超导线材及其形成方法与流程

1.本公开内容在此涉及超导线材。


背景技术：

2.超导体在临界温度以下失去其所有电阻，并且大量电流可无损失地通过超导体。近来，已经对第二代高温超导线材(经包覆(涂覆)的导体)进行了研究，所述第二代高温超导线材包含包括双轴定向(对齐)织构化结构的薄的缓冲层上的或金属基材上的超导膜。与金属导体相比，所述第二代高温超导体每单位面积的横截面可传输远远更多的电流。第二代高温超导线材可用于具有低功率损耗的超导输配电电缆、磁共振成像(mri)、磁悬浮列车、超导推进船等中。


技术实现要素：

3.本公开内容提供了形成超导线材的方法。所述形成超导线材的方法可包括：在基材上形成缓冲层；和在所述缓冲层上提供超导前体，以在所述基材上形成包括y
1-x
re
x
bco的超导膜，其中使用包括y+re(其中re可为一种或多种稀土元素)、ba和cu的源提供所述超导前体，并且所述源与化学计量的ybco相比富含y+re和cu(为富y+re和cu的)。
4.在一种实施方式中，它可为0.5《x《0.95。
5.在一种实施方式中，re可为yb、sm或yb和sm的组合。
6.在一种实施方式中，所述源可包括ba2ynbo6添加物。
7.在一种实施方式中，re可包括具有比y的离子半径小的离子半径的第一元素和具有比y的离子半径大的离子半径的第二元素。
8.在一种实施方式中，所述第一元素可包括yb以及所述第二元素可包括sm。
9.在一种实施方式中，可在800～850℃的范围内提供所述超导前体。
10.在一种实施方式中，所述超导膜可进一步包括y2o3和液相。
11.形成超导线材的方法可包括：在基材上形成缓冲层；和在所述缓冲层上提供超导前体，以在所述基材上形成包括y
1-x
re
x
bco的超导膜，其中使用包括y+re、ba和cu的源提供所述超导前体，并且其中re包括具有比y的离子半径小的离子半径的第一元素和具有比y的离子半径大的离子半径的第二元素。
12.在一种实施方式中，所述第一元素可包括yb并且所述第二元素可包括sm。
13.在一种实施方式中，所述源可进一步包括ba2ynbo6添加物。
14.本公开内容提供超导线材。所述超导线材可包括：基材；所述基材上的超导膜；和在所述超导膜中的钉扎中心(锁住中心)，其中所述超导膜包括y
1-x
re
x
bco、y2o3和液相，并且所述钉扎中心具有ba2ynbo6添加物。
15.在一种实施方式中，re可包括具有比y的离子半径小的离子半径的第一元素和具有比y的离子半径大的离子半径的第二元素。
16.在一种实施方式中，所述第一元素可包括yb，并且所述第二元素可包括sm。
17.在一种实施方式中，ba2ynbo6添加物可具有柱形状。
18.在一种实施方式中，所述柱可具有c轴取向。
19.在一种实施方式中，所述柱可具有3～10nm的直径和10～30nm的间距。
20.所述超导线材可包括：基材；在所述基材上的超导膜；和在所述超导膜中的钉扎中心，其中所述超导膜包括y
1-x
re
x
bco并且所述钉扎中心具有ba2ynbo6添加物，其中re包括具有比y的离子半径小的离子半径的第一元素和具有比y的离子半径大的离子半径的第二元素。
21.在一种实施方式中，所述第一元素可包括yb，并且所述第二元素可包括sm。
附图说明
22.本发明包括附图以提供对发明构思的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明构思的示例性实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明构思的原理。在附图中：
23.图1示出了根据本发明的超导线材的横截面图。
24.图2示出了用于本发明的样品的成分(组合物)。
25.图3示出了y-ba-cu的三元相图。
26.图4示出了用于本发明的样品的成分的粉末的差示扫描量热法(dsc)扫描。
