[发明专利]一种Fe(Se,Te)超导厚膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种Fe(Se,Te)超导厚膜及其制备方法与应用，Fe(Se,Te)超导厚膜的制备方法为：采用多通道脉冲激光沉积方法，先在镀有缓冲层的金属基带上沉积Fe(Se,Te)种子层，再在Fe(Se,Te)种子层上沉积多层Fe(Se,Te)超导层。与现有技术相比，本发明制备的Fe(Se,Te)超导厚膜具有纯C轴取向、高超导转变温度、高临界电流和高临界电流密度，在4.2K、自场下，临界电流大于300A，临界电流密度高达2.3MA/cmsupgt;2/supgt;；本发明的Fe(Se,Te)超导厚膜在自场和磁场下都具有高的临界电流和临界电流密度，可满足强磁场应用，适合产业化生产。

技术领域

本发明属于涂层导体技术领域，涉及一种高性能Fe(Se,Te)超导厚膜及其制备方法与应用。

背景技术

自从2008年2月日本东京工业大学的细野秀雄(H.Hosono)教授研究组在LaFeAsO1-xFx中发现了26K的超导电性以来，国内外许多研究组相继报道了一系列具有超导电性的层状铁基化合物，此类材料被统称为铁基超导体，是继铜氧化物超导体之后被发现的又一类重要的高温超导材料。铁基超导体主要可以分为两大类，即铁硒(FeSe)基超导体与铁砷(FeAs)基超导体。其中FeSe基超导体具有超导临界温度可大范围调控、结构简单和无毒的突出优点，将FeSe中的Se用Te部分替代，掺杂后的FeSe_1-xTe_x(Fe(Se,Te))样品超导转变温度可从8K提升至14K。另外，由于较高的超导临界参数及易于加工等特点，Fe(Se,Te)超导体在超导应用开发方面也日益受到重视。

超导线带材是新型铁基超导体走向强电应用的基础，一些制备Fe(Se,Te)涂层导体线带材的尝试已经开始。分子束外延(MBE)和脉冲激光沉积(PLD)是用于生长外延薄膜的两种主要方法，其中PLD是最常用的方法。例如，Fe(Se,Te)薄膜已经被沉积到既有的金属基底上(目前两种成熟的、被常用制备REBCO涂层导体的基体)，如离子束辅助沉积的氧化镁(IBAD-MgO)缓冲的哈氏合金带和CeO₂/YSZ/Y₂O₃缓冲的轧制辅助双轴织构基底基带。在IBAD-MgO基带上，由于Fe(Se,Te)和MgO存在大的晶格失配度，T_c比较低(T_c，R＝0＝11K)。中科院电工所研究团队报道了LaMnO₃缓冲的IBAD-MgO基底上沉积的Fe(Se,Te)薄膜，T_c为16.8K，在4.2K和9T下，J_c大于0.35MA/cm²。欧洲核子研究团队在只有单一的CeO₂缓冲层的RABiTS基带上沉积的Fe(Se,Te)薄膜，T_c为18K，在4.2K和18T下，J_c大于2×10⁴A/cm²。2020年，G.Sylva等人报道了在350nm厚CeO₂缓冲的RABiTS基带上沉积的Fe(Se,Te)薄膜，T_c为18K，在5K和0T下，J_c为7.9×10⁴A/cm²。

综上所述，铁基超导材料呈现高的超导临界参数(包括临界温度T_c、上临界磁场Hc2、临界电流密度J_c)，特别是具有极高的临界电流密度和上临界磁场、低的各向异性、易于加工且原料价格相对低廉等特点。因此，具备诸多优越特性的铁基超导体在应用上具有巨大的潜力。对于应用，高电流承载能力是迫切需要，而临界电流主要由薄膜的厚度和临界电流密度决定，为了获得较高的电流承载能力，这就要求在一方面要制备高结晶质量的高温超导厚膜；另一方面要在提高薄膜厚度的同时保持较高的临界电流密度值。

然而，目前报道的Fe(Se,Te)薄膜的厚度大部分都在100-200nm范围内，临界电流密度在10⁵A/cm²量级，因而其临界电流为10A以下，远远达不到应用的要求。

发明内容