YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波性质

D01:10.13374.isml00103x.2007.11.017 第29卷第11期 北京科技大学学报 Vol.29 No.11 2007年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2007 YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波性质 史力斌2》王云飞2》柯于洋2) 张国华2) 罗胜2》 张雪强3》 李春光》 黎红》何豫生》 1)渤海大学物理系，锦州1210002)北京科技大学应用科学学院北京100083 3)中国科学院物理所，北京100080 摘要利用微带谐振技术研究了YBa2Cu3O/LaA1O3(YBCO/LAO)和YBaCu3O-/Mg0(YBCO/MgO)超导薄膜的微波响 应.通过测量微带谐振器的共振频率、有载品质因数、插入损耗与温度之间的依赖关系，分析了超导薄膜的微波特性.获得了 超导薄膜在绝对零度时的穿透深度o对于YBCO/LAO,入广265m:对于YBC0/MgO,入广280nm.本文还利用微带谐振 器研究了YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波表面电阻. 关键词超导薄膜：YBa2Cus0:LaAO3:MgO:穿透深度：微带谐振器：表面电阻 分类号TH142&TM25 高温超导薄膜在微波场中表现出了大量的非线 波穿透深度.通过测量谐振器的有载品质因数和插 性特征，这些非线性行为产生的原因直接反映了射 入损耗随温度的变化，分析超导薄膜微波表面电阻 频条件下高温超导体中磁通涡旋的产生、运动和湮 的变化规律， 灭，以及磁通涡旋线中准粒子非线性动力学行为，因 此研究高温超导薄膜在微波场中的非线性行为是研 1微带谐振器理论 究第二类超导体混合态下磁通动力学的有力工 对于超导薄膜不同谐振器的测量方法有不同 具可.另外，研究超导体在微波场中的穿透深度 的特点.用平面板谐振器研究超导薄膜的微波特性 可以分析热激发下准粒子的变化规律，测量超导体 时需要两片超导薄膜，而空腔谐振器方法一般需要 的穿透深度也可以分析超导材料的能隙结构.从应 较大面积的超导薄膜，微带谐振器可以足够精确地 用角度讲，高温超导薄膜微波器件的性能受到其非 研究超导材料的微波特性.根据实验条件的需要， 线性行为的制约，深入了解这些非线性行为的特点 本文采用在YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜 及产生原因将为人们更好地控制和利用其微波特性 上制作微带谐振器的方法进行研究超导薄膜的微波 提供支持.影响超导薄膜微波特性的因素有：(1)晶 特性.如果超导双面膜的厚度相等1=t1=12,而且 界.人们认识到存在于高温超导薄膜晶粒边界的弱 在衬底两面的超导材料的超导转变温度相同T。= 连接，是导致超导薄膜产生非线性特性的一个重要 Tc1=T2,则微带谐振器共振频率与穿透深度之间 原因.但是究竞哪些类型的晶界在起主要作用，目 的关系可以写为一四： 前尚无定论？.(2)杂质.超导材料中的杂质和不 C 纯相的存在是影响超导薄膜微波特性的另一个原 fo(T)= 因.(3)氧含量.超导材料中氧含量也会对超导 1+2λD 薄膜的微波特性产生影响0 其中，c是真空中的光速；d是超导薄膜衬底的厚 分析超导体微波表面电阻的变化可以为研究超 度：。是微带谐振器的有效介电常数：入是谐振 导体微波磁通动力学提供有用的信息.本文采用微 器导波波长（入g=2l/n,lx是微带线的长度，n=1, 带谐振技术对比分析YBCO/LAO和YBCO/MgO 2,3,…):入(T)是超导体的穿透深度，它与温度的关 超导薄膜的微波特性.通过分析谐振器的共振频 系为： 率，获得YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微 (2) 收稿日期：200607-25修回日期：2006-0905 入0 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.10174006) 作者简介：史力斌(1970一).男.讲师，硕士 式中，入o是超导体在绝对零度时的穿透深度：T。是

YBCO/LAO 和 YBCO/MgO 超导薄膜的微波性质 史力斌1, 2) 王云飞2) 柯于洋2) 张国华2) 罗 胜2) 张雪强3) 李春光 3) 黎 红 3) 何豫生 3) 1)渤海大学物理系, 锦州 121000 2)北京科技大学应用科学学院, 北京 100083 3)中国科学院物理所, 北京 100080 摘 要 利用微带谐振技术研究了 YBa2Cu3O7/ LaAlO3(YBCO/ LAO)和 YBa2Cu3O7/ MgO (YBCO/MgO)超导薄膜的微波响 应.通过测量微带谐振器的共振频率、有载品质因数、插入损耗与温度之间的依赖关系, 分析了超导薄膜的微波特性, 获得了 超导薄膜在绝对零度时的穿透深度 λ0.对于 YBCO/ LAO , λ0=265 nm ;对于 YBCO/MgO , λ0=280 nm .本文还利用微带谐振 器研究了 YBCO/ LAO 和 YBCO/ MgO 超导薄膜的微波表面电阻. 关键词 超导薄膜;YBa2Cu3O7;LaAlO3 ;MgO ;穿透深度;微带谐振器;表面电阻 分类号 TH 142.8;TM 25 收稿日期:2006-07-25 修回日期:2006-09-05 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No .10174006) 作者简介:史力斌(1970—), 男, 讲师, 硕士 高温超导薄膜在微波场中表现出了大量的非线 性特征 ,这些非线性行为产生的原因直接反映了射 频条件下高温超导体中磁通涡旋的产生、运动和湮 灭,以及磁通涡旋线中准粒子非线性动力学行为, 因 此研究高温超导薄膜在微波场中的非线性行为是研 究第二类超导体混合态下磁通动力学的有力工 具[ 1-6] .