27.图5示出了通过dsc在n2下对于图4中使用的成分测量的共晶温度和转熔温度。
28.图6示出了图2的膜y123+液体的xrdθ-2θ和ω曲线中的(005)峰的半宽度(fwhm)、生长温度、tc、和c参数。
29.图7示出了讨论的所有成分以及有关其结构特征(在不同的h和t下的膜的jc和tc)的信息。
30.图8a和8b示出了通过lap工艺生长的膜的xrdθ-2θ扫描。
31.图9a和9b示出了图2的y123+液体膜的sem表面图像。
32.图10示出了显示圆形颗粒的y123+液体膜的edx映射。
33.图11至14示出了分别在70k、50k、30k和10k下对于最高达11t的场(场强)的jc对场(b||c)图。
34.图15a示出了y123+液体+byno膜的横截面tem图像。
35.图15b是图15a的放大图。
具体实施方式
36.下面将参照附图更详细地描述本发明构思的示例性实施方式。然而，本发明构思可以不同的形式体现，并且不应被解释为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容将是透彻且完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。而且，由于描述了示例性实施方式，所以根据说明书的顺序公开的附图标记不限于该顺序。
37.本发明涉及在高场中可实现高临界电流的应用。它还旨在低成本导体。这需要以磁涡旋的强钉扎在快的生长速率下产生膜。
38.为了实现快的生长速率，在生长过程中液体的存在是非常有益的。为了在感兴趣
的场范围内实现强钉扎，需要混合的钉扎形态，即延伸的1d(柱状)人造钉扎中心(apc)和类0d点缺陷。
39.为了实现上述在快的生长速率下的高性能的目标，已经开发了pld中的称为液体辅助处理(lap)的新工艺。lap是一种简单的原位方法，其中在生长过程中，通过使用非化学计量的靶材将少量(例如，约6体积％)的液体组分掺入膜中。预期该方法可适应于多种物理或化学气相沉积工艺。
40.本发明建立了柱状apc和各向同性的低维点钉扎缺陷二者的混合钉扎形态(landscape)。为了在膜中产生柱状apc，需要关于在液体存在下将形成何种apc为选择性的。
41.将通过使用混合稀土rebco膜(即，使用至少两种不同原子尺寸的re产生re1
1-x
re2
x
bco膜)来产生点钉扎缺陷。re离子尺寸的差异(离子尺寸变化)导致晶格内的局部应变区域，该区域可潜在地充当钉扎位点。另外，对于与ba
2+
离子尺寸相似的稀土离子，发生ba-re交叉取代，产生另外的点缺陷。在re1
1-x
re2
x
bco中x需要为小的，使得对于re1可优化生长温度。如果x大，则无法针对re1或re2优化生长温度，并且这将导致差的总体结晶度和cuo平面的可能不规则的屈曲，两者均不利于超导性。x可为0.5《x《0.95。
42.已显示具有混合稀土成分的样品在77k下具有中度改善的性能。然而，在较低的温度下，这样的点缺陷预期为最有益的，并且在低温下它们将变成对涡旋钉扎力的主要贡献。
43.图1示出了根据本发明的超导线材的横截面图。参考图1，超导线材100可包括基材10、缓冲层20、种子层(籽晶层)30和超导膜40。
44.基材10可具有双轴定向的织构化结构。基材10可为金属基材。金属基材10可包括立方晶格金属例如镍(ni)、镍合金(ni-w、ni-cr、ni-cr-w等)、不锈钢、银(ag)、银合金、热轧的镍银复合材料。基材10可具有用于经包覆导体的带形状。
45.缓冲层20可包括顺序地堆叠的扩散阻挡层(例如，al2o3)、y2o3和mgo层。缓冲层20可通过ibad方法形成。可在缓冲层20上进一步形成外延生长的同质mgo层。可在缓冲层20上进一步形成另外的层。所述另外的层可包括lamno3、laalo3或srtio3。所述另外的层可通过溅射方法形成。缓冲层20和所述另外的层可防止金属基材和金属基材上的超导体材料之间的反应并转移双轴定向的织构化结构的结晶性质。
