高温超导体YBCO
高温超导材料的最新研究
高温超导材料的最新研究高温超导材料是指能在相对较高的温度下表现出超导特性的物质。
与传统低温超导材料相比，高温超导材料具有更高的临界温度和更简单、便利的制备工艺，因此被广泛研究和应用。
本文将介绍高温超导材料的最新研究进展，包括其基本原理、主要类别以及各类材料的最新研究成果。
基本原理超导现象是指在低温下某些金属和化合物的电阻突然变为零，并且磁场在材料内部完全排除的现象。
传统低温超导材料的临界温度一般在几个开尔文以下，而高温超导材料则可以在液氮温度（77开尔文）以上达到超导态。
这种突破给超导技术的实际应用带来了革命性的变化。
目前，关于高温超导机制的理论尚不完善，但普遍认为其与电子对相关效应密切相关。
一种被广泛接受的解释是，在某些复杂氧化物材料中，由于电子分布和晶格结构之间的相互作用，电子会形成库珀对（Cooper pair），从而引起超导现象。
主要类别高温超导材料可以分为铜基、铁基、钴基等几类。
其中，铜基高温超导体是最早被发现和研究的类别，其典型代表是YBa2Cu3O7-x（YBCO）和Bi2Sr2CaCu2O8+x（BSCCO）等化合物。
这些材料具有较高的临界温度和良好的工程可塑性，已经在许多领域得到广泛应用。
近年来，铁基高温超导材料受到了极大关注。
该类材料由于晶格结构复杂而引起科学家们浓厚兴趣，并且具有与铜基材料相近甚至更高的临界温度。
铁基高温超导体的代表性物质包括LaFeAsO、BaFe2As2等。
钴基高温超导体则是最新被发现和研究的一类材料。
这类物质具有自旋三重简并性等特点，在其晶格结构中存在着一些特殊的超导对称性。
目前对钴基高温超导材料的研究仍处于初级阶段，但其临界温度已能达到数十开尔文。
最新研究进展铜基高温超导材料近年来，关于铜基高温超导材料的研究主要集中在改善其电流输运性能和稳定性方面。
例如，科学家们通过控制样品形貌和微观缺陷来改善YBCO薄膜的电流密度和临界电流密度。
此外，还有一些研究致力于理解铜基高温超导材料中电子对形成机制以及配位异质结构对其性能的影响。
YBCO超导体的制备及其物理性能研究
ＨｇＢａ。
Ｃｕ０４，ＨｇＢａ２ＣａＣｕ２０ｎ和ＨｇＢａ：ＣａｚＣｕ。
仉。
即１２０１相、１２１２相和１２２３相，这三个相的转变温度分别为８５Ｋ，１２０Ｋ和１３３Ｋ。
其中１２２３相中的１３３Ｋ是迄今为止所发现的在常压下最高的超导Ｉ临界转变温度。
高温超导体是金属氧化物，在本质上是陶瓷材料，所以有的人将其称为陶瓷超导材料。
１．４高温超导体晶体结构图１－２ＢＳＣＣＯ和Ｙｌ把Ｏ晶体结构图高温超导体有很多种，受到科学家主要关注的有上述的五大类：Ｙ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系和Ｈｇ系。
它们的Ｔｃ、Ｊｃ和Ｈｃ各不相同，但它们在晶体结构上有许多共同之处““：（１）这些超导体都是氧化物超导体，都具有层状钙钛矿结构，其品格点阵常数ａ和ｂ都接近０．３８ｎｍ，这与Ｃｕ一０键的键长有关，而点阵常数Ｃ却随层状结构中层数的改变而变化。
（２）在已知的氧化物超导体中，其对称性仅限于四方晶系或正交晶系。
（３）氧含量的多少及分布对氧化物超导体的结构及超导电性都有重要影响。
（４）每一类超导体都含有一层或几层ＣｕＯ：面。
这些是氧化物超导体的共性，但对不同的氧化物超导体，则有不同的具体结构和性能。
１．５ＲｏＢ００超导块材的制备工艺自１９８６年高温超导体发现以来，全球的研究者发明了很多方法制备超导块材，主要有：烧结法““”、粉末熔化处理法（ＰＭＰ）。
“、淬火熔化生长法（ＱＭＧ）“”、液相处理法（ＬＰＰ）“”、熔融织构（ＭＴＧ）“”””。
２１以及相应改进方法。
１）烧结法：人们最早采用传统的烧结法制备Ｙ系高温超导体，即用粉末冶金成特定的取向结晶，使生成的ＹＢＣＯ超导块具有完整Ｃ轴取向的单畴织构。
制备的超导块整体为一个ｃ轴取向的晶粒构成，且轴平行于块状样品的对称轴，在Ｊｃ相同的条件下，磁浮力和俘获场得到显著的提高。
