一種基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于超導體材料【技術領域】，具體涉及一種基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法。本發(fā)明利用微區(qū)磁場強度高靈敏探測器，檢測處于均勻外磁場中的超導體樣品，在樣品處于正常態(tài)時，磁場可以穿透樣品，而當樣品中一些區(qū)域從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)時，該區(qū)域將對磁場產生屏蔽，探頭檢測到的磁場強度將顯著下降，由此可以判別樣品的局部區(qū)域完成了相變。本發(fā)明方法可在動態(tài)溫度、磁場、電流條件下，檢測超導體中超導相-正常相微區(qū)分布，也可以用于對磁性材料的磁疇、磁化強度檢測及成像。
【專利說明】一種基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于超導體材料【技術領域】，具體涉及一種基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法。
【背景技術】
[0002]超導電性是某些物質在一定溫度下電阻降為零的性質。1911年荷蘭物理學家H.卡末林.昂內斯發(fā)現(xiàn)汞在溫度降至4.2K附近時其電阻小到實際上測不出來，他將汞的這一新狀態(tài)稱為超導態(tài)，以后又發(fā)現(xiàn)許多其他金屬也具有超導電性。低于某一溫度出現(xiàn)超導電性的物質稱為超導體。
[0003]超導體的主要性質表現(xiàn)為:
①超導體進入超導態(tài)時，其電阻率實際上等于零。從電阻不為零的正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為超導轉變溫度或超導臨界溫度，用T。表示；
②外磁場可破壞超導態(tài)。只有當外加磁場小于某一量值H。時才能維持超導電性，否則超導態(tài)將轉變?yōu)檎B(tài)，Hc稱為臨界磁場強度；
③超導體內的電流強度超過某一量值I。時，超導體轉變?yōu)檎w，I。稱為臨界電流；
④不論開始時有無外磁場，只要T〈T。，超導體變?yōu)槌瑢B(tài)后，體內的磁感應強度恒為零，即超導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:當超導體完成從正常相到超導相的相變時，會將體內的磁力線完全排除出體外，成為完全抗磁體，如圖1所示。
[0004]在特定的環(huán)境條件下，一個樣品中可以有正常態(tài)相與超導態(tài)相兩種狀態(tài)的物質，形成混合態(tài)，由圖2所示意，由邁斯納效應可知，超導相區(qū)域對磁場產生屏蔽，即超導相微區(qū)此時無磁場穿透，因此可以發(fā)現(xiàn)對應于超導相與正常相的微區(qū)磁場強度有所差異，據此可對超導相在材料中的面分布進行表征。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法，
本發(fā)明提供的基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法，是一種在微觀層面上動態(tài)地對材料中超導相做圖像化的表征技術，即利用磁敏感介質實時表征微小區(qū)域磁場分布從而確定樣品中正常相與超導相微區(qū)分布的技術。
[0006]本發(fā)明提供的基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法，其工作原理為:當超導體從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)，出現(xiàn)磁屏蔽，即邁斯納效應；利用微區(qū)磁場強度高靈敏探測頭，檢測處于均勻外磁場中的超導體樣品，在樣品處于正常態(tài)時，磁場可以穿透樣品，而當樣品中一些區(qū)域從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)時，該區(qū)域將對磁場產生屏蔽，探頭檢測到的磁場強度將顯著下降，由此可以判別樣品的局部區(qū)域完成了相變。如圖2所示。
[0007]本發(fā)明提供的基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法，所述的材料為超導體材料，需用高靈敏微區(qū)磁場強度探測器，負責微區(qū)磁場強度信號的讀取；在給定溫度情況下，通過控制工作電流，使樣品在超導態(tài)和正常態(tài)之間轉變。
[0008]本發(fā)明提供的基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法，具體步驟為:
