高温超导YBaCuO薄膜及其涂层导体的厚度效应研究

具有低维特征的外延超导薄膜是理解超导物性和发展应用技术十分重要的研究对象。随着薄膜厚度的变化，由于可能的介观和尺寸非局域效应等，超导体的临界特性可能出现一些独特的变化，甚至出现维度关联的跳跃现象；高温氧化物超导体存在明显的厚度诱导临界电流密度下降等问题。本项目将全面研究YBaCuO超导薄膜及其涂层导体的超导层厚、微结构与超导性能之间的关联性；明确其中的材料科学问题及其物理机制，特别研究局域化织构随薄膜厚度增加而演变的规律；将数值模拟薄膜生长模式、厚度和应力变化对传输超导临界电流及其自场的影响；拟通过独特的控制性生长技术，建立具有周期性异质相掺杂的特殊超导层结构，研究极薄非超导层对超导电性维度（从3D到2D）跳跃的可能诱导作用；探索出一条抑制超导厚度效应的有效途径，在单位厘米宽超导载流能力方面有所突破。这些研究将对高温超导薄膜的基础物性理解及其第二代高温超导带材的技术进步具有重要价值。

具有低维特征的外延超导薄膜是理解超导物性和发展应用技术十分重要的研究对象。高温氧化物超导体薄膜及其涂层导体存在明显的厚度诱导的临界电流密度下降现象，解决这一问题对提高第二代高温超导带材性能具有重要价值。本课题通过一系列微结构和电磁性能表征，分析了YBCO超导薄膜厚度诱导的外延织构变化及其成因。主要研究成果和创新点有：（1）对高温超导涂层导体中多种氧化物缓冲层的外延生长及厚化结构特征进行了分析，通过有限元数值解析，获得了不同氧化物缓冲层的应力释放和临界厚度特征；（2）单层REBCO超导膜的微结构和应力特征对薄膜厚度、异质组分和工艺参数的依赖关系研究。采用应力敏感的拉曼光谱等分析技术，揭示了超导薄膜中声子振动模式及其厚度依赖特性；（3）YBCO/LaSrMnO异质结和双次涂敷REBCO超导膜的界面特征和厚度效应研究，发现了双层膜结构中的界面应力、磁不均匀性及其钉扎效应。采用两次涂覆工艺提高了薄膜厚度并分析明确了双次涂覆薄膜的处理条件、结构与性能的关系；（4）通过多次涂敷和多次低温热解获得3-4微米厚的低温热解膜，优化工艺参数和调整成核条件获得了成相良好的c轴织构膜；（5）通过控制性生长技术，在富有氧化物缓冲层的金属基带上建立了特殊的人工包含YBaCuO/GdBaCuO周期性结构的复合超导层，实现超导厚膜的高度双轴织构特性，在薄膜厚度从0.5微米提高达到3微米情形下，其phi扫描的半高宽没有提升，仍然能保持在4度以下。 . 以上研究表明人工技术可以成功获得了高性能的单层及多层REBaCuO超导厚膜，可应用于高性价比高温超导带材的实用化批量生长，具有很高应用潜能和推广价值。课题目前已发表9篇SCI、12篇EI收录论文，另有8篇正在审稿中，参加国内外学术会议交流29余次，申请相关的发明专利7项，培养研究生16名研究生。同时对本课题组内4名以上中青年教师的成长提供支持。