46.种子层30形成在缓冲层20上。种子层30可包括例如氧化锆、锆、氧化锡、氧化钛、钛、氧化铪、铪、氧化钇、氧化铯或铯。金属氧化物例如氧化锆、氧化锡、氧化钛、氧化铪、氧化钇、氧化铯等可进一步包括钡。种子层30可通过溅射法或电子束法形成。
47.在种子层30上形成超导膜40。通过lap法形成超导膜40。
48.(实验实施方式)
49.图2示出了用于本发明的样品的成分。源(例如，pld靶材)由y2o3、ba(no3)2、cuo的单相粉末以及在需要时的sm2o3和yb2o3的粉末制成。将所有粉末称量至适当的量、混合、研磨、压制并且最后在850℃下在氧气中反应24小时。然后将源再研磨和再烧结以确保均匀性和发生完全反应。参考图2，制备了7种不同的成分的源，例如(a)y123、(b)y123+液体、(c)(y,yb)123+液体、(d)(y,sm)123+液体、(e)(y,yb,sm)123+液体、(f)y123+液体+byno和(g)(y,yb,sm)123+byno。通过使用lap方法制备六种成分(b)～(g)的膜。作为参照，将在不使用lap方法的情况下制备成分(a)的膜。
50.对于四种混合re源(c)、(d)、(e)和(g)，y的原子百分比为80％，使得对于所有膜，生长温度都可保持相同。为了配平80原子％y并因此确保化学计量，使用20％添加的re添加物。使用与基体稀土(y
3+
)相比较小的稀土(yb
3+
)、较大的稀土(sm
3+
)或较小和较大的组合(yb
3+
，sm
3+
)。
51.两种re源(f)和(g)具有2～10摩尔％(例如5摩尔％)的ba2ynbo6(byno)添加物。对于单相byno粉末，将y2o3、ba(no3)2和nb2o5的粉末称重、混合、研磨，然后在1450℃下在氧气中反应24小时。然后将byno粉末以约5摩尔％组成比与ybco粉末混合、压制，然后在950℃下在氧气中烧结12小时。即使在相对高的生长速率(》1nm/s)下，byno添加也产生强的c轴钉扎(与纯ybco膜相比，对于h||c的jc的最高达2倍)。因此，byno apc可在高的生长速率下自组装成纳米柱，而其他apc则不能。由于lap是快速的过程，因此如下是重要的：使用在快的生长速率下组装成纳米柱(而不是纳米颗粒)的apc。
52.图3示出了在恒定低的po2(＜0.1托)和800℃的温度下的y-ba-cu的三元相图。尽管在平衡时预期形成的相由感兴趣的成分周围的平衡连结(tie)三角形(a)给出，但动力学和外延生长效应对此进行了修正，而是导致ybco、液体和y2o3的形成(以“动力学”连结三角形(b)显示)。在该情况下，我们成分的一些具有替代y的20％的其他re，但假定相图在定性上与纯y的相同。
53.在所有源(例如，pld的靶材)中使用的(y+re):ba:cu比率的位置在图3的相图上作为三角形(b)示出。为了简单起见，图中仅显示y而不是y+re。成分(b)～(g)也列在图2中，即它们的(y+re):ba:cu比率＝1:1.7:2.7，即，与ybco相比，源富含y+re和cu(如果将成分归一化为ba＝2，即1.18:2.00:3.18，则可更容易看出)。因此，与成分(a)的化学计量比1:2:3相比，所述源既富含y+re，也富含cu。
54.参考图3，1:1.7:2.7成分将形成(y+re)bco、液体和y2bacuo5的混合物(参见三角形(a))。然而，由于动力学因素和通过形成c-定向的(y+re)bco的外延稳定化，在lap生长过程中，在膜中形成(y+re)2o3而不是(y+re)2bacuo5。因此，形成的相是在“动力学”连结三角形(b)的顶点处的那些，即1:2:3+液体+y2o3(此处为简便起见，忽略(y+re)2o3混合成分)。