另外, 研究超导体在微波场中的穿透深度 可以分析热激发下准粒子的变化规律, 测量超导体 的穿透深度也可以分析超导材料的能隙结构 .从应 用角度讲, 高温超导薄膜微波器件的性能受到其非 线性行为的制约 ,深入了解这些非线性行为的特点 及产生原因将为人们更好地控制和利用其微波特性 提供支持 .影响超导薄膜微波特性的因素有 :(1)晶 界.人们认识到存在于高温超导薄膜晶粒边界的弱 连接, 是导致超导薄膜产生非线性特性的一个重要 原因.但是究竟哪些类型的晶界在起主要作用 , 目 前尚无定论 [ 7] .(2)杂质 .超导材料中的杂质和不 纯相的存在是影响超导薄膜微波特性的另一个原 因 [ 8] .(3)氧含量 .超导材料中氧含量也会对超导 薄膜的微波特性产生影响 [ 9-10] . 分析超导体微波表面电阻的变化可以为研究超 导体微波磁通动力学提供有用的信息 .本文采用微 带谐振技术对比分析 YBCO/LAO 和 YBCO/M gO 超导薄膜的微波特性.通过分析谐振器的共振频 率,获得 YBCO/LAO 和 YBCO/MgO 超导薄膜的微 波穿透深度 .通过测量谐振器的有载品质因数和插 入损耗随温度的变化 , 分析超导薄膜微波表面电阻 的变化规律 . 1 微带谐振器理论 对于超导薄膜, 不同谐振器的测量方法有不同 的特点 .用平面板谐振器研究超导薄膜的微波特性 时需要两片超导薄膜 , 而空腔谐振器方法一般需要 较大面积的超导薄膜 , 微带谐振器可以足够精确地 研究超导材料的微波特性 .根据实验条件的需要, 本文采用在 YBCO/ LAO 和 YBCO/MgO 超导薄膜 上制作微带谐振器的方法进行研究超导薄膜的微波 特性.如果超导双面膜的厚度相等 t =t 1 =t 2 , 而且 在衬底两面的超导材料的超导转变温度相同 Tc = Tc1 =Tc2 ,则微带谐振器共振频率与穿透深度之间 的关系可以写为[ 11-12] : f 0(T)= c λg εe 1 +2 λ(T) d coth t λ(T) (1) 其中 , c 是真空中的光速 ;d 是超导薄膜衬底的厚 度 ;εe 是微带谐振器的有效介电常数[ 13] ;λg 是谐振 器导波波长(λg =2 lr/ n , lr 是微带线的长度, n =1 , 2 , 3 , …);λ(T)是超导体的穿透深度, 它与温度的关 系为: λ(T) λ0 =1 1 - T Tc r (2) 式中 , λ0 是超导体在绝对零度时的穿透深度;Tc 是 第 29 卷 第 11 期 2007 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.11 Nov.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.11.017

第11期 史力斌等：YBCO LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波性质 。1129。 超导体的转变温度；对于高质量的超导薄膜参数 对于介质衰减常数1： Y=24.fo(T)可由实验测出，则根据式(1)可以 er(ee-l)π 通过拟合实验曲线即可得到入(T).拟合工作中，入， af e(e-lD入gan0 (7) 和e被用来作为拟合参数.在微带谐振理论中无 其中，er是衬底的相对介电常数，tanδ是超导薄膜 载品质因数Q:与导体衰减常数ac和介质衰减常 衬底的损耗角.在微带谐振器理论中通过方程(3) 数4之间的关系可以写为： ~(7)可以计算出超导薄膜的微波表面电阻. L-(a十) (3) Q.uπ 2实验 其中无载品质因数Q。与有载品质因数QL和插入 实验中使用的YBCO/LAO和YBCO/Mg0超 损耗IL满足关系： 导薄膜通过热蒸发沉积方法得到，衬底LA0和 2.=Q/(1-10lW20 (4) Mg0的相对介电常数分别是er=23.6和e= 对于导体衰减常数9： 9.66损耗角分别是tan0-6X105,tan-105. 两片超导薄膜在0K时的临界电流密度分别是J。= @c- R-(C1+C2) (5) 2Z0 2.4X106Acm-2和J=27X10Acm-1,厚度分 其中，C1= 1+0.25ln tw 别是700nm和600nm,薄膜的超导转变温度是 2入(T)2 2= 90K.图1是两片超导薄膜的XRD谱.从图中可以 Lam3d/2w,R.是超导薄膜的微波表面电阻。w d 看出，两片薄膜只有(00L)峰和基底峰的出现，薄膜 是微带线的宽度，t是超导薄膜的厚度，Z0是微带 的C方向组织取向良好.两片超导薄膜的C方向就 谐振器的特征阻抗 是薄膜表面的法线方向.图2是两片超导薄膜的 120 SEM表面形貌图.从图中可以看出YBCO/LAO超 Z0= In 8d+w2 J2(e,+1) w 32d2 导薄膜表面比较光滑平整YBCO/MgO超导薄膜的 表面比较粗糙些，YBCO/MgO的表面还可以看到有 2(e,+1) 经+h (6) 少量杂质存在 200 50m (a) (b) 160 罩 (OIVeD 40 120 罩 (OIVeD 30 (o(soo) 100m (600m 醒 20 40 10 (5001 20 30 4050 60 7080 40 20 30 4050 607080 20v) 20) 图1YBCO/LAO(a)和YBCO/MgO(b)超导薄膜的XRD谱 Fig.1 XRD spectra of YBCO/LAO (a)and YBCO/Mgo (b)supercomuting thin films b 5 um 5μm 图2YBCO/LA0(a和YBCO/Mg0(b)超导薄膜的SEM图片 Fig 2 SEM pictures of YBCO/LAO (a)and YBCO/MgO (b)superconducting thin films

