成分和应力调控的Bi系薄膜微结构对超导性能影响研究

本研究充分利用MBE和Sol-gel法在氧化物薄膜制备的特点，结合RHEED和TEM等原、异位微结构表征方法，以在平衡/非平衡态以及各种衬底条件下制备的Bi系超导薄膜为对象，综合研究Bi系超导的微结构和成分等特性对生长模式和超导电、磁性能的影响，以便进一步深入认识和理解Bi系氧化物超导材料的微结构对其超导性能的影响机制，进而找出完善其制备工艺以及提高其性能的途径。通过MBE和Sol-gel方法严格控制和调整化学成分以及其力学状态；通过RHEED原位和TEM(HRTEM)及AFM等异位表征手段相结合，深入研究调制结构、非化学剂量比、应力状态以及微掺杂等对其微结构、各向异性、完整性以及生长模式的影响，以及其对材料的超导性能的影响，进而改善材料的制备工艺，获得具有良好单相和双轴织构性、表面平整、且高超导性能的Bi系高温超导膜材料，最终促进整个Bi系、乃至氧化物超导材料研究。

本项目针对Bi系高温超导体物理性能与成分、微结构的关系和作用机理开展了系统研究。利用薄膜、粉体材料的特性，通过不同途径制备了Bi超导体，并对其微结构、成分调制与超导性能机理进行了实验研究。为了避免生长应力等其他因素的干扰，利用Sol-gel法在MgO、SrTiO3及LaAlO3衬底上制备了Bi系超导薄膜，结果表明应力-应变对超导性能影响存在一个极大值。利用Ca元素替代Bi2201中的Sr元素，结果表面Ca元素影响超导性能的原因之一源于微区应变。利用NiO等第2相粒子的插入，研究应变对其磁性能的影响，初步结果表明应变场可能对其产生影响。