23、快速重离子在材料工程中的应用：超导体、特殊氧化物与电阻式随机存取存储器

快速重离子在材料工程中的应用：超导体、特殊氧化物与电阻式随机存取存储器

1. 快速重离子辐照对高温超导体的影响

1.1 辐照产生的缺陷类型

快速重离子（SHI）辐照高温超导材料时，会产生多种缺陷。以YBCO为例，在200 MeV Ag离子辐照的原位XRD实验中发现，在约89 K的低温下，SHI会诱导出三种不同类型的缺陷：
- 当电子阻止本领（Se）大于阈值（Seth）时，会形成非晶离子径迹。
- 离子径迹周围会出现应变区域。
- 在Cu - O基面会产生氧无序点缺陷。离子径迹直径约为1.9 nm，径迹周围约97 nm范围内会形成一个缺陷区。这一现象可归因于SHI诱导产生的二次电子，它们通过电子俘获过程在完全氧化的YBCO结构的Cu - O链中造成氧无序，也可能是由于离子径迹周围的瞬态加热环形区域所致。

1.2 辐照对过剩导电性的影响

高温超导体具有高临界温度（Tc）、小相干长度和导电CuO₂平面的层状结构，因此在高于Tc的温度下会出现过剩导电性或准相干区域。通过在液氮温度下用100 MeV ¹⁶O⁷⁺离子辐照YBCO材料，研究了无序对其准相干区域电导率临界指数的影响。结果发现，原始样品的临界指数约为2，而辐照样品的临界指数变为1.62。基于Aslamazov - Larkin（AL）和Lawrence - Doniach（LD）理论对过剩导电性进行分析，发现随着离子注量的增加，会出现从二维到三维的转变，并且可以根据LD理论估算相干长度和约瑟夫森耦合。

1.3 缺陷结构的改性

在磁场中，YBCO薄膜的微波表面电阻会出现明显的峰值，即“峰值效应”。用200 MeV Ag离子辐照引入柱