미량 불순물과 결정립 경계가 Nb 기반 초전도를 정의하는 방법

설명

이 기술 리뷰에서는 임계 온도, 전자 자유 경로, 전류 밀도, 결정립 방향 및 열처리에 대한 실험적 연구를 주요 문헌 참고 자료를 바탕으로 다룹니다.

니오븀 초전도체에서 임계 온도, 순도 및 입자 직경에 대한 비교 실험 분석

수많은 연구를 통해 고순도 니오븀과 임계 온도(Tc) 상승사이의 관계가 확인되었습니다 . 예를 들어, Flükiger 등(1981)은 니오븀 순도를 99.9%에서 99.999%로 높이면 Tc가 0.5K 가까이 증가하여 불순물을 조금만 줄여도 초전도도가 크게 향상될 수 있음을 입증했습니다[1]. 초전도 갭이 간질성 산소 및 질소 불순물에 매우 민감하다는 것을 발견한 Wipf(1980)의 연구에서도 비슷한 관찰이 이루어졌습니다[2].

결정립 직경은 결정립 경계 밀도에 미치는 영향을 통해 Tc에 영향을 미칩니다. 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 리커와 에킨(1985)은 Nb-Ti 초전도체에 대해 평가한 결과, 입자가 큰 샘플은 경계에서 불순물 분리가 감소하고 그에 따라 Tc 값이 더 높다는 것을 발견했습니다[3].

니오븀 초전도체에서 전자 자유 경로 및 임계 전류 밀도에 대한 불순물의 영향

경원소 불순물, 특히 O, N, H는 초전도 거동을 심각하게 방해하는 것으로 알려져 있습니다. Dimos와 Chaudhari(1987)는 다결정 니오븀 박막에 대한 간극 산소의 영향을 연구한 결과 산소가 100ppm만 증가해도 전자 평균 자유 경로가 25% 이상 감소한다는 것을 보여주었습니다[4].

니오븀에서의 수소 확산도 광범위하게 분석되었습니다. Koss 등(1984)은 전위 코어 주변의 수소 유도 응력이 초전도 소자의 전류 밀도 저하와 잠재적인 장기 불안정성에 기여한다고 보고했습니다[5]. 이러한 결과는 자기 부하 시스템에서 플럭스 고정 불안정성을 이해하고 최소화하는 데 매우 중요합니다.

결정립 방향 제어를 통한 니오븀 박막의 전기적 특성 개선

마그네트론 스퍼터링 및 분자 빔 에피택시(MBE)와 같은 박막 증착 방법은 Nb 박막의 결정립 방향을 제어하는 데 사용되었습니다. Tinkham(1996)은 <110> 텍스처의 필름이 무작위로 배향된 입자에 비해 향상된 일관성 길이와 10~15%의 Jc 상승을 나타냈다고 관찰했습니다[6]. Babcock 등(1993)의 추가 분석에따르면 증착 중 800~900°C에서 어닐링하면 고각 입자 경계를 최소화하면서 준 에피택셜 성장이 이루어졌습니다[7].

초전도 전류 밀도 향상을 위한 열처리를 통한 결정립 구조 최적화

제어 어닐링은 입자 성장과 불순물 분포의 균질화를 위해 널리 사용됩니다. Molyneaux 등(1991)의 연구에 따르면1100°C에서 2시간 동안Nb 호일을 열처리하면표면 근처의 산소 함량이 감소하면서 Jc가 30% 이상 향상되었습니다[8]. Padamsee 등(2008)의 최근 연구에서는 SRF 캐비티 준비에 중점을 두고 열처리된 니오븀의 재결정화된 입자가 전계 안정성이 향상되고 RF 손실이 감소하는 것으로 나타났습니다[9]. 더 많은 기술 지원 및 니오븀 제품에 대한 자세한 내용은 Stanford Advanced Materials (SAM)에서 확인할 수 있습니다 .

참고 문헌

1. "니오븀의 초전도성에 대한 순도 및 간질 함량의 영향." IEEE Trans. 17, 1, 1981, 313-316쪽 .
2. "니오븀의 초전도 특성에 대한 간극의 영향." 극저온학, 20권, 1980, 389-394쪽.
3. "Nb-Ti 초전도체에서의 입자 경계 효과." J. Mater. 20, 1985, 2963-2970쪽 .
4. "초전도 박막 특성에 대한 산소의 영향." Phys. Rev. B, vol. 35, 1987, 8045-8050, pp.
5. "니오븀 및 니오븀 합금의 수소 효과." 금속. Trans. A, vol. 15, 1984, 157-165쪽.
6. 팅캄, M. 초전도 입문. 2nd ed., McGraw-Hill, 1996.
7. "초전도 니오븀 박막의 텍스처와 배향." Thin Solid Films, 232, 1993, 123-130쪽.
8. "어닐링이 니오븀 필름의 미세 구조 및 특성에 미치는 영향." J. Appl. Phys., vol. 70, 1991, 3561-3566, pp.
9. Padamsee, H., Knobloch, J., Hays, T. 가속기를위한 RF 초전도. Wiley-VCH, 2008.