55.在生长过程中发现的条件下，液相边界的位置不是精确已知的，并且在图3中进行估计。但是，假定“动力学”连结三角形(b)中显示的位置，相比的近似值得出ybco、y2o3和液体在生长过程中的摩尔％和近似体积％(假定相等的每原子的体积)分别为88摩尔％、10摩尔％和2摩尔％，或91体积％、3体积％和6体积％。
56.图4示出了来自在此讨论的成分的粉末的差示扫描量热法(dsc)扫描。dsc测量是使用ta instruments q600 sdt对约10mg的经研磨烧结的源材料进行的。15℃/分钟的加热速率是在氮气气氛中。图5示出了通过dsc在n2下对于图4中使用的成分测量的共晶温度和转熔温度(分别为te和t
p
)。
57.参考图4和5，获得针对不同成分的在氮气氛下液体形成开始的温度(te为共晶温度以及t
p
为转熔温度)。应当指出的是，由于富含氮的气氛，与空气相比，t
p
降低约50℃。另外，相对于成分(a)，掺杂样品中的熔融峰处于较低温度。
58.纯ybco y123(成分(a))仅显示t
p
，因为该成分是化学计量的。另一方面，液体辅助成分在低于t
p
的温度下(在809.4～835.2℃之间)显示te熔融峰，其与低po2下的ba2cu3oy液相熔融温度一致。与处于937.5℃的y123+液体(成分(b))相比，对于处于956.9℃的(y，sm)
123+液体(成分(d))，t
p
也是更高的，这是预料到的，因为sm123的熔融温度(即，1060℃)比y123(1005℃)高。同样，(y，yb)123+液体(成分(c))的t
p
为932.6℃，其低于y123(成分(a))，这也是预料到的，因为yb123的t
p
比y123低。包含所有三种re的(y，yb，sm)123+液体(成分(e))表现出双重/更宽的峰，并且由这些峰确定的te和t
p
温度为811.1℃和940.8℃，它们更接近于含yb的成分，表明存在相分离和两种液体的形成。此外，掺杂有byno的成分具有与不含byno的成分相似的t
p
和te。预期在添加byno时在熔融温度方面仅有小的变化，因为预期byno不与y123体系相互作用。
59.共晶温度和转熔温度数据指导对用于膜的最佳生长温度的理解。lap工艺运行的最低要求是要有液体存在。这意味着略高于te操作。800～850℃(例如820℃)对于所有成分可为合适的温度。较高的温度也可为良好的(只要基材和缓冲物保持稳定)。然而，由于在整个成分中te和t
p
值变化超过25℃，因此对于各具体成分的进一步的单独的生长温度优化当然存在余地。
60.通过从源在缓冲层上提供超导前体来生长所有膜。对于脉冲激光沉积(pld)，使用lamba physik krf准分子激光器(λ＝248nm,通量～2j/cm2)。使用50hz的激光脉冲重复率，其产生～250nm/分钟的生长速率。该生长速率是标准ybco pld膜生长的约4～60倍高(比标准ybco pld膜生长高约4～60倍)。在沉积过程中液相在膜中的存在使得能够实现高的生长速率。所有膜的生长po2为200毫托，并且生长后将膜在760托po2中在500℃下氧化一小时。所有膜具有350nm
±
20nm的厚度。膜的沉积温度在750℃～850℃的范围内，其中加热器的温度使用传统的热电偶-p.i.d.控制器控制。
61.在此温度范围内生长后，通过找到(005)x射线峰的半宽度(fwhm)的最低值而确定最佳生长温度，其指示非常高的结晶完美度以及最高tc和jc(77k，自场)。最佳生长温度为如下的800℃～850℃(优选810℃～830℃、更优选约820℃)。
62.使用常规的四点探针法测量转变温度(tc)和临界-电流-密度-场依赖性(jc(b))。临界电流密度测量使用1μv cm-1
标准(最大洛伦兹力配置)，并且对被蚀刻成具有25μm宽的桥的样品进行。使用标准光刻方法将桥图案化，其中沉积银电接触垫，以确保高品质的接触界面。在测量之后，通过dektak针轮廓仪测定膜的厚度。
