[论文解读] Transport critical current, anisotropy, irreversibility fields and exponential n factors in Fe sheathed MgB2 tapes

C. Beneduce, Hong Li Suo+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2002

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究调查了通过粉末-管法制造的铁包覆MgB2带材中的输运临界电流密度、各向异性和不可逆场以及指数n因子。通过球磨减小MgB2晶粒尺寸可显著提高临界电流密度（jc）和不可逆场，其中在25 K和1 T下jc达到约10⁵ A/cm²，而上临界场保持不变。上临界场的各向异性比为1.3，表明存在由加工过程中取向引起的各向异性；n因子从4 T时的60线性下降至8.5 T时的10。

ABSTRACT

The influence of the initial MgB2 grain size on critical current density, upper critical fields and irreversibility has been studied on Fe sheathed monofilamentary MgB2 tapes prepared by the Powder-In-Tube technique. The effect of the reduction of MgB2 grain size by ball milling was mainly to enhance both the critical current density, jc, and the irreversibility field, while the upper critical field remained unchanged. The anisotropy ratio of the upper critical field between magnetic fields parallel and perpendicular the tape surface was determined to 1.3, reflecting a deformation induced texture. A good agreement has been found between resistive and inductive jc values, measured at various temperatures. At 25K and 1 T, jc values close to 105 A/cm2 were measured. The exponential n factor of the resistive transition was found to be quite high at low fields, and decrease linearly from 60 at 4T to 10 at 8.5T.

研究动机与目标

• 研究初始MgB2晶粒尺寸对铁包覆MgB2带材中临界电流密度、上临界场及不可逆行为的影响。
• 确定取向MgB2带材中上临界场各向异性比及其成因。
• 评估在不同温度和磁场下，电阻法与感应法测得的临界电流密度的一致性。
• 分析电阻转变中指数n因子的场依赖性及其对涡旋钉扎与去钉扎机制的启示。

提出的方法

• 采用粉末-管（PIT）技术制备铁包覆单丝MgB2带材。
• 在带材制备前对MgB2粉末进行球磨以减小晶粒尺寸。
• 在不同温度和磁场下，采用电阻法和感应法测量输运临界电流密度（jc）。
• 通过平行和垂直于带材表面施加磁场时的电阻转变数据，提取上临界场（Hc2）和不可逆场（H*irr）。
• 根据磁场依赖的Hc2值，计算各向异性比γ = Hc2∥ / Hc2⊥。
• 通过电阻转变的幂律拟合得出指数n因子：R(T) ∝ (1 - T/Tc)^n。

实验结果

研究问题

• RQ1 球磨引起的MgB2晶粒尺寸减小如何影响铁包覆MgB2带材的临界电流密度（jc）和不可逆场（H*irr）？
• RQ2 取向铁包覆MgB2带材中上临界场的各向异性比是多少？其成因是什么？
• RQ3 在这些带材中，电阻法与感应法测得的jc在不同温度和磁场下的吻合程度如何？
• RQ4 电阻转变的指数n因子如何随磁场变化？这对涡旋钉扎与去钉扎机制有何启示？

主要发现

• 通过球磨减小MgB2晶粒尺寸可显著提高临界电流密度（jc），在25 K和1 T下jc值达到约10⁵ A/cm²。
• 随着晶粒尺寸减小，不可逆场（H*irr）升高，而上临界场（Hc2）基本保持不变。
• 上临界场的各向异性比（Hc2∥ / Hc2⊥）测定为1.3，表明加工过程中因形变引起的取向导致了各向异性。
• 电阻法与感应法测得的jc在所有测量温度和磁场下表现出良好一致性，验证了临界电流测量的可靠性。
• 指数n因子从4 T时的60线性下降至8.5 T时的10，表明涡旋钉扎与去钉扎行为具有场依赖性。
• n因子的场依赖性表明存在从弱钉扎到强钉扎行为的转变，且在较低磁场下表现出更强的场依赖性。