超高载流能力的干净极限MgB₂薄膜与超高上临界场的碳掺杂MgB₂薄膜^*

庄承钢¹，孟胜¹，张从尧¹，马小柏¹，杨欢²，贾颖²，闻海虎²，冯庆荣^1**

（1 北京大学物理学院及人工微结构与介观物理国家重点实验室，北京100871; 2 中科院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室超导国家重点实验室，北京 100080）

摘要：本文报道了基于混合物理化学气相沉积方法制备高质量干净极限MgB2薄膜和碳掺杂MgB2薄膜的最新结果。c轴外延干净的MgB2薄膜具有高达41.4K的超导转变温度，低于0.3cm的正常态剩余电阻率，样品处于干净极限。薄膜表面RMS粗糙度小于5nm，在150nm宽的纳桥上测量到了大于1×108A/cm2的临界电流密度，接近MgB2材料理论上的拆对电流密度，同样的结果也从对相同样品的磁性测量中推导得到。利用甲烷作为碳源，基于改进的热丝辅助混合物理化学气相沉积装置，高性能碳掺杂MgB2薄膜得以成功实现。不同程度的碳掺杂调制了MgB2双能带的带内和带间散射，进而明显增强了薄膜的上临界场。在重碳掺杂MgB2薄膜样品中，平行于样品表面的上临界场分量，Hc2//ab在临界温度（27K）附近对温度的斜率，-dHc2//ab/dT 达到了3 T/K，暗示了样品具有非常高的上临界场Hc2//ab(0)。碳掺杂同时使得样品的磁通钉扎能力得到很大增强，高场下具有比干净样品高出数个量级的临界电流密度，和更高的不可逆场。

关键词：混合物理化学气相沉积，MgB2薄膜，破对电流密度，碳掺杂

中图分类号：O511+.3 文献标识码：A

收稿日期：2008-02-27 修订日期：2008-03-12

*本文工作获得了国家自然科学基金No. 50572001，“973计划”No. 2006CD601004和教育部优秀本科生基础科研基金No. J0630311的支持。

**通讯作者，E-mail: qrfeng@pku.edu.cn

作者简介：庄承钢（1981-），男，博士研究生，从事MgB2超导薄膜研究；冯庆荣（1946-）,男，教授、博士生导师，主要从事MgB2超导材料的研究。