63.使用采用cukα辐射的philips pw3020衍射仪进行结构分析。进行(005)ybco峰(最高强度(001)峰)的摇摆曲线和bragg-brentano几何结构中的x射线衍射以研究膜中形成的相及其外延质量。还使用fei nova nanosem创建扫描电子显微镜图像以研究膜的表面。使用横截面透射显微镜法(tem)对ybco基体中的byno纳米夹杂物进行成像。
64.图6示出了图2的膜y123+液体(成分(b))的xrdθ-2θ和ω曲线中的(005)峰的半宽度(fwhm)、生长温度、tc、和c参数。
65.对于y123+液体(成分(b))，对在820℃下生长的膜测得最高tc(91.2k)。对于该成分，该生长温度低于te约15℃，如图5中所示。然而，生长气氛的po2较低且因此熔融在此是很可能的。820℃的生长温度不仅给出最高的tc，而且给出最小的(005)θ-2θ峰fwhm、最小的(005)ω-扫描峰fwhm和最低的c(其在820℃及以上时似乎达到平台)。所有这些参数指示在约820℃下的最佳结晶完美度。与820℃相比，对于较高的液体分数，在高于820℃时tc的劣化可能与液体与基材的小的相互作用有关。
66.参考图6，对于成分(b)，最高tc与最低的结构无序水平(由最小(005)峰fwhm确定)
和最低c参数相符，这两者均指示最佳的结晶完美度。这发生在820℃，即，在200毫托的po2下在液体存在的情况下膜生长的温度。该温度比rebco pld生长期间典型使用的温度高超过30℃，以确保存在足够的液体。
67.图7示出了讨论的所有成分以及有关其结构特征(在不同的h和t下的膜的jc和tc)的信息。tc和c参数是在最佳生长温度(例如820℃)下的那些。如从θ-2θ和ω扫描的(005)峰的低fwhm确定的，所述膜全部为高度定向的并且具有出色的结晶度，比普通ybco膜(表示为成分(a)的y123)大得多。
68.再次参考图7，不使用lap的化学计量的纯ybco(y123，成分(a))膜因为在不存在液体的情况下生长而具有79.1k的降低的tc。较低的tc可源自在这样高的生长速率下引起的结构无序。c参数与在低速生长的ybco膜中发现的的本体(体积，bulk)值相比是高的并且指示一些阳离子无序。
69.对于混合re膜，c参数趋势遵循由稀土的尺寸所预期的模式，其中(y，yb)123+液体(成分(c))膜具有最小c值(y，sm)123+液体(成分(d))膜具有最大c值并且(y，yb，sm)123+液体(成分(e))膜在其间使用lap的混合re(成分(c)、(d)和(e))膜的tc低于使用lap的纯ybco(成分(b))膜。在混合re膜中，(y，yb，sm)123+液体(成分(e))膜具有最高tc(88.4k)，比(y，yb)123+液体(成分(c))和(y，sm)123+液体(成分(d))膜高最多达3k。这可能是因为这些膜中的平均re离子半径(即，大的sm、中等的y和小的yb的平均值)为接近的纯y的半径，而对于其他成分则显著更高或更低。
70.含byno的膜(成分(f)和(g))的tc比不含byno的母体膜(成分(b)和(e))略低(低2k)。由于由apc引起的rebco晶格的结构扰动，故而这对于包括次级相的rebco膜是常见的。这体现为在成分(f)膜中在θ-2θ和ω扫描中的(005)峰中的较高的fwhm值，即，分别为～0.34
°
和～0.53
°
。另一方面，仅存在对c参数的轻微影响(边际效应)，这与之前关于byno掺杂的ybco的研究一致。因此，尽管存在结构破坏(即，平面屈曲和晶粒倾斜)，但在rebco晶格中引起很小的阳离子无序或没有引起阳离子无序。
71.预期混合re膜中的结构破坏将产生θ-2θ和ω扫描中(005)峰的较高的fwhm值。所有混合re膜都是这种情况。具有最大的结构无序和最低的tc的(y，sm)123+液体(成分(d))膜具有最大的θ-2θfwhm值。相比于y123+液体(成分(b))膜的～0.32