超导体的转变温度;对于高质量的超导薄膜, 参数 γ=2 [ 14] .f 0(T)可由实验测出 , 则根据式(1)可以 通过拟合实验曲线即可得到 λ(T).拟合工作中, λ0 和 εe 被用来作为拟合参数 .在微带谐振理论中无 载品质因数 Qu 与导体衰减常数 αc 和介质衰减常 数 αd 之间的关系可以写为: 1 Qu = λg π (αc +αd) (3) 其中无载品质因数 Qu 与有载品质因数 QL 和插入 损耗 I L 满足关系: Qu =QL/(1 -10 - IL /20) (4) 对于导体衰减常数 [ 14] : αc = R s 2Z 0 (C1 +C2) (5) 其中, C1 = 8 wπ 2 1 +0.25ln tw 2λ(T)2 -1 , C2 = tanh[ 3d/2 w] d , R s 是超导薄膜的微波表面电阻, w 是微带线的宽度, t 是超导薄膜的厚度 , Z0 是微带 谐振器的特征阻抗, Z0 = 120 2(εr +1) ln 8d w + w 2 32d 2 - εr-1 2(εr +1) ln π 2 + 1 εr ln 4 π (6) 对于介质衰减常数[ 15] : αd= εr(εe -1) εe(εr-1) π λg tanδ (7) 其中, εr 是衬底的相对介电常数 , tanδ是超导薄膜 衬底的损耗角 .在微带谐振器理论中通过方程(3) ～ (7)可以计算出超导薄膜的微波表面电阻. 2 实验 实验中使用的 YBCO/LAO 和 YBCO/MgO 超 导薄膜通过热蒸发沉积方法得到, 衬底 LAO 和 MgO 的相对介电常数分别是 εr =23.6 和 εr = 9.66 ,损耗角分别是 tanδ=6 ×10 -5 , tan δ=10 -5 . 两片超导薄膜在 0 K 时的临界电流密度分别是 J c = 2.4 ×10 6 A·cm -2和 J c =2.7 ×10 6 A·cm -1 , 厚度分 别是 700 nm 和 600 nm , 薄膜的超导转变温度是 90 K .图1 是两片超导薄膜的XRD 谱 .从图中可以 看出 ,两片薄膜只有(00L)峰和基底峰的出现 , 薄膜 的 C 方向组织取向良好.两片超导薄膜的 C 方向就 是薄膜表面的法线方向 .图 2 是两片超导薄膜的 SEM 表面形貌图 .从图中可以看出 YBCO/LAO 超 导薄膜表面比较光滑平整, YBCO/MgO 超导薄膜的 表面比较粗糙些, YBCO/MgO 的表面还可以看到有 少量杂质存在. 图 1 YBCO/ LAO (a)和 YBCO/ MgO(b)超导薄膜的 XRD 谱 Fig.1 XRD spectra of YBCO/ LAO(a)and YBCO/ MgO (b)superconducting thin films 图 2 YBCO/ LAO (a)和 YBCO/ MgO(b)超导薄膜的 SEM 图片 Fig.2 SEM pictures of YBCO/ LAO (a)and YBCO/ MgO(b)superconducting thin films 第 11 期 史力斌等:YBCO/ LAO 和 YBCO/MgO 超导薄膜的微波性质 · 1129 ·

。1130 北京科技大学学报 第29卷 通过光刻和离子束刻蚀在10mm×5mm× 穿透深度λo=265nm和YBCO/Mg0在绝对零度 0.5mm的YBC0/LA0和28mmX5mm×0.5mm 时的穿透深度，=280nm.文献中报导的高质 的YBCO/MgO上分别获得微带谐振器（图3）.t是 YBC0超导薄膜的穿透深度，在100~300nm之 超导薄膜的厚度，d是衬底的厚度，w是中心带线 间6网.通过与文献的结果进行比较，用微带谐振 宽度，：是中心带线的长度，lg是中心带线与端子 技术测量得出的结果是合理的 线的距离.对于YBCO/LAO微带谐振器，w= 0.6mm,l=7mm,lg=0.2mm.对于YBC0/Mg0 微带谐振器，w=0.3mm,lr=22.6mm,lg= 0.2mm.在Lakeshore340温控仪和CSW-71压缩 -10 ·YBCO/LAO 机控制下，微波信号由Agilent8510c网络分析仪测 -15 △YBCO/MgO 量.实验中，有载品质因数QL、插入损耗L和谐振 -20 器的共振频率f0作为温度的函数被测量，实验中 -25 0 30 50 70 90 YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜被测量的温 T/K 度范围是15~90K,微波信号的输入功率为零. 图5 YBCO LAO和YBCO/MgO微带谐振器插入损耗与温度的 关系 Fig.5 Temperature dependence of the insert loss of YBCO/LAO and YBCO/MgO microstrip resonators 5.13 5.11 5.09 。YBCO/LAO实验数据 5.07 一微带理论拟合曲线 图3微带谐振器示意图 (a) Fig 3 Sketch map of a microstrip resonator 9,090s0帅0e0z00c3 7.78 7.76 3结果和讨论 7.74 YBCO/MgO实验数据 7.72 一微带理论拟合曲线 图4和图5分别给出了实验中测得的微带谐振 7.70 「b) 器的有载品质因数QL及插入损耗L与温度的依 1.60 20304050607080 90 TK 赖关系.从图中可以看出，有载品质因数及插损在 图6YBCO/LAO(a和YBCO/MgO(b)微带谐振器共振频率与 低温时变化很小，但在转变温度附近随温度发生剧 温度的关系 烈的变化.图6给出了YBCO/LA0和YBCO/MgO Fig.6 Temperature dependence of the resonant frequency of YB- 微带谐振器的共振频率与温度的关系，通过对实验 CO LAO (a)and YBCO/MgO (b)microstrip resonators 数据的拟合可以获得YBCO/LAO在绝对零度时的 2400 图7为将实验数据代入方程(3)~(7)计算出的 2000F 超导薄膜的微波表面电阻R。随温度变化的曲线 1600 n6a△a△da△a△0A0A6A060000088rg 从图中可以看出，低温时薄膜的微波表面电阻随温 o1200 度变化不大，但在转变温度附近表面电阻随温度变 YBCO/LAO 800 YBCO/MgO 化剧烈.YBCO/MgO和YBCO/LAO微波表面电阻 400 的分析结果可见表1.从表1可以看出在不同的温 9 度下YBCO/MgO微波表面电阻比YBCO/LAO的 10 30 50 70 90 T/K 微波表面电阻更小.这可能与YBCO/MgO超导薄 膜内含有少量杂质有关（图2），少量杂质可以增加 图4YBCO/LAO和YBCO/Mg0微带谐振器的有载品质因数与 温度的关系 超导薄膜内磁通钉扎中心.在微波场中磁通的运动 Fig.4 Temperature dependence of the load quality factor of YB 会引发能量损耗导致超导薄膜表面电阻增加，适当 CO/LAO and YBCO/MgO microstrip resonators 增加钉扎中心可以有效阻止磁通的运动，使超导薄

