高溫超導(dǎo)材料論文

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1、二、預(yù)期目標(biāo)本項目的總體目標(biāo)：本項目的總體目標(biāo)是在新型超導(dǎo)材料探索和非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理研究上力爭突破，做出重要原始創(chuàng)新性的成果，促進(jìn)學(xué)科的發(fā)展；提高實用超導(dǎo)材料的臨界電流和臨界磁場，在超導(dǎo)材料科學(xué)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究的主要方面，繼續(xù)保持在世界前列；同時為我國超導(dǎo)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化解決基礎(chǔ)科學(xué)問題；培養(yǎng)優(yōu)秀的，扎根國內(nèi)并具有國際水準(zhǔn)的學(xué)術(shù)帶頭人，培養(yǎng)優(yōu)秀的研究生，博士生和博士后。五年預(yù)期目標(biāo)具體包括以下幾個方面：1．探索新的高溫超導(dǎo)材料，尋找新的合成工藝，以期得到轉(zhuǎn)變溫度更高，臨界電流更大，應(yīng)用性能更好的高溫超導(dǎo)材料。爭取探索合成出1－5種新型超導(dǎo)體

2、，并且基于這些新材料，在結(jié)構(gòu)表征和物理研究方面率先做出有重要影響的工作。2．利用多種有特色的研究手段，深入研究非常規(guī)超導(dǎo)體超導(dǎo)態(tài)的低能激發(fā)，正常態(tài)的非費米液體行為，關(guān)注量子臨界相變，在非常規(guī)高溫超導(dǎo)機(jī)理解決的過程中做出重要甚至是奠定性的工作，努力提出正確的模型和物理圖象，直至解決高溫超導(dǎo)機(jī)理問題；在反鐵磁背景超導(dǎo)體的機(jī)理方面有重要進(jìn)展，并找出規(guī)律，給探索新型超導(dǎo)體提供指導(dǎo)。同時完善并使用有自己特色的先進(jìn)的實驗手段，能夠從微觀層面直接獲得信息。3．提高以MgB2和Bi-2212為代表的實用超導(dǎo)材料的臨界電流、磁通釘扎能力和不可逆磁場，

3、解決實用中的關(guān)鍵技術(shù)問題。重點關(guān)注實用二硼化鎂超導(dǎo)線帶材及薄膜，揭示MgB2及其元素?fù)诫s體系中依次出現(xiàn)各種亞穩(wěn)相的相變機(jī)制等，為提高二硼化鎂超導(dǎo)材料性能和尋找新元素?fù)诫s體系提供理論和實驗依據(jù)。使二硼化鎂超導(dǎo)線材在20K下其臨界磁場達(dá)到5T以上，臨界電流密度達(dá)到105A/cm2。并使得1000米級的導(dǎo)線臨界電流密度在20K，2T達(dá)到105A/cm2，為研制MgB2高場超導(dǎo)磁體的MRI系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。開展Bi2212線材制備研究，解決普通熔化處理和磁場熔化處理工藝導(dǎo)致的不同芯絲之間和芯絲不同區(qū)域的織構(gòu)差異問題，擴(kuò)展Bi2212材料的高織構(gòu)

4、區(qū)域，為PIT法制備高度織構(gòu)化和良好晶粒連接性的Bi2212帶材奠定技術(shù)和理論基礎(chǔ)。開展2212高場磁體設(shè)計計算工作，為內(nèi)插磁體的制備奠定基礎(chǔ)。們相互關(guān)聯(lián)和推動。我們將以新材料探索為先導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)有超導(dǎo)材料的合成和優(yōu)化，理解超導(dǎo)機(jī)理和磁通運動的物理，并在此基礎(chǔ)上努力提高本項目所針對的高溫超導(dǎo)體的臨界電流和臨界磁場。在超導(dǎo)材料基礎(chǔ)研究方向上，我們要強(qiáng)調(diào)原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)和結(jié)果。我們要在過渡金屬化合物，摻雜Mott絕緣體、自旋阻挫材料和新型輕元素體系中進(jìn)行新超導(dǎo)體的探索。摻雜莫特絕緣體中由于電子之間的相互作用很強(qiáng)，電子的巡游性較差，能帶寬度與關(guān)

5、聯(lián)能可比擬，摻雜后所形成的金屬相也不能用描述通常金屬的費米液體模型來描述。在這個金屬相中往往伴隨著出人意料的奇異特性，如高溫超導(dǎo)，巨磁電阻和軌道序等等。另外，超導(dǎo)完全可能通過交換反鐵磁漲落而獲得。在這些非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理的研究過程中，我們重點關(guān)注配對對稱性的奇異性，一般來說，通過電子－電子相互作用而形成的配對，往往其超導(dǎo)序參量會出現(xiàn)符號的變化。在單帶情況下，也就是說有能隙節(jié)點。因此我們以探測能隙節(jié)點為主要研究方向，在非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理研究找到了重要核心，定會在機(jī)理研究上面有重大突破。超導(dǎo)也可能在很多輕元素材料中被發(fā)現(xiàn)。原因是這些輕元素材料，

6、往往德拜溫度很高，如果費米面有一定的高電子態(tài)密度，就可能出現(xiàn)高溫超導(dǎo)現(xiàn)象。二硼化鎂就是這方面一個典型的例子。在測量技術(shù)上可以利用精密磁測量技術(shù)先發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體抗磁信號，然后利用電輸運測量技術(shù)來確認(rèn)新的超導(dǎo)電性。在非常規(guī)超導(dǎo)材料和機(jī)制方面，我們要抓住氧化物高溫超導(dǎo)和鐵基超導(dǎo)機(jī)理研究這個核心，開展研究工作，然后向具有反鐵磁競爭序的其它超導(dǎo)體和其它新型配對對稱性的超導(dǎo)體方面拓展研究范圍。在與應(yīng)用相關(guān)的基礎(chǔ)研究方面，我們本作有所為，有所不為的精神，選取幾個具有良好應(yīng)用前景，同時我們又有很好研究基礎(chǔ)的材料開展針對應(yīng)用性指標(biāo)的基礎(chǔ)問題研究。比如在二

7、硼化鎂線帶材料方面，我們前期研究已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)，目前我們的結(jié)果與美國研究組和意大利研究組的結(jié)果同處世界先進(jìn)水平，而且西北有色研究院以及中科院電工所在線材的臨界電流方面取得很好的成績，下一期我們將針對MRI要使用的二硼化鎂超導(dǎo)線材，開展基礎(chǔ)研究，爭取使得臨界電流和臨界磁場達(dá)到實用化要求。另外，與強(qiáng)磁場相關(guān)的全超導(dǎo)磁體備選材料Bi2212也是我們下一期應(yīng)用基礎(chǔ)研究內(nèi)容之一。在鐵基超導(dǎo)材料方面，我們在小樣品和單晶樣品上面開展的材料和物理工作引起了世界同行的高度關(guān)注，中科院電工所也制備了世界首根鐵基超導(dǎo)線材，下一步我們將要研究其線材制備

8、過程中和長化后的臨界電流和臨界磁場問題。這將讓我們繼續(xù)保持在這方面的優(yōu)勢，并為未來鐵基超導(dǎo)體的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。另外，我們還根據(jù)釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體發(fā)展的特點，重點選擇了其厚化以后的臨界電流問題開展研究。YBCO超導(dǎo)薄膜在厚度超過一定值后（～