°
，(y，sm)123+液体(成分(d))膜具有～0.52
°
的θ-2θfwhm。相比于y123+液体(成分(b))膜的～0.40
°
，它还具有所有膜中最大的ω扫描fwhm值，即～0.59
°
。
72.图8a和8b示出了通过lap工艺生长的膜的xrdθ-2θ扫描。θ-2θ标记表示：*＝(00l)ybco峰，+＝004re2o3峰，u＝(200)cuo峰，o＝(400)byno峰，^＝(00l)(基材)sto峰。
73.图8a示出了通过未掺杂的lap工艺制成的优化的ybco膜即y123+液体(成分(b))膜的xrdθ-2θ扫描。混合re膜就尖锐的(00l)峰而言显示出非常相似的图案并且显示出相似的第二相峰。图8b还示出了通过lap工艺制成但现在掺杂有byno的膜，即y123+液体+byno(成分(f))。观察到清晰的(400)byno峰，表明已形成c轴取向的byno纳米柱。这在膜的横截面tem图像中得到证实(稍后在图13和14中讨论)。对于通过lap工艺生长的这些膜和所有其他膜，在x射线图案中观察到的其他相为y2o3+cuo。y2o3+cuo是在经液体处理的膜中通常观察到的相。y2o3的形成是由于过量的y并且因为当ybco结晶时它是外延稳定化的，并且cuo在沉
积后膜冷却时由液体形成。
74.图9a和9b示出了y123+液体(成分(b))膜的sem表面图像。由sem证实，在lap膜中存在液相。参考图9a，示出了圆形的次级相颗粒(由箭头和放大的图片指示)。参考图9b，示出了被非常光滑的区域包围的浅孔(由箭头和放大的图片指示)。
75.图10示出了显示圆形颗粒的y123+液体(成分(b))膜的edx映射。圆形或刻面颗粒为富含cu的，指示固化(凝固)的富含cu的液体。该液体在图3的相图中是明晰的。当液体在冷却下固化时，由于液体的收缩而可能形成浅孔，这两者均指示由结晶液体形成的表面。
76.图11至14示出了分别在70k、50k、30k和10k下对于最高达11t的场的jc对场(b||c)图。
77.点之间的线仅指引观看。所述图显示存在至少两种不同的体制(机制，方式)。在较高的温度(70k和50k)下，看到三个不同的区域。第一种体制到b0，在此在1t和2t之间，这对于包含纳米柱的膜来说是典型的。第二种体制被视为以具有由jc～b-α
给出的α指数的指数衰减为主。第三种体制显示，随着接近匹配场和不可逆线，jc迅速衰减。
78.首先，与在相同的速率下生长但不使用lap的化学计量的纯ybco(y123，成分(a))膜相比，y123+液体(成分(b))膜具有显著更高的tc和jc(在许多场和温度下高超过一个数量级)。采用lap膜可获得的更快的扩散速率将容许形成更高质量的rebco晶格，且因此与在化学计量的纯ybco(y123，成分(a))膜中相比结构扰动小得多，导致大大改善的tc和jc。这是一个重要的结果，因为它证明，即使如对于非常快速生长的化学计量的ybco可预料到的那样，由高生长速率引起点状无序，这单独地对于提高jc也将不是有效的。相反，需要仔细设计(通过快速生长或通过混合re)引入rebco中的无序，使得rebco晶格本身不在任何大的程度程度被扰动或破坏，特别是就cuo平面的屈曲或断开cuo平面而言。
79.接着，混合re膜的jc通常是高的，并且与y123+液体(成分(b))膜相比，随着降低的温度更是如此。混合re膜的高jc值由如下例示：图7中所示的
‘
50k，5t’和
‘
10k，10t’的值。因此，即使当使用快速的生长速率时，将液体引入膜中使得来自re混合的固有无序能够对于钉扎为有效的。以前对于高速率生长的膜还没有报道过使用re混合获得高jc的好处。这可能是因为在不存在液体的情况下，动力学不足以“治愈”更长程的无序，所述更长程的无序是由与re1
1-x
re2
x
bco中的re1和re2离子尺寸差异相关的高度密集的原子无序引起的。