通过光刻和离子束刻蚀在 10 mm ×5 mm × 0.5 mm的 YBCO/LAO 和 28 mm ×5 mm ×0.5 mm 的 YBCO/M gO 上分别获得微带谐振器(图 3).t 是 超导薄膜的厚度 , d 是衬底的厚度, w 是中心带线 宽度 , lr 是中心带线的长度 , l g 是中心带线与端子 线的距离.对于 YBCO/LAO 微带 谐振器, w = 0.6 mm , lr =7 mm , l g =0.2 mm .对于 YBCO/M gO 微带 谐振器 , w =0.3 mm , lr =22.6 mm , lg = 0.2 mm .在 Lakesho re 340 温控仪和 CSW-71 压缩 机控制下 ,微波信号由 Agilent 8510c 网络分析仪测 量.实验中,有载品质因数 QL 、插入损耗 IL 和谐振 器的共振频率 f 0 作为温度的函数被测量, 实验中 YBCO/LAO 和 YBCO/M gO 超导薄膜被测量的温 度范围是 15 ～ 90 K ,微波信号的输入功率为零 . 图 3 微带谐振器示意图 Fig.3 Sketch map of a microstrip resonator 图 4 YBCO/ LAO和 YBCO/ MgO 微带谐振器的有载品质因数与 温度的关系 Fig.4 Temperature dependence of the load quality factor of YB￾CO/ LAO and YBCO/ MgO microstrip resonators 3 结果和讨论 图 4 和图 5 分别给出了实验中测得的微带谐振 器的有载品质因数 QL 及插入损耗 IL 与温度的依 赖关系 .从图中可以看出, 有载品质因数及插损在 低温时变化很小 ,但在转变温度附近随温度发生剧 烈的变化 .图 6 给出了 YBCO/ LAO 和 YBCO/M gO 微带谐振器的共振频率与温度的关系, 通过对实验 数据的拟合可以获得 YBCO/LAO 在绝对零度时的 穿透深度 λ0 =265 nm 和 YBCO/MgO 在绝对零度 时的穿透深度 λ0 =280 nm .文献中报导的高质 YBCO超导薄膜的穿透深度 λ0 在 100 ～ 300 nm 之 间[ 16-18] .通过与文献的结果进行比较, 用微带谐振 技术测量得出的结果是合理的. 图 5 YBCO/ LAO 和 YBCO/ MgO微带谐振器插入损耗与温度的 关系 Fig.5 Temperature dependence of the insert loss of YBCO/ LAO and YBCO/ MgO microstrip resonators 图 6 YBCO/ LAO (a)和 YBCO/ MgO(b)微带谐振器共振频率与 温度的关系 Fig.6 Temperature dependence of the resonant frequency of YB￾CO/ LAO (a)and YBCO/ MgO(b)microstrip resonators 图 7 为将实验数据代入方程(3)～ (7)计算出的 超导薄膜的微波表面电阻 R s 随温度变化的曲线. 从图中可以看出, 低温时薄膜的微波表面电阻随温 度变化不大, 但在转变温度附近表面电阻随温度变 化剧烈 .YBCO/M gO 和 YBCO/LAO 微波表面电阻 的分析结果可见表 1 .从表 1 可以看出在不同的温 度下 YBCO/M gO 微波表面电阻比 YBCO/LAO 的 微波表面电阻更小 .这可能与 YBCO/M gO 超导薄 膜内含有少量杂质有关(图 2),少量杂质可以增加 超导薄膜内磁通钉扎中心.在微波场中磁通的运动 会引发能量损耗, 导致超导薄膜表面电阻增加, 适当 增加钉扎中心可以有效阻止磁通的运动 , 使超导薄 · 1130 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷

第11期 史力斌等：YBCO LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波性质 。1131。 膜的微波表面电阻降低.但过多杂质和缺陷还会引 versus substrate effects.IEEE Trans Appl Supercond 2003.13 发对电子散射的增强反而导致超导薄膜微波表面 (2):3598 [21 Ghigo G Andreone D Botta D.et al.Noruniform columnar de 电阻增加.根据二流体模型，超导薄膜的微波表面 fect implantation in YBCO coplanar resonators for the control of 电阻与频率平方成正比.据此将实验结果和文献 vortex-induced microwave dissipation and nonlinearity.Supercond 上报道的一些实验结果都标度到10GHz进行比较 Sci Technol 2005 18:193 所得结果可见表2.其结果比文献报道的结果略偏 [3 Jacob M V,Sundaresan A.Mazierska J.et al.Investigation into 大，这与实验中选用的超导薄膜的品质有关.