[论文解读] Review of superconducting properties of MgB2

Cristina Buzea, Tsutomu Yamashita|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2001

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 9被引用 31

一句话总结

本综述总结了MgB2的超导特性，这是一种具有40 K最高临界温度（Tc）的二元化合物，其特点包括结构简单、相干长度大、临界电流密度高（>10 MA/cm²）以及晶界透明。本文探讨了其在大规模应用和电子器件中的潜力，同时讨论了尚未解决的问题，如各向异性和能隙结构的性质。

ABSTRACT

This review paper illustrates the main normal and superconducting state properties of magnesium diboride, a material known since early 1950's, but recently discovered to be superconductive at a remarkably high critical temperature Tc=40K for a binary compound. What makes MgB2 so special? Its high Tc, simple crystal structure, large coherence lengths, high critical current densities and fields, transparency of grain boundaries to current promises that MgB2 will be a good material for both large scale applications and electronic devices. During the last seven month, MgB2 has been fabricated in various forms, bulk, single crystals, thin films, tapes and wires. The largest critical current densities >10MA/cm2 and critical fields 40T are achieved for thin films. The anisotropy ratio inferred from upper critical field measurements is still to be resolved, a wide range of values being reported, between 1.2 and 9. Also there is no consensus about the existence of a single anisotropic or double energy gap. One central issue is whether or not MgB2 represents a new class of superconductors, being the tip of an iceberg who awaits to be discovered. Up to date MgB2 holds the record of the highest Tc in its class. However, the discovery of superconductivity in MgB2 revived the interest in non-oxides and initiated a search for superconductivity in related materials, several compounds being already announced to become superconductive: TaB2, BeB2.75, C-S composites, and the elemental B under pressure.

研究动机与目标

• 总结MgB2在正常态和超导态的性质，该材料是最近发现的在40 K时表现出超导性的材料。
• 评估MgB2由于其高临界电流密度和磁场耐受性，其在大规模器件和电子学中实际应用的潜力。
• 探讨其各向异性比和单能隙或双能隙存在的开放性问题。
• 将MgB2定位为新型超导体类别的潜在原型，以激发对相关材料的进一步研究。

提出的方法

• 系统综述2001年1月至7月间制备的块体、单晶、薄膜、带材和导线的实验数据。
• 通过上临界磁场测量分析各向异性比，报告值范围为1.2至9。
• 评估临界电流密度和临界磁场数据，特别是薄膜实现的>10 MA/cm²和40 T的数值。
• 将理论模型与实验观测进行比较，以评估超导能隙的性质（单能隙与双能隙）。
• 综合多个研究团队的发现，以评估报告性质的一致性与差异。
• 使用期刊参考文献和《超导体、科学与技术》期刊的数据验证报告结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 MgB2中40 K的异常高Tc是由什么引起的，与其他二元化合物相比如何？
• RQ2 MgB2中的晶界在多大程度上因透明性而允许实现高临界电流密度？
• RQ3 MgB2的真实各向异性比是多少，为何报告值存在如此大的差异？
• RQ4 MgB2表现出单能隙还是双能隙，各自的支持证据是什么？
• RQ5 MgB2的发现是否暗示了一类新型超导体，这对未来材料发现有何影响？

主要发现

• MgB2表现出40 K的临界温度Tc，是当时已知二元化合物中最高的。
• MgB2薄膜实现的临界电流密度超过10 MA/cm²，上临界磁场高达40 T。
• 从上临界磁场测量得出的各向异性比差异极大，范围从1.2到9，表明实验和理论方面仍存在未解决的挑战。
• 关于MgB2是单能隙还是双能隙尚无共识，不同实验团队的解释存在冲突。
• 该材料的简单晶体结构、大相干长度以及透明的晶界，使其在高电流应用中极具前景。
• MgB2的发现重新激发了对非氧化物超导体的兴趣，导致宣布在相关化合物如TaB2、BeB2.75、C-S复合物以及高压下的硼中也存在超导性。