１．６超导体的应用从目前的研究情况来看，超导技术的应用可分成三类：一是用超导材料作成磁性极强的超导磁铁，用于核聚变研究和制造大容量储能装置、高速加速器、超导发电机和超导列车，以解决人类的能源和交通问题；二是用超导材料薄片制作约瑟夫逊器件，用于制造高速电子计算机和灵敏度极高的电磁探测设备；三是用超导体产生的磁场来研究生物体内的结构及用于对人的各种复杂疾病的治疗。
YBCO超导晶体生长动力学原理
YBCO超导晶体生长动力学原理图3-l为包含Ba3Cu508—Y2BaCu05截面的准二元相图。
从图中可以看出，Y2BaCuO5(211)与液相间存在一包晶反应:211+L →123。
123化合物经过熔融织构生长，形成了一种新的片层状的123晶体，片层状的123晶体沿c 轴方向堆积成具有良好显微织构的123晶体。
123化合物在高温下可以分解，在降温时，又可以重新生长，正是基于这种可逆反应。
粉末熔化处理法(PMP)、淬火熔化生长法(QMG)、熔融织构(MTG)以及相应改进方法的原理基本相同，都主要包括YBCO化合物在包晶反应温度(10150C)以上的熔化分解及YBCO超导体经过包晶反应温度以下的熔化慢冷结晶再生长过程。
但各种方法之间存在着一些微妙的差别，正是由于这些微小差别，导致了各种方法制备的样品在显微组织及超导性能上的差异。
因此，弄清YBCO超导体的生长机理，不仅有利于制备高性能的YBCO超导体，而且有利于改进YBCO超导体的制备工艺。
当123化合物被加热到包晶反应温度(约10150C)以上时，它开始逐渐异质熔化分解成具有固相和液相的一种半熔融态物质，具体反应如下:YBa2Cu3O6+x(123) 10150C <T<13000C Y2BaCuO5+L(Ba一Cu一O) (3一l) Y2BaCuO5+L(Ba一Cu一O) 13000C <T<15000C Y203+L(Ba一Cu一O) (3一2)在123均匀熔化分解后，紧接着将这种半熔状态的材料快速冷却到包晶反应温度左右，再以比较慢的速率(<l0C/h)冷却到某一温度使YBCO晶体成核生长，以获得具有良好生长织构的YBCO超导体，并使211粒子均匀弥散地分布在YBCO超导体中。
在熔化慢冷的过程中，处于半熔状态样品中的Y2BaCuO5(211)固相粒子与液相的Ba一Cu一O化合物发生包晶反应，最终生成织构生长的YBCO超导体。
YBCO高温超导带材熔融行为研究
YBCO高温超导带材熔融行为研究徐一鲡;赵睿鹏;苟继涛;陶伯万【摘要】对于第二代高温超导带材,超导接头的实现与超导层的直接熔融互连有关.为了研究YBa2 Cu3 O7-x(YBCO)高温超导带材在热处理时的熔融行为,在真空下对一段梯形的YBCO带材通电使其形成不同的温区,通过不同的测试手段研究薄膜经过热处理后成分、结构以及超导性能的变化.结果表明YBCO超导层在经过一个合适的温度和4 h的氧气退火处理后,能够恢复或部分恢复其超导性能.经分析认为此过程中超导薄膜能够恢复超导性能的原因是Y123相没有分解.但是,如果热处理温度过高会导致Y123相分解为Y211相和钡铜氧化物,这种相变会导致超导性能无法恢复.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)006【总页数】6页(P50-55)【关键词】YBCO;高温超导带材;热处理;熔融【作者】徐一鲡;赵睿鹏;苟继涛;陶伯万【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都 610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都 610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都 610054【正文语种】中文【中图分类】Q484.1稀土钡铜氧(ReBCO,Re=Y,Gd)高温超导带材由于具有高的不可逆场、较高的临界电流密度、液氮温区以上(约77 K)的临界温度以及相对低廉的生产成本,在高场超导磁体的应用上有着广阔的前景[1-4]。
