[论文解读] High-field superconductivity in alloyed MgB2 thin films

V. Braccini, A. Gurevich+25 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jan 30, 2004

Superconductivity in MgB2 and Alloys被引用 12

一句话总结

本研究探讨了掺杂碳的MgB2薄膜在高场下的超导性，表明碳掺杂显著提高了上临界场Hc2，在4.2 K时垂直于ab平面方向达到35 T，平行于ab平面方向达到51 T的纪录值。Hc2(T)的异常向上弯曲行为可通过非理想双能隙超导理论良好描述，且Hc2‖(0)接近约70 T的参数磁极限，表明其在高场应用中具有巨大潜力。

ABSTRACT

We investigated the effect of alloying on the upper critical field $H_{c2}$ in 12 $MgB_2$ films, in which disorder was introduced by growth, carbon doping or He-ion irradiation, finding a significant $H_{c2}$ enhancement in C-alloyed films, and an anomalous upward curvature of $H_{c2}(T)$. Record high values of $H_{c2}^{\perp}(4.2) \simeq 35T$ and $H_{c2}\|(4.2) \simeq 51T$ were observed perpendicular and parallel to the ab plane, respectively. The temperature dependence of $H_{c2}(T)$ is described well by a theory of dirty two-gap superconductivity. Extrapolation of the experimental data to T=0 suggests that $H_{c2}\|(0)$ approaches the paramagnetic limit of $\sim 70T$.

研究动机与目标

• 研究合金化对MgB2薄膜上临界场Hc2的影响。
• 理解掺杂MgB2中Hc2(T)出现异常向上弯曲行为的起源。
• 确定在掺杂MgB2体系中Hc2是否可接近参数磁极限。
• 探索MgB2薄膜在高场超导应用中的潜力。

提出的方法

• 通过脉冲激光沉积法制备12组MgB2薄膜，利用生长条件、碳掺杂及氦离子辐照控制其非晶度。
• 测量磁场方向相对于ab平面平行与垂直时的Hc2(T)。
• 应用非理想双能隙超导理论建模Hc2的温度依赖性。
• 将Hc2(T)数据外推至T=0 K，以估算零温上临界场。
• 以参数磁极限作为Hc2‖(0)的理论基准。

实验结果

研究问题

• RQ1 碳掺杂如何影响MgB2薄膜的上临界场Hc2？
• RQ2 为何在碳合金化MgB2薄膜中，Hc2(T)表现出与传统BCS理论预期相反的向上弯曲行为？
• RQ3 在掺杂MgB2中，Hc2‖(0)在多大程度上可接近参数磁极限？
• RQ4 所观测到的Hc2增强是否可由非理想双能隙超导理论解释？

主要发现

• 碳合金化MgB2薄膜表现出Hc2的显著增强，Hc2⊥(4.2 K)达到35 T，Hc2‖(4.2 K)达到51 T。
• Hc2(T)的温度依赖性表现出异常的向上弯曲，该行为可通过非理想双能隙超导理论良好描述。
• 将Hc2‖(T)外推至T=0 K表明，Hc2‖(0)接近约70 T，即参数磁极限。
• 所观测到的Hc2值超过未掺杂或辐照MgB2薄膜的值，凸显了碳掺杂的有效性。
• 数据证实，合金化可稳定MgB2中的高场超导性，使其适用于高场磁体应用。
• 结果表明，MgB2薄膜在高磁场下可接近理论参数磁极限维持超导性。