Bi系和Y系高温超导材料的形成机理、结构与缺陷的研究

摘要

Bi<,2>Sr<,2>Ca<,2>Cu<,3>O<,10+δ>(Bi-2223)和YBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>(YBCO)是在电力设备和强磁体等领域最具应用潜力的高温超导体.我们使用现代透射电子显微镜系统地研究了这两种重要超导体的形成机理及其结构特征.首先,研究了四种具有不同原始粉的Bi<,2>Sr<,2>Ca<,2>Cu<,3>O<,10>相在银管内的合轴和形成.微观结构特征显示出合轴与形成运动学与处理技术和原始粉的相组成密切相关.我们通过使用透射电镜观察部分和完全热处理样品的组织与结构,研究了BaF<,2>工艺(即后沉积反应合成外延YBCO膜工艺)中YBCO在SrTiO<,3>和CeO<,2>基底上的形核与长大.开发了一种新的电子衍射技术来测量Bi-2212,YBCO和MgB<,2>中的电荷密度.该技术是在透射电子显微镜中把电子束聚焦在样品的上方(或下方)从而同时在很多Bragg衍射盆中得到阴影象,或平行记录暗场象(简称为PARODI).将PARODI技术进一步扩展到使用相干光源这一新领域(例如在装备有场离子发射枪的透射电镜中)形成了相干PARODI技术并用未精确测定晶体中缺陷的位移矢量.

目录

文摘

英文文摘

第一章、绪论

1.1.超导体研究的回顾

1.1.1.超导体的发现

1.1.2.超导电性的微观理论

1.1.3.两种类型超导体

1.1.4.“温度壁垒”问题

1.2.高温超导体的兴起

1.3.高温超导体的结构特征

1.3.1.YBa2Cu3O7-δ

1.3.2.Bi2Sr2Can-1CunO2n+4(Bi-2201，Bi-2212，Bi-2223)

1.4.高温超导体的微观机理

1.5.高温超导体的应用研究

1.6.本论文的研究方向和主要内容

第二章、实验工具

2.1.简介

2.2.电子衍射

2.2.1.电子波

2.2.2.电子衍射几何学

2.2.3.几何构图法确定未知晶体的点阵

2.2.4.电子衍射强度的动力学计算

2.3.高分辨象及其模拟计算

2.4.X射线能量色散谱(EDX)

2.5.电子能量损失谱(EELS)

第三章、Bi2Sr2Ca2Cu3O10/Ag复合带材中Bi2Sr2Ca2Cu3O10相的合轴与形成的运动学研究

3.1.引言

3.2.实验过程

3.3.实验结果与讨论。

3.3.1.热处理早期阶段的微观结构和成分演变

3.3.2.Bi-2223的形成

3.3.3.Bi-2212到Bi-2223相变其间形成的中间析出相

3.4.小结。

第四章、BaF2后沉积反应过程中YBa2Cu3O7在SrTiO3和CeO2基底上的形核与长大

4.1.引言

4.2.实验过程

4.3.实验结果与讨论

4.3.1.SrTiO3基底上3μm厚的YBCO

4.3.2.CeO2基底上1μm厚的YBCO

4.3.3.非晶层的化学成分分析

4.3.4.5μm厚原始膜中a或b轴YBCO的形核机制

4.3.5.氧氟化合物和YBCO/SrTiO3界面化合物的晶体结构

4.4.小结

第五章、用电子衍射定量确定超导体中的电荷转移

5.1.引言

5.2.电荷密度和电荷转移

5.3电子光源对晶体中价电子的敏感性

5.3.1小角度散射下的带电荷原子的电子散射振幅

5.3.2.离子晶体在靠近传播方向的结构因子(s≈0)

5.3.3.电荷分布和点阵位移对结构因子的影响

5.4.定量测量结构因子的新的电子衍射方法

5.5.YBa2Cu3O7和Bi2Sr2CaCu2O8+δ的价电子分布

5.5.1.YBa2Cu3O7

5.5.2.Bi2Sr2CaCu2O8+δ

5.6.MgB2的价电子分布

5.7.小结

第六章、用相干PARODI方法定量分析Bi基高温超导体中的层错和扭转晶界

6.1.引言

6.2.实验

6.3.相干PARODI衍射

6.3.1.由缺陷的点阵位移引起的衬度

6.3.2.由于平均内电势在晶界附近的变化引起的衬度

6.3.3.误差分析

6.4.界面和平面缺陷的观察及其解释

6.4.1.Bi-2201和Bi-2212之间的界面

6.4.2.层错

6.4.3.晶界

6.5.多次散射对相干PARODI衍射的影响

6.6.讨论

6.7.小结

第七章、结论

致谢

参考文献

附录：攻读学位期间发表论文