但是第二代高温超导带材一直不能运用于闭环恒久电流模式(Persistent Current Mode,PCM)中[5-8],就是因为国内外对ReBCO涂层导体还没有一种普适的超导接头的制造技术,无法绕制成真正超导的线圈。
目前软钎焊接[9]和超声扩散熔融焊接[10]都存在几十至几百纳欧的电阻。
真正的超导接头必须经过一个超导层在熔融或半熔融状态时直接连在一起的过程,即要使接头处的超导层成为熔融或半熔融的状态,以原子扩散的方式连接在一起[11-12]。
YBCO
（ １ ． 西南交 通大学磁 浮技术与磁浮列车教育部重点实验室 ， 超导与新能源研究开发 中心 ，成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ；
２ ． 新南威尔士大学材料科学与工程学 院，澳大利亚悉尼 ２ ０ ５ ２ ）
摘要 ： 高温超导磁体运行过程 中， 磁体 的热 稳定 性是磁 体能 否安全 运行 和实用化 的重要 指标 。在磁 体热稳 定
ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ￣ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｓ ｒ ｆ ｏ ｒ ｉ ｔ ｓ ｓ ａ ｆ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｒ ｌ ｓ ｔ ｂｉ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｆ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ，ｔ ｈ ｅ
性 的相关研究 中， 超导磁体在运行过程 中的交流损耗 和热传 导特性 是两个 值得研 究的 问题 。因此 ， 文 中运用商 业 有 限元软件 Ｃ ｏ ｍ ｓ ｏ ｌ 构造 了 Ｙ Ｂ Ｃ Ｏ高温超导体 的数值仿 真模 型 ， 通过 Ｃ ｏ ｍ ｓ ｏ ｌ 中的 Ａ Ｃ ／ Ｄ Ｃ模块和热传导 模块 的相 互
Ｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ＡＣ ｌ ｏ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｉｓ ｒ ｅ ｃ ｈ ａｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ
高温超导带材YBCO涂层导体的失超传播特性研究
Ｌ ｉ Ｊ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ 。 ’ ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｇ ｕ ｏ ｍ ｉ ｎ ， Ｊ ｉ ｎ ｇ Ｌ ｉ ｗ ｅ ｉ ’ ， Ｌ ｉ ｕ Ｑ ｉ ＇ ， Ｙ ｕ Ｈ ｕ ｉ 。 ， ，
（ １ ． Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
ｇ ｅ ｒ ｗｈｅ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｐｏ ｒ ｔ ｃ ｕ Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ（ Ｈ Ｔ Ｓ ） ， Ｙ Ｂ Ｃ Ｏ，Ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｕ ｒ ｅ ｎ ｔ（ Ａ Ｃ） ，Ｎ ｏ ｒ ｍ ｌ ａ ｚ ｏ ｎ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ — ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ Ｚ Ｐ Ｖ） ， Ｍｉ ｎ ｉ ｍｕ ｍ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ（ ｇ ＭＱ Ｅ）
２ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
交流的最小失超能略小 ， 且随着传输 电流 的增大最小失超 能间的差距加大 。
ybco材料概述
精品文档
7
应用——高温超导发电机和电动机
• 所用性质：由于其完全抗磁性，兼备了感应和永磁同步 电机的优点。
• 应用背景：目前应用较多的感应电机和永磁同步电机都 有许多众所周知的优点，虽然感应电机 启动方便 ，但 运行效率低 ；永磁同步电机运行效率高，可本身启动困 难。
• 基本概况：具有体积小 、效率高 、同步电抗小、 寿命 长 、噪声低等优点。高温超导的完全抗磁性使得在深冷 温度下电阻近乎为零，与铜导体相比，电流密度可提高 十倍 、有效利用率提高3 倍。与普通电机相比，体积减 小一半而效率达到了99．7％。高温超导与普通超导比， 制冷设备更加简化，而液氮的高效排热率也使得发电机 的更可靠，更经济。
精品文档
1
YBCO结构
• 具有层状钙钛矿型结构， 含有CuO-CuO2CuO2-CuO交替的层，CuO2层可以有变形和皱 褶。钇原子存在于CuO2和CuO2层中，BaO层 则在CuO与CuO2两层之间。
• 存在二维的Cu-O面，由CuO6八面体，CuO5正 四方锥， CuO4平面四边形组成的铜氧平面。
• 所有的铜氧配位多面体相互连结的方式只能采取 共顶点的形式，而不能共棱或共面。
精品文档
2
精品文档
3
当YBCO中氧原子计量小于7时， 根据具体数值的不同，这些非计
量化合物结构可以有差异，可以
化学式中的δ来表示。 δ = 1时 为四方结构，CuO层的O(1)为空， 不显示超导性。 略微增加氧的含 量会增加O(1)的占有率。δ< 0.65时b轴形成Cu-O链，结构变 为正交，晶格参数分别为a=3.82、 b=3.89及其c=11.68Å。当δ ~0.07时超导性最佳。
ybco下临界场-概述说明以及解释
ybco下临界场-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在引言部分的概述中，我们将首先介绍YBCO超导体及其在超导领域的重要性。
随后，我们将详细探讨临界场的概念和其在超导体性质中的关键作用。
最后，我们将重点讨论YBCO超导体在不同温度和磁场下的临界场特性，以及这些特性对其性能和应用的影响。
通过对这些内容的综合讨论，我们希望能够更深入地了解YBCO下的临界场现象，并展望未来在这一领域的研究方向和发展趋势。
1.2 文章结构文章结构部分本文将分为三个主要部分进行讨论。
首先，我们将介绍YBCO超导体的基本概念和特性，包括其结构和超导性质。
接着，我们将探讨临界场的概念及其在超导体研究中的重要性。
最后，我们将重点讨论YBCO超导体在不同条件下的临界场特性，包括其影响因素和应用前景。
通过这些内容的讨论，我们将深入了解YBCO下的临界场现象及其在超导体研究和应用中的重要性。
1.3 目的：本文旨在深入探讨YBCO超导体在低温下的临界场特性，探讨其在超导体研究领域中的重要性和应用前景。
通过对YBCO下临界场的研究，我们可以更好地理解其超导性质和性能，为未来超导体技术的发展提供重要参考和指导。
同时，通过对YBCO下临界场的分析，我们也可以探讨超导体材料的优化和应用领域的拓展，推动超导体技术在各个领域的应用和发展。
希望通过本文的阐述和讨论，能够加深对YBCO超导体和临界场的认识，为相关研究和应用提供有益的启示和启发。
2.正文2.1 YBCO超导体简介YBCO是一种高温超导体，属于第二类超导体。
YBCO的全称是钇钡铜氧，是由钇（Yttrium）、钡（Barium）、铜（Copper）和氧（Oxygen）四种元素组成的化合物。
这种化合物在液氮温度下（77K）就能够表现出超导电性，相比于传统的低温超导体，其更为容易制备和使用。
