比如,当辐照注量达到1×1013 ions/cm~2时,5 K、2.4 T下250 nm厚薄膜的Jc值由0.02 MA/cm~2增加至0.26 MA/cm~2,增加了约一个数量级。利用Dew-Hughes模型对被辐照样品的归一化钉扎力曲线的拟合结果表示,辐照后样品中表面钉扎是主要的钉扎机理,说明低能离子辐照提升了小晶粒组成的Mg B2中晶界对涡旋的钉扎能力,与一般情况下低能离子辐照产生的点缺陷导致单晶或者大晶粒样品中点钉扎中心占主导的情况完全不同。
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