现在 microw ave power dependence of high qualty TH1223 thin films 很多方法可以生长高温超导薄膜，不同生长方法得 on LSAT substrate.IEEE Trans Appl Supercond 2005 15(2): 3596 到的超导薄膜会包含不同尺寸的颗粒，薄膜中也可 [4 Bhangale A R.Raychaudhuri P.Sarkar S et al.Peak effect in a 能含有不同的缺陷结构和杂质，这些都会影响高温 superconducting Dy Ba Cu:0-8 film at microw ave frequencies. 超导薄膜的微波表面电阻发生变化.因此通过改进 Phys Rev B200L,63:180502 生长技术，生长出高品质的超导薄膜对于减小其表 5 Banerjee T,Kanjilal D Pinto R.Peak effect and its evoltion 面电阻具有重要意义， with defect structure in Y Ba C u0-a thin films at microw ave fre quencies.Phys Rev B 2002.65:174521 0.010 0.009 [6 Semon D.Kokabi H.Ladan F R.et al.Nonlnear microwave 0.008 4 properties of YBaCuO thin films studied with the coplnar tech- 0.007 AYBCO/MgO 0.006 YBCO/LAO rique.Phys C2002.372-376:558 g0.005 [7 Xin H,Oate D E Dresselhaus G.et al.Third-oner intermodu- 20.004 lation distortion in Y BaCu07-agmain boundaries.Phys Rev B. 0.003 2002.65:214533 0.002- 0官X8888Xg88区区8888区88XX8888W?Pp安” 0.001- [8 Murugesan M,Obera H,KosakaS,et al.Microw ave surfacere sistance of over-doped YBCO films.Phys C.2004 412/414: 0.001 20304050607080 90 1519 T/K [9 Oates D E Hein M A.Hirst P J.et al.Nonlinear microw av 图7YBCO/LAO和YBO/MgO超导薄膜微波表面电阻与温度 surface impedance of Y BCO films:latest results and present u- 的关系 derstanding.Phys C 2002.372:462 Fig.7 Temperature dependence ofthe surface resistance of YBCO/ L10 Hein M A.Humphreys R G.Hirst P,et al.Nonlinear mi- LAO and YBCO/MgO microstrip resonators crow ave response of epitaxial YBaCuO films of varying oxygen content on MgO substrates.J Supercond.2003.16:895 表1两种微带谐振器在不同温度下的微波表面电阻 [1 Anlage S M.Langley B W.Deutscher G.Measurem ents of the Table 1 Microwave surface resistance of two kinds of microstrip res- temperature dependence of the magnetic penetration depth in onators at different temperatures YRa Cu0asupercondicting thin films.Phys Rev B 1991. R/2 44(17):9764 薄膜类型 20K 50K 78K I 12]Pond J M,Carroll K R.Horwiztz JS et al.Penetration depth YBCO MgO &5 53.3 228 and micmw ave loss measurments with a YBaCu30 LaA- YBaCu0-atrilayer transmission line.Appl Phys Lett. YBCO/LAO 290 396 698 1991,59(23):3033 13]Lee S Y,Cho J Y,Kim Y H.et al.Microwave properties of 表2YBC0超导薄膜的一些实验结果 higlr-TC YBa,Cu0 amicrostrip resonators with different sur Table 2 Experimental results of YBCO superconducting thin films face morphologies and finite thicknesses Phys C 1996 273: 样品 谐振器类型 入/m R/uO T/K 83 YBCO/MgO 微带 280 374 78 [14 Vendik O G.Vendik I B.Kaparkov D I.Emperical Model of YBCO/LAO 微带 265 2652 78 the Microw ave Properties of High-Temperature Superconduc- YBCO/Mgol1q 共面 178-188170-228 60 tors.IEEE Trans Microwave Theory Tech 1998 46(5):469 【1)清华大学微带电路编写组.