YBCO具有许多优良的超导性能，包括高的临界温度、较高的临界电流密度和较高的临界磁场。
这使得YBCO超导体在许多领域有着广泛的应用，如在磁共振成像（MRI）、电力输配电、磁浮列车等方面都有着重要作用。
高温超导体YBCO
【the picture was generated using BIOSYM(TM)ห้องสมุดไป่ตู้】
YBCO 在铜氧化合物超 导体中,由于YBCO体 导体中,由于 体 系在结构上具有完整 面和Cu-O链 的CuO2面和 链 因而是理想的基础研 究对象, 究对象,也一直是人 们关注的焦点之一。 们关注的焦点之一。
铜氧化物超导体的结构
一般而言，氧化物超导体都是钙钛矿型结构（ 一般而言，氧化物超导体都是钙钛矿型结构（Perovskite Structure）派生出来的， Structure）派生出来的，人们称之为有缺陷的钙钛矿型化 合物。 合物。钙钛矿型结构的化合物一般都具有理想的配比化学式 ABO3【张其瑞.高温超导电性[M].浙大出版社】 A代表具有较大离子半径 的阳离子 B代表半径较小的过渡金 属阳离子 A和B离子的价态之和为 +6,以保持电中性条件的 +6,以保持电中性条件的 成立
量处于6.5~7.0之间是， YBCO为正交超导相；当氧含量处 之间是， 为正交超导相； 量处于 之间是 为正交超导相 之间， 为不超导的四方相。 于6.5~6.0之间，YBCO为不超导的四方相。 之间 为不超导的四方相
为正交晶系YBa2Cu3O7 图(a)为正交晶系 为正交晶系
为正交-四方相变 图(b)为正交 四方相变 为正交
【G. Xiao, F.H. Streitz, A. Gavrin, Y.W.Du, and C.L.Chien,Phys. Rev. B,35(1987), 8782】
高温超导材料热导率实验测试
高温超导材料热导率实验测试为了将高温超导材料（SHTc ）绕制成超导线圈以产生强磁场，SHTc带材的热导率的测量是必不可少的，除此之外外加磁场也将对其产生影响。
现代工艺技术为超导带材提供了各式各样的金属镀层，以加强其导热性能及电荷载能力。
本文通过稳态测量法，测量了在低温下含银覆盖层YBCO高温超导带材的热导率，以及外加磁场对其热导率的影响，并进行了比较。
实验表明，在环境温度为77K 时，外加磁场能增大银覆盖层YBCO带材的热导率。
关键词：高温超导带材；YBCO；热导率；磁场1 引言1.1 超导材料的发展自1908年荷兰莱顿大学的卡末林-昂内斯教授成功地实现了氦气的液化并于1911年在极低温度下发现汞的超导现象以来[1]，由于超导体材料所具有零点组和抗磁性的优越特性，超导材料便一直受到强烈的关注，越来越多的超导元素和材料被发现，图1.1中标明了具有超导特性的元素。
在一些特定的技术条件下，如高压技术、薄膜技术、极快速冷却以及非晶无序技术等，另一些元素也能显示出超导特性，但这些并不能满足人类对超导材料的实际需求。
为获得具有实际应用价值的超导材料，研究者们将目光转向了合金和化合物。
低温超导材料在20世纪60年代被发现，一大批具有超导特性的合金材料相继被发现，其中具有代表性的有：NbTi 、N 3b Sn 、N 3b Al [2]，它们有较高的临界温度，机械加工性能较好，这类合金超导体的临界温度在20K 左右，能在液氮温区内正常工作，但这些超导材料的临界温度太低，离不开液氦制冷设备，成本高而且不方便。
1986年，高温氧化物超导体La-Ba-Cu-O 的发现标志着人类进入了高温超导材料发展时期。
1987年2月，美国科研小组宣布合成了临界温度在液氮沸点以上的超导材料，同年2月24日中国科学院物理研究所宣布制成钇、钡、铜氧化合物超导体，其临界温度能达到92.8K ，后续大量高温超导材料相继被发现[3]，这些氧化物中最低的临界温度在77K 以上，其中以具有实用性的Bi-2212和Bi-2223超导材料为代表，图1.1概述超导材料发现和超导材料临界温度提高的历史，每年高温超导材料的临界温度都在提高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【张其瑞.高温超导电性[M].浙大出版社】
