[發(fā)明專利]一種基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310403114.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN103472417A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉京;張昕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/12
• 分類號(hào): G01R33/12
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)電性是某些物質(zhì)在一定溫度下電阻降為零的性質(zhì)。1911年荷蘭物理學(xué)家H·卡末林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)汞在溫度降至4.2K附近時(shí)其電阻小到實(shí)際上測(cè)不出來，他將汞的這一新狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)，以后又發(fā)現(xiàn)許多其他金屬也具有超導(dǎo)電性。低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。

超導(dǎo)體的主要性質(zhì)表現(xiàn)為：

①超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，其電阻率實(shí)際上等于零。從電阻不為零的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度或超導(dǎo)臨界溫度，用T_c表示；

②外磁場(chǎng)可破壞超導(dǎo)態(tài)。只有當(dāng)外加磁場(chǎng)小于某一量值H_c時(shí)才能維持超導(dǎo)電性，否則超導(dǎo)態(tài)將轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，H_c?稱為臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度；

③超導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)度超過某一量值I_c時(shí)，超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)檎?dǎo)體，I_c稱為臨界電流；

④不論開始時(shí)有無外磁場(chǎng)，只要T<T_c，超導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，即超導(dǎo)體能把磁力線全部排斥到體外，具有完全的抗磁性。此現(xiàn)象首先由W·邁斯納和R·奧克森菲爾德于1933年發(fā)現(xiàn)，稱為邁斯納（Meissner）效應(yīng)：當(dāng)超導(dǎo)體完成從正常相到超導(dǎo)相的相變時(shí)，會(huì)將體內(nèi)的磁力線完全排除出體外，成為完全抗磁體，如圖1所示。

在特定的環(huán)境條件下，一個(gè)樣品中可以有正常態(tài)相與超導(dǎo)態(tài)相兩種狀態(tài)的物質(zhì)，形成混合態(tài)，由圖2所示意，由邁斯納效應(yīng)可知，超導(dǎo)相區(qū)域?qū)Υ艌?chǎng)產(chǎn)生屏蔽，即超導(dǎo)相微區(qū)此時(shí)無磁場(chǎng)穿透，因此可以發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于超導(dǎo)相與正常相的微區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度有所差異，據(jù)此可對(duì)超導(dǎo)相在材料中的面分布進(jìn)行表征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法，

本發(fā)明提供的基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法，是一種在微觀層面上動(dòng)態(tài)地對(duì)材料中超導(dǎo)相做圖像化的表征技術(shù)，即利用磁敏感介質(zhì)實(shí)時(shí)表征微小區(qū)域磁場(chǎng)分布從而確定樣品中正常相與超導(dǎo)相微區(qū)分布的技術(shù)。

本發(fā)明提供的基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法，其工作原理為：當(dāng)超導(dǎo)體從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)，出現(xiàn)磁屏蔽，即邁斯納效應(yīng)；利用微區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度高靈敏探測(cè)頭，檢測(cè)處于均勻外磁場(chǎng)中的超導(dǎo)體樣品，在樣品處于正常態(tài)時(shí)，磁場(chǎng)可以穿透樣品，而當(dāng)樣品中一些區(qū)域從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)，該區(qū)域?qū)?duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生屏蔽，探頭檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度將顯著下降，由此可以判別樣品的局部區(qū)域完成了相變。如圖2所示。

本發(fā)明提供的基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法，所述的材料為超導(dǎo)體材料，需用高靈敏微區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)器，負(fù)責(zé)微區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)的讀取；在給定溫度情況下，通過控制工作電流，使樣品在超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)之間轉(zhuǎn)變。

本發(fā)明提供的基于磁場(chǎng)屏蔽性質(zhì)的超導(dǎo)相微區(qū)檢測(cè)方法，具體步驟為：

（1）超導(dǎo)體材料樣品置于樣品臺(tái)上保持低溫（77K），調(diào)節(jié)超導(dǎo)體工作電流和電磁鐵的均勻磁場(chǎng)，使樣品處于超導(dǎo)態(tài)；

（2）調(diào)節(jié)樣品臺(tái)或微區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)器探頭位置，使二者之間有二維相對(duì)移動(dòng)，在移動(dòng)過程中，微區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)器探頭逐點(diǎn)探測(cè)樣品表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度；當(dāng)樣品中分布有正常相和超導(dǎo)相時(shí)，探頭檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度將產(chǎn)生顯著變化：處于超導(dǎo)態(tài)的區(qū)域?qū)?duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生屏蔽，探頭檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度將產(chǎn)生顯著下降，由此可以判別樣品的局部區(qū)域完成了相變，信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)記錄并處理，最終形成二維顯微圖像，顯示此時(shí)正常相與超導(dǎo)相的分布。?

本發(fā)明中，適當(dāng)改變外部條件，如溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、工作電流，即可導(dǎo)致正常相與超導(dǎo)相的分布變化，反映出樣品中正常相與超導(dǎo)相的動(dòng)態(tài)分布。

在本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式中，所述的超導(dǎo)體材料為釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)體，其超導(dǎo)相面分布表征的具體操作步驟為：（1）將釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)體置于樣品臺(tái)上保持低溫（77K），將探頭定位于欲測(cè)試區(qū)域；（2）調(diào)整電磁場(chǎng)強(qiáng)度，使外磁場(chǎng)H<Hc，以保證樣品中部分區(qū)域依然處于超導(dǎo)態(tài)；（3）調(diào)節(jié)壓電陶瓷使探針相對(duì)樣品臺(tái)移動(dòng)，取正方形的面掃描方式，掃描范圍最大為50μm×50μm，最小為50nm×50nm左右（需更換不同規(guī)格的探測(cè)頭）；（4）將微區(qū)磁場(chǎng)探測(cè)頭由于磁場(chǎng)強(qiáng)度差異而產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和放大經(jīng)計(jì)算機(jī)讀取并記錄。

本發(fā)明方法所用的原料、試劑、設(shè)備和配件均市售可得。