微带电路.北京人民邮电出版 YBCO LAOII 共面 155-270273-1040 77 社。197620 YBCO/LAOI8 平面板 150 800 77 16 Porch A.Huish D W.Velichko A V,et al.Effects of residual 参考文献 surface resistance on the micmow ave properties of YBCO thin films.IEEE Trans Appl Supercond 2005,15(2):3706 [1]Velchko A V.Huish D W.Anomaies in nonlinear microw ave L1 Rauch W.Gornik E.Microwave pmperties of YBaCu30 surface impedance of YBCO thin fims on Mgo:superconductor thin films studied w ith coplanar transmission line resonators.J

膜的微波表面电阻降低.但过多杂质和缺陷还会引 发对电子散射的增强, 反而导致超导薄膜微波表面 电阻增加.根据二流体模型, 超导薄膜的微波表面 电阻与频率平方成正比.据此, 将实验结果和文献 上报道的一些实验结果都标度到 10 GHz 进行比较, 所得结果可见表 2 .其结果比文献报道的结果略偏 大,这与实验中选用的超导薄膜的品质有关.现在 很多方法可以生长高温超导薄膜 ,不同生长方法得 到的超导薄膜会包含不同尺寸的颗粒, 薄膜中也可 能含有不同的缺陷结构和杂质 , 这些都会影响高温 超导薄膜的微波表面电阻发生变化.因此通过改进 生长技术, 生长出高品质的超导薄膜对于减小其表 面电阻具有重要意义 . 图 7 YBCO/ LAO和 YBCO/ MgO 超导薄膜微波表面电阻与温度 的关系 Fig.7 Temperature dependence of the surface resistance of YBCO/ LAO and YBCO/ MgO microstrip resonators 表 1 两种微带谐振器在不同温度下的微波表面电阻 Table 1 Microwave surface resistance of two kinds of microstrip res￾onators at different temperatures 薄膜类型 R s / μΨ 20 K 50K 78K YBCO/ MgO 8.5 53.3 228 YBCO/ LAO 290 396 698 表 2 YBCO 超导薄膜的一些实验结果 Table 2 Experimental results of YBCO superconducting thin films 样品 谐振器类型 λ0 / nm R s /μΨ T/ K YBCO/ MgO 微带 280 374 78 YBCO/ LAO 微带 265 2 652 78 YBCO/ MgO [ 16] 共面 178 ～ 188 170 ～ 228 60 YBCO/ LAO [ 17] 共面 155 ～ 270 273 ～ 1 040 77 YBCO/ LAO [ 18] 平面板 150 800 77 参 考 文 献 [ 1] Velichko A V , Huish D W .Anomalies in nonlinear microw ave surf ace impedance of YBCO thin film s on MgO :superconductor versus substrate effects.IEEE Trans Appl Supercond, 2003 , 13 (2):3598 [ 2] Ghigo G, Andreone D, Botta D , et al.Non-unif orm columnar de￾fect implantation in YBCO coplanar resonators for the control of vort ex-induced microwave dissipation and nonlinearity .Supercond Sci Technol, 2005, 18:193 [ 3] Jacob M V , Sundaresan A, Mazierska J, et al.Investigation int o microw ave power dependence of high quality Tl-1223 thin films on LSAT substrate.IEEE Trans Appl Supercond, 2005, 15(2): 3596 [ 4] Bhangale A R, Raychaudhuri P, S arkar S , et al.Peak effect in a superconducting DyBa2Cu3O7 -δ film at mi crow ave frequencies. Phys Rev B, 2001 , 63:180502 [ 5] Banerjee T , Kanjilal D, Pint o R.Peak effect and its evolu tion with defect structure in YBa2C u3O7 -δthin films at microw ave fre￾quencies.Phys Rev B, 2002 , 65:174521 [ 6] Seron D, Kokabi H , Ladan F R, et al.Nonlinear microw ave properties of YBaCuO thin films studi ed w ith the coplanar t ech￾nique.Phys C, 2002 , 372-376:558 [ 7] Xin H , Oate D