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摘要

高温超导薄膜因其微波表面电阻低, 可用于尖端高温超导微波器件的制作. 然而由于高温超导材料特殊的二维超导机制和极短的超导相干长度, 高温超导材料的微波表面电阻对微结构特别敏感. 为了探究高温超导材料微结构和微波电阻的联系, 采用脉冲激光沉积(PLD)技术在(00l)取向的MgO单晶衬底上生长了不同厚度的YBa ₂Cu ₃O _{7 –δ}(YBCO)薄膜. 电学测量发现不同厚度的样品超导转变温度、常温电阻差别不大, 但超导态的微波表面电阻差异很大. 同步辐射三维倒空间扫描(3D-RSM)技术对YBCO薄膜微结构的表征表明: CuO ₂面平行于表面晶粒(c晶)的多寡、晶粒取向的一致性是造成超导态微波表面电阻差异的主要原因.

关键词:

Abstract

High-temperature superconducting films can be used for fabricating the cutting-edge high-temperature superconducting microwave devices because of their low microwave surface resistances. However, the microwave surface resistances of high-temperature superconducting materials are particularly sensitive to microstructure due to their special two-dimensional superconducting mechanisms and extremely short superconducting coherence lengths. To investigate the correlations between microstructure and microwave surface resistance of high-temperature superconducting materials, YBa ₂Cu ₃O _7-δ(YBCO) films with different thickness are grown on (00l)-oriented MgO single-crystal substrates by using the pulsed laser deposition (PLD) technique. Electrical measurements reveal that their superconducting transition temperatures and room temperature resistances do not show significant difference. However, their microwave surface resistances in superconducting state display a significant difference. The characterizations of the microstructures of YBCO films by synchrotron radiation three-dimensional reciprocal space mapping(3D-RSM) technique show that the number of the grains with CuO ₂face parallel to the surface (c crystals), and the consistency of grain orientation are the main causes for the difference in microwave surface resistance.

Keywords:

three-dimensional reciprocal space mapping/
YBCO films/
microstructures

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:高琛,gaochen@ucas.edu.cn

基金项目:国家重点研发计划（批准号：2022YFA1603900）、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: E1E40207X2)和中国科学院大学高水平人才培育与稳定支持专项(批准号: E1EG0210X2, 118900M018)资助的课题.

Authors and contacts

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Corresponding author:Gao Chen,gaochen@ucas.edu.cn

Funds:Project supported by the National Key Research and Development Program of China(Grant No. 2022YFA1603900), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Grant No. E1E40207X2) and UCAS (Grant Nos. E1EG0210X2, 118900M018)

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	衍射峰实测三维积分强度
	(108)(018)	(109)(019)(130)
卡片上的相对强度	13 5	6 4 5
YBCO 400 nm	$ 9.136\times {10}^{6} $	$ 5.974\times {10}^{6} $
YBCO 1000 nm	$ 11.503\times {10}^{6} $	$ 7.769\times {10}^{6} $

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样品厚度	衍射峰三维积分强度		c晶/b晶比
样品厚度	(109), (019)	(130)	c晶/b晶比
YBCO 400 nm	$ 1.015\times {10}^{6} $	$ 0.180\times {10}^{6} $	5.639∶1
YBCO 1000 nm	$ 1.278\times {10}^{6} $	$ 0.276\times {10}^{6} $	4.630∶1

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