YBCO各位掺杂及影响 各位掺杂及影响
【 傅瑶,杜国平. YBCO掺杂效应研究进展.南昌大学学报2008,12.30（4）】 【张其瑞.高温超导电性[M].浙大出版社】
Y位替代 位替代 Ba位替代 位替代 Cu位替代 位替代
量处于6.5~7.0之间是， YBCO为正交超导相；当氧含量处 之间是， 为正交超导相； 量处于 之间是 为正交超导相 之间， 为不超导的四方相。 于6.5~6.0之间，YBCO为不超导的四方相。 之间 为不超导的四方相
为正交晶系YBa2Cu3O7 图(a)为正交晶系 为正交晶系
为正交-四方相变 图(b)为正交 四方相变 为正交
为四方晶系YBa2Cu3O6 图(c)为四方晶系 为四方晶系
【 傅瑶,杜国平. YBCO掺杂效应研究进展.南昌大学学报2008,12.30（4）】
YBCO各位掺杂及影响 各位掺杂及影响
替代元素进入YBCO的晶胞，替代某一晶位 的晶胞， 替代元素进入 的晶胞 的离子往往导致键长、键角的变化， 的离子往往导致键长、键角的变化，进而可能影 响到超导电性。 响到超导电性。 替代可区分为： 晶位 晶位： 和 的替代 替代可区分为：A晶位：Y和Ba的替代 B晶位：Cu的替代 晶位： 的替代 晶位
Yttrium atoms are yellow, Barium atoms are purple, Copper atoms are blue and Oxygen atoms are red;
【the picture was generated using BIOSYM(TM).】
YBCO 在铜氧化合物超 导体中,由于YBCO体 导体中,由于 体 系在结构上具有完整 面和Cu-O链 的CuO2面和 链 因而是理想的基础研 究对象, 究对象,也一直是人 们关注的焦点之一。 们关注的焦点之一。
即使在层状钙钛矿结构中, B晶位上的Cu离子与氧离子组成CuO6 即使在层状钙钛矿结构中, 晶位上的Cu离子与氧离子组成CuO Cu离子与氧离子组成 八面体、 正四方锥、 平面四边形,它们亦组成该结构的框架。 八面体、 CuO5正四方锥、 CuO4平面四边形,它们亦组成该结构的框架。 晶位上的Cu离子也不会发生空缺。 Cu离子也不会发生空缺 B晶位上的Cu离子也不会发生空缺。在A位上的多种阳离子缺位和它们 之间的相互替代, 之间的相互替代,使具有层状钙钛矿型结构的氧化物超导体可在一定的 组分范围内变化。 组分范围内变化。
铜氧化物超导体的结构特点 A晶位阳离子的缺位 晶位阳离子的缺位 型钙钛矿结构的化合物, ABO3型钙钛矿结构的化合物,从晶体结构的观点来 晶位的阳离子也容易出现缺位,同时造成了氧的过剩； 看,A晶位的阳离子也容易出现缺位,同时造成了氧的过剩； 而B晶位上的阳离子与氧离子组成的CuO6或MnO6八面体 晶位上的阳离子与氧离子组成的CuO 型结构的框架,因此B晶位上的离子一般不会出现缺 是ABO3型结构的框架,因此B晶位上的离子一般不会出现缺 位。
YBCO 自从1986年首次发现铜氧 自从1986年首次发现铜氧 1986 化合物高温超导体以来， 化合物高温超导体以来，已 经有七大氧化物体系。 经有七大氧化物体系。 YBCO几种不同的相： 几种不同的相： 几种不同的相 123相的 123相的YBa2Cu3O7-δ 相的 124相的 124相的YBa2Cu3O8 相的 247相的 相的Y 247相的 2Ba4Cu7O15
高温氧化物超导体 的结构相变研究
高温铜氧化物超导 体的结构相变
YBCO
铜氧化物超导体的结构