E, Dresselhaus G , et al.T hird-order int ermodu￾lation distortion in YBa2Cu3O7 -δgrain boundaries.Phys Rev B, 2002 , 65:214533 [ 8] Murugesan M , Obera H , Kosaka S , et al.Microw ave surface re￾sistance of over-doped YBCO films.Phys C, 2004 , 412/ 414: 1519 [ 9] Oates D E , Hein M A , Hirst P J, et al.Nonlinear microw ave surface impedance of YBCO films:latest results and p resent un￾derstanding .Phys C, 2002 , 372:462 [ 10] Hein M A, Humphreys R G , Hirst P , et al.Nonlinear mi￾crow ave response of epitaxial YBaCuO films of varying oxygen content on MgO substrates.J Supercond, 2003 , 16:895 [ 11] Anlage S M , Langley B W, Deutscher G .Measu rem ents of the temperature dependence of the magnetic penetration depth in YBa2Cu3O7-δsuperconducting thin films.Phys Rev B, 1991 , 44(17):9764 [ 12] Pond J M , Carroll K R, Horwiztz J S , et al.Penetration depth and microw ave loss measu rements w ith a YBa2Cu3O7-δ/ LaA￾lO3 / YBa2Cu3O7 -δtrilayer transmission line.Appl Phys Lett , 1991 , 59(23):3033 [ 13] Lee S Y, Cho J Y , Kim Y H , et al.Microwave properties of high-TC YBa2Cu3O7-δmicrostrip resonat ors w ith different sur￾face morphologi es and finit e thicknesses.Phys C, 1996 , 273: 83 [ 14] Vendik O G , Vendik I B , Kaparkov D I .Emperical Model of the Microw ave Properties of High-Temperature S uperconduc￾tors.IEEE Trans Microwave Theory Tech, 1998 , 46(5):469 [ 15] 清华大学微带电路编写组.微带电路.北京:人民邮电出版 社, 1976 , 20 [ 16] Porch A, Huish D W , Velichko A V , et al.Effects of residual surface resist ance on the microw ave properties of YBCO thin films.IEEE Trans Appl Supercond, 2005 , 15(2):3706 [ 17] Rauch W, Gornik E .Microwave properties of YBa2Cu3O7-x thin films studied w ith coplanar transmission line resonators.J 第 11 期 史力斌等:YBCO/ LAO 和 YBCO/MgO 超导薄膜的微波性质 · 1131 ·

。1132 北京科技大学学报 第29卷 Appl Phys1993.73(4):1866 impedance of high-quality YBaCu7-x thin films.Phys C [18 Fatber E Contour J P,Deutscher G.Microwave surface 1999.317/318:550 Microw ave properties of YBCO/LAO and YBCO/MgO superconducting thin films SHI Libin2.WANG Yunfei2,KE Y uyang?.ZHANG Guohua2,LUO Sheng?,ZHANG Xueqiang, LI Chunguang),L1Hong3》,HEYu.sheng3》 1)Department of Physics Bohai University,Jinzhou 121000.China 2)Applied Science School University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 3)Institute of Physics Chines Academy of Sciences.Beijing 100080 China ABSTRACT The microw ave response of YBaCu307/LaAlO3(YBCO/LAO)and YBaCu307/MgO (YBCO/ Mgo)superconducting thin films was studied by microstrip resonator technique.Microwave characteristics of the superconducting films were analyzed by the temperature dependence of