理学院蔡传兵教授团队在纳米磁通钉扎提高高温超导带材在场性能方面取得重要进展

近日，理学院物理系、上海市高温超导重点实验室蔡传兵教授团队联合材料科学与工程学院王刚教授团队，通过纳米异质相的可控制备和量子磁通的有效钉扎，进而大幅度提升了YBa₂Cu₃O_7-𝜹(YBCO)高温超导涂层导体磁场中的性能。相关研究结果在最近出版的国际高水平期刊《Advanced Functional Materials》上发表题为“Significantly Improving the Flux Pinning of YBa₂Cu₃O_7-𝜹Superconducting Coated Conductors via BaHfO₃Nanocrystal Addition Using Multistep Film Growth Method”的研究论文。维多利亚老品牌vic119物理系为第一完成单位和第一通讯作者单位，2021级博士生黄荣铁为第一作者，主要作者包含蔡传兵教授、王刚教授、刘志勇副教授，博士后陈静，其中理学院博士后陈静和蔡传兵教授为该论文共同通讯作者。

超导体的混合态中包含量子磁通涡旋，如何通过纳米异质相钉扎磁通涡旋，进而有效提升高温超导体在强磁场中的载流性能，这一直是超导应用中的关键科学问题和难题。我校高温超导重点实验室作为全国实用超导合作组的发起单位之一，长期与中国科学院物理所、高能物理所、等离子体所、西北有色研究总院、中船重工和上海电缆所等单位合作，瞄准国家重大需求开展YBCO带材的应用技术攻关。目前，我校承担着国家磁约束核聚变能发展研究专项的重点研发任务，面向未来聚变堆强场磁体的应用需求，针对未来聚变堆CS磁体运行工况和工程特点，正在研制高场高性能YBCO长带材。本研究工作采用预制BaHfO₃（BHO）纳米晶添加技术，通过金属有机沉积法批量化制备出高性能YBCO纳米复合高温超导长带。同时，采用新型的多层厚膜工艺，优化纳米复合相和厚膜的双轴织构，大幅度提高了YBCO超导带材的自场和在场性能。在30 K@3 T下，带材的低温在场载流性能比未掺杂带材提高了215%，达到360 A/4mm-w。该技术可稳定制备出数百米长的YBCO高温超导带材，分别在新西兰Robinson研究所和中科院合肥强磁场科学中心检测了8T磁场下的各项异性性能和高达22T强磁场的高载流性能，这些结果显示了很高的科学意义和商业价值。

图1. 可控制备的BHO纳米晶及连续化百米级的YBCO复合长带超导性能

图2. 新型YBCO纳米复合带材的磁传输提升因子和在场载流性能

图3. 新型YBCO纳米复合带材在不同温度和磁场下的磁传输提升因子

（国内外不同机构检测结果）

本工作先后得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、上海市科技创新行动计划和国家资助博士后研究人员计划等支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401251