光浮区法制备掺杂不同浓度K元素的Bi2Sr2CaCu2Oy高温超导单晶

论文总字数：15570字

摘 要

在研磨过程中,分别研磨不掺K元素的粉末和掺不同K元素的粉末.然后对于同种粉末3次在不同的温度与时间长的条件下烧结.接着,在光学浮区炉中生长Bi₂Sr₂CaCu₂O_y单晶.把长好的单晶解理后做XRD测量.通过XRD的分析和不掺K元素与掺K元素的XRD的峰值全部移动来判断出K元素确实是掺进去了.最后在PPMSS上用四电极引线的方法测量Bi₂Sr₂CaCu₂O_y单晶R—T.通过R—T的测量,发现在T_C=79K左右出现了超导.说明掺杂进去了K元素,并且制备出了掺杂K的Bi₂Sr₂CaCu₂O_y超导单晶.

由于金属电阻率的导数是载体浓度的指标。载流子浓度越低，斜率越大。所以尝试着作出金属电阻率的导数的曲线来判断载流子浓度的大小。

最后，按这样一定的计划好的步骤，制备与测量掺杂不同浓度K元素的Bi₂Sr₂CaCu₂O_y单晶。

关键词：光学浮区法，高温超导，Bi₂Sr₂CaCu₂O_y单晶，电阻率。

Bi₂Sr₂CaCu₂O_y High temperature Superconductivity single crystal which is doped with K element of different concentrations was prepared by Optical floating zone method

Abstract：This article principally include that how to grind, sinter and prepare Bi₂Sr₂CaCu₂O_y High temperature Superconductivity single crystal which is mixed with K element. The obtained powders were characterized by X-ray diffraction to judge that whether K element is mixed with Bi₂Sr₂CaCu₂O_y single crystal. Bi₂Sr₂CaCu₂O_y High temperature Superconductivity single crystal which is mixed with K element was prepared in Optical floating zone furnace. R—T curve was measured by PPMS to judge whether Bi₂Sr₂CaCu₂O_y single crystal is High temperature Superconductivity.

Bi₂Sr₂CaCu₂O_y powders which is mixed with K element of different concentrations was grinded in different time and temperature. It is true that K element is mixed with Bi₂Sr₂CaCu₂O_y single crystal by X-ray diffraction. And R—T curve turn out that Bi₂Sr₂CaCu₂O_y single crystal is High temperature Superconductivity.

Because The slope dρ/dT of the metallic regime is an indicator of the charge carrier concentrations, the carrier concentration can be decided by The slope dρ/dT curve of the metallic regime.

Key words: Optical floating zone method, High temperature Superconductivity , Bi₂Sr₂CaCu₂O_y single crystal , metallic regime.

摘要 ----------------------------------------------------------1

Abstract------------------------------------------------------ 1

第一章 绪论 ---------------------------------------------------4

1.1 引言------------------------------------------------------ 4

1.2.1 Bi2Sr2CaCu2Oy 高温超导研究现状-------------------------- 4

1.2.2 超导体的基本概念 --------------------------------------- 4

1.2.3 高温超导体的结构特点----------------------------------- 5

1.2.4 铋系的发现及发展 --------------------------------------- 6

1.3 制备Bi2Sr2CaCu2Oy 的常用方法-------------------------------6

1.3.1 溶胶-凝胶法制备Bi2Sr2CaCu2Oy粉末------------------------6

1.3.2 固相反应法制备Bi2Sr2CaCu2Oy 粉末------------------------ 6

1.3.3 光浮区法生长Bi2Sr2CaCu2Oy单晶-------------------------- 6

1.4.1 研究高温超导的Bi2Sr2CaCu2Oy 背景及意义------------------ 7

1.4.2 超导体的应用方向------------------------------------------8

第二章 实验仪器及其实验过程-------------------------------------8

2.1 实验仪器----------------------------------------------------8

2.1.1光浮区炉---------------------------------------------------8

2.1.2 静水压力机实物图------------------------------------------10

2.1.3 PPMS简介 ------------------------------------------------10

2.1.4 X射线衍射仪简介------------------------------------------11

2.1.5 扫描电子显微镜--------------------------------------------11

2.2 实验过程 ---------------------------------------------------11

第三章 结果与讨论-----------------------------------------------13

3.1：SEM分析 ---------------------------------------------------14

3.2 XRD分析 ----------------------------------------------------14

3.3：R—T曲线的测量-------------------------------------------- 15

3.4 总结 --------------------------------------------------------17

致谢 ------------------------------------------------------------17

参考文献（References）------------------------------------------ 18

1. 绪论

1,1：引言

在1991年率先发现液态Hg在4.2K附近电阻率突然变为零的Onnes，打开了一个新的超导物理领域的大门。直到20世纪50年代，以前仅仅作为探寻自然界存在的客观规律和现象在研究的超导，但自从BCS理论的建立后，就很好的解释了很长时间神秘的超导起因。1954年Matthias 发现新的A-15型超导化合物Nb₃Sn, 在1961年Kunzler将Nb₃Sn制成高场磁体，从而开创了超导在强电中的应用与发展，尤其是在1962年出现的Josephson效应，为超导应用开辟了一个崭新的道路。超导在70年代的微弱信号检测应用方面和电力工业的进展显示了凸显了它无与伦比的优越性，例如用超导线材完美地获得了17.5T高磁场，使得在磁流体发电、超导磁悬浮列车、电能输送等方面的研试制不停进步；用Josephson效应做出的超导量子干涉器（简称SQUID）可分辨10-15T磁场。它立即应用到生物磁学、国探矿、地震预报等方面，交流Josephson器件用到电压基准监视、射电天文等领域，显示出其他器件与之不可比拟的性能。但由于超导临界温度低，必须使用液氮，大大限制了它的优越性。从70年代起人们注意力转向寻找高临界温度Tc(液氮温区)超导体，在周期表上排列、组合成各种二元、三元合金或化合物，但一直进展不大，人们又去找四元化合物，仍无成效，1973年找到的最高Tc是23.2K的Nb₃Ge薄膜，此后1985年这个记录一直不变。

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