resonant frequency,load quality fac- tor and insert loss.The penetration depth at 0K can be attained as:Ao=265nm for YBCO/LAO and Ao=280 nm for YBCO/MgO.The microw ave surface resistance Rs of YBCO/LAO and YBCO/MgO was also investigat- ed by microstrip resonator. KEY WORDS superconducting thin film;YBaCu307:LaAlO3:MgO;penetration depth;microstrip res onator;surface resistance (下期预告) Fe28Mm3Si3A1TWIP钢变形的微观组织特征 米振莉唐荻江海涛代永娟王海全李慎升 采用扫描电镜、透射电镜和EBSD技术对TWIP钢的拉伸变形后的组织进行观察和分析.研究结果表 明，热处理后的TWP钢中存在60%的退火孪晶，变形后孪晶量减少为32%.在拉伸过程中，具有退火孪晶 的品粒内部首先发生变形，产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向.变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶 和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发的滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度，因此变形 过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制

Appl Phys, 1993 , 73(4):1866 [ 18] Farber E , Contour J P , Deutscher G .Microwave surface impedance of high-quality YBa2Cu3O7 -x thin films.Phys C, 1999 , 317/ 318:550 Microw ave properties of YBCO/LAO and YBCO/MgO superconducting thin films S HI Libin 1 , 2), WANG Y unfei 2), KE Y uyang 2), ZHANG Guohua 2), LUO Sheng 2), ZHANG X ueqiang 3), LI Chunguang 3), LI Hong 3), HE Y usheng 3) 1)Department of Physics, Bohai University , Jinzhou 121000 , China 2)Applied Science S chool, University of S cience and Technology Beijing , Beijing 100083 , China 3)Institut e of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080 , China ABSTRACT The microw ave response of YBa2Cu3O7/LaAlO3(YBCO/LAO)and YBa2Cu3O7/MgO (YBCO/ M gO)superco nducting thin films was studied by microstrip resonator technique.Microwave characteristics of the superconducting films w ere analyzed by the temperature dependence of resonant frequency , load quality fac￾tor and insert loss.The penetration depth at 0 K can be attained as :λ0 =265 nm for YBCO/LAO and λ0 =280 nm for YBCO/MgO .The microw ave surface resistance Rs of YBCO/LAO and YBCO/MgO w as also investig at￾ed by microstrip resonator . KEY WORDS superconducting thin film ;YBa2Cu3O7 ;LaAlO3 ;MgO ;penetration depth ;microstrip res￾onato r;surface resistance (下期预告) Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP 钢变形的微观组织特征 米振莉 唐 荻 江海涛 代永娟 王海全 李慎升 采用扫描电镜、透射电镜和 EBSD 技术对 TWIP 钢的拉伸变形后的组织进行观察和分析 .研究结果表 明,热处理后的 TW IP 钢中存在 60 %的退火孪晶,变形后孪晶量减少为 32 %.在拉伸过程中 ,具有退火孪晶 的晶粒内部首先发生变形 ,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向.变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶 和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发的滑移的综合结果使 TWIP 钢同时获得高塑性和高强度 ,因此变形 过程中孪生变形是 TWIP 钢的主要变形机制 . · 1132 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