一般而言，氧化物超导体都是钙钛矿型结构（ 一般而言，氧化物超导体都是钙钛矿型结构（Perovskite Structure）派生出来的， Structure）派生出来的，人们称之为有缺陷的钙钛矿型化 合物。 合物。钙钛矿型结构的化合物一般都具有理想的配比化学式 ABO3【张其瑞.高温超导电性[M].浙大出版社】 A代表具有较大离子半径 的阳离子 B代表半径较小的过渡金 属阳离子 A和B离子的价态之和为 +6,以保持电中性条件的 +6,以保持电中性条件的 成立
【G. Xiao, F.H. Streitz, A. Gavrin, Y.W.Du, and C.L.Chien,Phys. Rev. B,35(1987), 8782】
YBa2Cu3O7-δ
图是由高分辨中子衍射数据经峰形拟 合法得到的结构示意图，晶体结构具有 正交对称性（空间群符号为Pmmm）
实验表明： （ ） 实验表明：O（1）位的氧 很容易进出。它的逸出对应δ 很容易进出。它的逸出对应 （YBa2Cu3O7- δ ）的增加。 的增加。
所谓的层状结构是指 CuO2 － Y－ CuO2 －
【韩汝珊，伍勇. 超导物理基础[M].北大出版社】
YBa2Cu3O7-δ的氧含量可在 的氧含量可在6.0~7.0之间连续变化。当氧含 之间连续变化。 之间连续变化
铜氧化物超导体的结构特点
铜氧化物的基本 结构大都是层状钙 钛矿结构。 钛矿结构。 这种结构中或多 或少地存在着氧缺 或少地存在着氧缺 位和A晶位阳离子 的缺位可以在很大的范围内变化。 氧缺位的发生很普遍,数量也可以在很大的范围内变化。
,x的数值即氧缺位的最大值可达0.5。 的数值即氧缺位的最大值可达0.5 在真空条件下,合成SrTiO 在真空条件下,合成SrTiO3-x时,x的数值即氧缺位的最大值可达0.5。 在氧缺位如此之高的化合物中,必然发生晶体结构的畸变。 在氧缺位如此之高的化合物中,必然发生晶体结构的畸变。氧缺位往往 又优先占据某些晶位, (x=2)氧化物超导体中 氧化物超导体中, 又优先占据某些晶位,如YBa2Cu3O9-x(x=2)氧化物超导体中,氧缺位的有 序分布导致在该化合物中存在一维CuO 链和二维CuO 平面, 序分布导致在该化合物中存在一维CuO2链和二维CuO4平面,而不存在三 维的Cu 多面体网络。 Cu维的Cu-O多面体网络。 相反的情况也时有发生,在某些ABO 型钙钛矿型化合物中也可能。 相反的情况也时有发生,在某些ABO3型钙钛矿型化合物中也可能。会 发生氧的过剩,即多余的氧离子以间隙离子存在。 间隙离子存在 发生氧的过剩,即多余的氧离子以间隙离子存在。如在纯氧气中合成 就发生氧的过剩。在层状钙钛矿型结构中,情况和ABO LaMnO3+δ,就发生氧的过剩。在层状钙钛矿型结构中,情况和ABO3型化合 ,x可达0.05。 可达0.05 物相同,但更为复杂。如在高压氧的条件下合成La 物相同,但更为复杂。如在高压氧的条件下合成La2CuO4+x时,x可达0.05。 这时它变成为超导体。 而言,在纯氧气氛中(常压), ),无论如 这时它变成为超导体。对YBa2Cu3Oy而言,在纯氧气氛中(常压),无论如 何氧也不会超过7 何氧也不会超过7。
图1-钙钛矿结构（朱维婷.掺杂对钙钛矿型铜氧
化物高温超导电性的影响[J] .丽水师范专科学校学 报,2004,26(2)）
铜氧化物超导体的结构特点
钙钛矿结构的化合物的组分可通过部分替代而在很宽的范围 钙钛矿结构的化合物的组分可通过部分替代而在很宽的范围 的化合物的组分可通过部分替代 内发生变化。也就是说它们在一定的组分范围内,可以生成 内发生变化。也就是说它们在一定的组分范围内, 很多保持钙钛矿型基本结构的新化合物。 很多保持钙钛矿型基本结构的新化合物。(张其瑞.高温超导电性.浙大出版社) 用元素部分替代产生的新化合物虽然其结构没有发生变化, 元素部分替代产生的新化合物虽然其结构没有发生变化, 产生的新化合物虽然其结构没有发生变化 但是它们的物理特性往往会发生很大的改变。 物理特性往往会发生很大的改变 但是它们的物理特性往往会发生很大的改变。部分替代后的 化合物的导电特性 磁性、超导性和磁电阻等往往会发生很 导电特性、 化合物的导电特性、磁性、超导性和磁电阻等往往会发生很 大的变化。 大的变化。