(1)超導體材料樣品置于樣品臺上保持低溫(77K)，調節(jié)超導體工作電流和電磁鐵的均勻磁場，使樣品處于超導態(tài)；
(2)調節(jié)樣品臺或微區(qū)磁場強度探測器探頭位置，使二者之間有二維相對移動，在移動過程中，微區(qū)磁場強度探測器探頭逐點探測樣品表面的磁場強度；當樣品中分布有正常相和超導相時，探頭檢測到的磁場強度將產生顯著變化:處于超導態(tài)的區(qū)域將對磁場產生屏蔽，探頭檢測到的磁場強度將產生顯著下降，由此可以判別樣品的局部區(qū)域完成了相變，信號經轉換和放大后由計算機系統(tǒng)記錄并處理，最終形成二維顯微圖像，顯示此時正常相與超導相的分布。
[0009]本發(fā)明中，適當改變外部條件，如溫度、磁場強度、工作電流，即可導致正常相與超導相的分布變化，反映出樣品中正常相與超導相的動態(tài)分布。
[0010]在本發(fā)明一較佳的實施方式中，所述的超導體材料為釔鋇銅氧高溫超導體，其超導相面分布表征的具體操作步驟為:(1)將釔鋇銅氧高溫超導體置于樣品臺上保持低溫(77K)，將探頭定位于欲測試區(qū)域；(2)調整電磁場強度，使外磁場H〈Hc，以保證樣品中部分區(qū)域依然處于超導態(tài)；(3)調節(jié)壓電陶瓷使探針相對樣品臺移動，取正方形的面掃描方式，掃描范圍最大為50 μ mX 50 μ m，最小為50nmX 50nm左右(需更換不同規(guī)格的探測頭)；(4)將微區(qū)磁場探測頭由于磁場強度差異而產生的信號，經模數(shù)轉換和放大經計算機讀取并記錄。
[0011]本發(fā)明方法所用的原料、試劑、設備和配件均市售可得。
[0012]本發(fā)明方法所涉及設備組成的系統(tǒng)在符合本領域常識的基礎上可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。
[0013]本發(fā)明利用磁場敏感探測組件對材料中微小區(qū)域超導相磁場的強度和分布進行表征,這一技術也可以用于對磁性材料的磁疇、磁化強度檢測及成像。
[0014]本發(fā)明的積極效果在于:
1、利用本發(fā)明所述的基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測技術，可實現(xiàn)在動態(tài)溫度、磁場、電流條件下，超導體中超導相-正常相的微區(qū)分布的表征。
[0015]2、本發(fā)明的超導相微區(qū)檢測技術，易于搭建實際表征設備，成本控制良好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1.當環(huán)境溫度低于Tc，超導體成為完全抗磁體，將磁場完全排出體外。
[0017]圖2.基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測技術工作原理示意。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
[0019]實施例1
采用本發(fā)明所述技術對釔鋇銅氧高溫超導體的超導相面分布進行表征:
將釔鋇銅氧超導體放置在樣品臺上保持低溫(77K)，將探頭定位于欲測試區(qū)域；調整釔鋇銅氧超導體的工作電流和電磁鐵磁場強度，使樣品保持超導態(tài)；調節(jié)壓電陶瓷使探針相對樣品臺移動，取正方形的面掃描方式，掃描范圍為500nmX500nm ;將微區(qū)磁場探測頭由于磁場強度差異而產生的信號，經放大和模數(shù)轉換由計算機讀取并記錄，可據此繪制磁場分布的灰度圖，可以判別樣品的哪些局部區(qū)域完成了相變。
【權利要求】
1.一種基于磁場屏蔽性質的超導相微區(qū)檢測方法，其特征在于具體步驟為: (1)超導體材料樣品置于樣品臺上保持低溫，調節(jié)超導體工作電流和電磁鐵的均勻磁場，使樣品處于超導態(tài)； (2)調節(jié)樣品臺或微區(qū)磁場強度探測器探頭位置，使二者之間有二維相對移動，在移動過程中，微區(qū)磁場強度探測器探頭逐點探測樣品表面的磁場強度；當樣品中分布有正常相和超導相時，探頭檢測到的磁場強度將產生顯著變化:處于超導態(tài)的區(qū)域將對磁場產生屏蔽，探頭檢測到的磁場強度將產生顯著下降，由此可以判別樣品的局部區(qū)域完成了相變，信號經轉換和放大后由計算機系統(tǒng)記錄并處理，最終形成二維顯微圖像，顯示此時正常相與超導相的分布。
【文檔編號】G01R33/12GK103472417SQ201310403114
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權日:2013年9月6日
【發(fā)明者】吳曉京, 張昕 申請人:復旦大學