Hg系高温超导体合成与性质研究(2)

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据报道，铜氧化物超导体HgBa2Ca2Cu3Ox最高的Tc约134 K。然而,有一个不良的特征,就是合成困难度（需要高压）和各向异性都非常高。众所周知,超导铜氧化物与极端的各向异性有一个很大的不利条件，他们使用的应用程序,因为磁通很容易移动,因而在H-T图上无法携带高电流,没有消散。当通过铼替换部分汞的合成稳定阶段且没有高压的作用被证实时,实验又向前迈出了重要一步。此外,这种替代不降低超导体的Tc，能使H - T相图的不可逆线上升【1】，拓宽了其H–T相图的耗散区。

这些重要问题,特别是最后结果,很快就将这归因于这种材料各向异性的减少上。实际上,从上面问题的考虑,相当高的超导临界温度和各向异性减少的相关性显然可以推测。因此,确定超导体的各向异性不可逆性和建立铼的影响已经成为一个更感兴趣的问题。L.Fabrega等人报道了颗粒状的Hg0.82Re0.18Ba2Ca2Cu3O8+δ磁滞的测量结果H//ab和 H//c。对这些数据进行分析以提取各向异性磁不可逆性,以及不可逆性曲线沿着的两个主要结晶方向,因此能更加理解这些铼掺杂超导体的有效各向异性。结果显示各向异性减少很多,应改变体积定位和超导体表面势垒的影响。我们讨论这个特性,并试图将这个特性与已经报道的由于铼替代而增强磁不可逆性关联起来。

2 合成方法源.自|751,:论`文'网www.751com.cn

汞系高温超导体中所含的汞有很大的毒性且化学性质复杂，所以要想合成优质的汞系高温超导体还需解决很多难题。汞系超导体的合成温度（约1073 K）相比于氧化汞的分解温度（约773 K）要高很多，所以HgBa2Can-1CunO2n+2+δ化合物超导相是靠Hg蒸汽和前驱膜在高温条件下反应所形成。在合成的过程中有几个比较突出的问题：第一个问题是在烧结过程中保持反应物（固态氧化物HgO）中汞的含量；第二个问题是掺杂物质HgCaO2（有害物质）与超导物质HgBa2Can-1CunO2n+2+δ两者的成相矛盾，这个主要由前驱膜的使用和合成条件决定，比如汞蒸气压强、反应时的温度、反应所需时间以及反应时的气氛等；第三个问题是前驱膜（Ba2Can-1CunO2n+2+δ）和氧化物（BaO，CaO）原料被水和二氧化碳污染，导致先合成有害杂质，从而破坏超导物质的形成。这就决定了制备过程必须在手套箱（保持干燥和气氛保护）中完成。现阶段，汞系超导单晶的生长大小在10-1毫米，生长的方法主要有高压和固相扩散（封石英管法）。

2.1 激光沉积HgRe2Ba2CaCu2Oy

前驱膜通过脉冲激光沉积。准分子镭射模型是COMPex205(工作气体KrF,波长24 nm)。目地是合成转变温度约为134 k的超导多晶体材料Hg0.7Pb0.3Ba2Ca2Cu3Oy.其合成和属性在相关文章中已描述【4】。详细地说，基底是SrTiO3(100)和LaAIO3(100)(尺寸10×5×0.5毫米)，目标和基底之间的距离是4厘米。在沉积的过程中,50毫托流动氧气引入到沉积室,聚焦激光能量密度的目标是2 J/cm2,激光的重复率是5 Hz,衬底温度约为200 ℃。沉积后,在一个大气压下氧气淀积室中的前驱膜被冷却到室温。

堆积的前驱膜是非晶形和绝缘的。前驱膜的厚度是0.4～0.6微米，具体值由表面光度仪中Alpha200的一个步骤决定。电子探针显微分析(EPMA)显示,前驱膜的组成成分比例接近Hg:Pb:Ba:Ca:Cu=0.02:0.2:2:1.9:3。汞的主要部分在沉积过程中被移动了。然后将前驱膜与未反应的Hg-Ba-Ca-Cu-O颗粒(约1克)密封在空心石英管中。颗粒的组成成分比例为Hg:Ba:Ca:Cu=1:2:2:3。密封的石英管放入熔炉中，为了最小化薄膜和基质接触面的化学反应,我们采用了短时间内退火方法，将温度在1.5小时内从10 ℃增加到850 ℃ ,保持温度达30分钟,最后将炉内温度冷却到室温。低温退火后,通过使用标准四探针方法在77.4 K和零域温度范围内来测量样品的电阻,测定运输临界电流密度(Jc)。运用交流磁化率测量、扫描电子显微镜(SEM)观察、电子探针和x射线衍射(XRD)等方法得出结论。