缪勒等发现的La2-xBaxCuO4及其后出现的以YBCO为代表的RBa2Cu3O7-δ在结构上呈层状类钙钛矿型晶体结构,由被AmOn层(A—其它元素,O—氧)隔开的导电的CuO2面组成。电荷的迁移主要由保留在CuO2面内的空穴完成,AmOn层起电荷储存器作用并借荷电载流子控制CuO2面的掺杂。故在分类上把其叫做空穴掺杂超导体。鉴于这两种高温超导化合物的晶胞内含有两个铜氧(CuO2)面,又称其为双铜氧层化合物。
空穴掺杂超导体多为高Tc超导体。1988年日本人发现了又一种通式为Ln2-xMxCuO4-y(Ln=Pr,Nd,Sm,Eu;M=Ce,Th;x约等于0.1~0.18;y约等于0.02)的稀土超导化合物[1,2],其晶胞内仅含一个CuO2面,又称做单铜氧层化合物。其导电机制为电子导电,故叫做电子掺杂超导体。如在反铁磁绝缘化合物Nd2CuO4内用4价铈代替部分3价钕,使铜氧面获得电子的明显掺杂,导致Nd2-xCexCuO4-y在大约25 K的Tc(亦有报道Tc的最大值可达28 K)表现出超导性。
以YBa2Cu3O7-δ即YBCO(又简称做Y-123)为代表的钇系超导材料中,除Y-123相外,还存在Y-124超导相(YBa2Cu4O8)和Y-247相(Y2Ba4Cu7O15),其中Y-124和Y-123相比,由于在块材状态不存在热稳定问题,故预计将会部分取代Y-123。Y-124的Tc约为80 K,但用钙代替部分钇可使Tc提高到90 K。最近日本人在一般的氧压(0.1 MPa)下通过固相反应成功地合成了Y-124块材,并且不必采用专门的烧结技术[3,4]。
除上述稀土氧化物陶瓷超导体外,稀土还是含局域化磁矩超导体即所谓磁性超导体和重费米子超导体(近藤合金)的主要组成部分。这两种超导体都属于金属互化物类型。前一类超导体涉及超导性与磁性的相互作用或超导性与反铁磁有序化的并存,ErRh4B4,HoMo6S8,YPd2B2C,YNi2B2C等即属于此类超导体;后一类超导体其电子比热的线性系数特别高,电子有效质量约为自由电子的102倍~103倍(与近藤效应有关)如CeCu2Si2,CeRu2Si2等,其中CeRu2的Tc最高,为6.1 K。目前对这两类稀土超导体的理论研究颇多,尤其是对含局域化磁矩的RNi2B2C(R一般包括Lu,Y,Tm,Er,Ho,Dy)型超导体的研究明显增多。这种磁性超导体如LuNi2B2C的Tc值为16.6 K,YNi2B2C的Tc值为15.6 K。据1998年的最新报道,韩国有人用快淬法已加工出适合某些用途的YNi3B3C薄带材(Tc=16 K)[5]。
目前看来,在上述几类稀土超导体中,真正具有广泛应用潜力和产业化前程的当推以YBa2Cu3O7-δ(YBCO)为代表的稀土铜氧化物高温超导陶瓷。最近日本对同属RBa2Cu3O7-δ的NdBCO和SmBCO进行的研究表明,轻稀土钡铜氧化合物LREBCO(LRE指轻稀土中的钕、钐、铕、钆)经适当加工制成的块材,表现出比YBCO系材料具有更强的磁通钉扎力,随着Jc值提高,可捕集非常高的磁场(在77 K,大于5 T),同时还由于NdBCO块材的加工速率比YBCO块材快50倍(在温度梯度下于空气中)故LREBCO更适合批量生产[1,2,6]。
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