杂质尺寸对新型超导材料性能的影响

北卡罗莱纳州立大学的研究发现，杂质会损害一种关键超导材料的性能——或者可能带来好处——这种材料有望在许多领域得到应用，包括未来的粒子对撞机。杂质的大小决定了它们是否有助于或阻碍材料的性能。

争论的焦点是一种名为铋锶钙铜氧化物(Bi2212)的超导材料。超导体是一种可以传输电能而不损耗的材料——例如，能量不会以热量的形式散失。超导材料目前应用于医学MRI技术，有望在新兴电力技术中发挥突出作用。

“Bi2212是唯一一种可以制成圆线的高温超导体，预计将在磁体上得到应用，从磁共振成像技术到下一代超级对撞机，几乎所有属于高能物理学范畴或需要非常高的磁场的磁体。”他是北卡罗来纳州立大学的博士生，也是一篇描述这项工作的论文的主要作者。

为了将Bi2212用于这些潜在的应用，该材料需要形成多丝导线，其中包含500到1000个嵌入银的Bi2212丝，然后热处理至近900摄氏度。然而，这种处理过程会导致材料中存在杂质。这些杂质主要由孔隙和氧化铋锶铜(Bi2201)组成。

“我们知道，Bi2212的孔隙度或孔洞的形成存在问题。但我们想要超越孔隙度，更多地了解Bi2201杂质，以及它们如何帮助或损害Bi2212的性能，”论文的资深作者、神户钢杰出教授、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系主任贾斯汀·施瓦茨博士说。“这将帮助我们确定如何通过更好的处理来优化材料的超导特性。”

研究人员发现，1.2到2.5纳米宽的纳米级杂质似乎可以提高Bi2212作为超导体的性能。

纳德利说:“纳米级杂质或缺陷充当了‘钉住’磁通的中心。”“没有了这些固定中心，磁涡流就会移动，在磁场存在时产生电阻率并阻碍超导性。

Naderi补充道:“人们希望使用Bi2212利用电流创造高磁场，因此固定磁通量是至关重要的——使用这种材料的技术必须能够在磁场存在的情况下运行。”

但研究人员还发现，以微米(或微米)为单位测量的大规模杂质对Bi2212的超导性有害。这是因为这些杂质太大了，它们充当了电流的屏障，迫使电子改变它们的路径，削弱了材料的超导性。

“我们之前的工作表明，大规模的Bi2201缺陷是Bi2212电线的一个重要问题，而这项工作证实了这一点，”施瓦茨说。“但现在我们知道，在纳米尺度上，Bi2201是无害的，而且可能会提高性能。”

研究人员说，下一步的关键是材料工程师重新评估Bi2212电线的长期处理协议，以确定如何将大规模杂质的形成降到最低。

纸”,毕福剑的角色₂老₂措_x共生在Bi₂老₂CaCu₂O_x/银圆线:c轴输送和磁通量钉扎，发表在网上应用物理快报．

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

关于毕福剑的角色₂老₂措_x共生在Bi₂老₂CaCu₂O_x/银圆线:c轴输送和磁通量钉扎"

作者戈尔萨·纳德瑞和贾斯汀·施瓦茨，北卡罗莱纳州立大学

发表4月17日应用物理快报

文摘:尽管在Bi的表现上有所进步₂老₂CaCu₂O_x(Bi2212)/Ag多丝圆线，理解多长度尺度上的微观结构缺陷对电传输的影响仍然是一个重大的挑战。近年来，许多研究都集中在孔隙度上，但孔隙度并不是决定J_c．部分熔融多丝Bi2212丝中主要杂质为Bi₂老₂措_x(Bi2201)，形成介观晶粒和纳米共生体。之前，我们展示了Bi2201颗粒对运输的破坏作用。在这里，我们将扫描透射电子显微镜的结果与Bi2212相干长度、各向异性磁化行为和磁场依赖的输运联系起来，以研究c轴输运和Bi2201共生对磁通量固定的影响。我们发现，宽的Bi2201共生体是Bi2212晶粒内c轴输运的障碍，而窄的(半细胞和全细胞)Bi2201共生体对c轴输运没有不利影响，可能是磁通量钉扎中心。这些结果对理解Bi2212/Bi2201系统具有重要的影响，并为基于线、膜和结的器件的未来改进提供重要的物理见解。