80.参考图11，在70k下，对于其中晶格fwhm值相同的膜，则将预期添加byno的apc膜由于有利的apc钉扎效应而具有较好的场内jc。按照这种推理，表现最好的膜的确是y123+液体+byno(成分(f))膜。然后可预期(y，yb，sm)123+液体+byno(成分(g))膜是按顺序的下一个。但是，在此测量温度下，膜的tc很重要：如果tc从91k大大降低，则这将降低整体性能。由于成分(g)的tc因re混合而稍微降低至86.6k，因而纯的y123+液体(成分(b))膜排在第二位，(y，yb，sm)123+液体+byno(成分(g))膜排在第三位。此后，由于没有其他apc掺杂的膜，于是jc的趋势仅反映tc的趋势：即，(y，yb，sm)123+液体(成分(e))膜，然后是(y，yb)123+液体(成分(c))膜，然后是(y，sm)123+液体(成分(d))膜，然后是y123(成分(a))。来自re混合的任何点钉扎中心在此温度下都容易通过热而脱钉扎且因此没有产生好处。
81.参考图12，在50k下，(y，yb，sm)123+液体+byno(成分(g))膜与70k数据相比显示出相对改善的性能，并且现在接近于y123+液体+byno(成分(f))膜，尽管具有较低的tc(86.6k，相比于89.3k)。这揭示了除byno apc钉扎以外的来自re混合效应的这些膜中的强
钉扎以及tc的较小的重要性。尽管如前面所讨论的具有由x射线数据揭示的较差结晶度，但(y，yb，sm)123+液体(成分(e))膜与70k数据相比还显示出相对改善的性能。最后，(y，sm)123+液体(成分(d))膜相对于其在70k下的相应位置升高，然而没有像成分(g)和(e)那么多。这可能是因为，与所有其他lap膜相比，在成分(d)膜中tc(86.9k)和结晶度二者总体上最差，如图7中所示。结果表明，由稀土混合引起的另外的点无序充当有效的钉扎中心。这些缺陷可能是由混合re的不同尺寸产生的晶体结构中的纳米应变场。如已经指出的，尽管据所知在不存在液体的情况下生长的混合re膜尚未显示产生有效的点钉扎，但这可能是因为在没有液体“治愈”破坏时rebco晶格的更长程的破坏。
82.参考图13，在30k下，y123+液体+byno(成分(f))膜在所述膜中继续表现最好，表明由纳米柱导致的钉扎的强烈影响。与50k相比，具有混合re的膜在30k下显示出相似的良好性能。因此，(y，yb，sm)123+液体+byno(成分(g))膜几乎与y123+液体+byno(成分(f))膜一样好。然而，与50k和70k相比，纯的y123+液体(成分(b))膜更落后，因为它没有设计在其中的apc或点状钉扎中心。(y，yb，sm)123+液体(成分(e))膜是次佳的，类似于在50k时。然后，有趣的是，与在较高温度下相比，(y，sm)123+液体(成分(d))膜与(y，yb)123+液体(成分(c))膜交换了其顺序。这是因为成分(d)膜的较低的tc的影响被减轻(成分(d)膜具有所有膜中最差的tc(86.9k)以及最差的结晶度)。相反，其来自re混合的点钉扎开始更有效，并且在成分(d)中存在比成分(c)更多的它们。总体而言，30k数据显示，与较高温度的测量相比，apc和re混合相关的点钉扎两者在确定jc(b)方面都发挥着更重要的作用，并且在该较低的温度下降低的tc的影响减轻。
83.参考图14，在10k下，最佳表现的膜是(y，yb，sm)123+液体+byno(成分(g))膜。现在，它的性能优于在30k时最佳的y123+液体+byno(成分(f))膜。该数据进一步证明，在低温下，apc和混合re点状钉扎两者均发挥重要作用。它还显示，在最低温度下，由re的混合产生的点钉扎的重要性显著增加。这些点扎钉提供弱的0d状钉扎形态，其非常有效地补充由apc柱产生的更强的钉扎缺陷，导致在10k下的非常高的钉扎力，尽管是在4-60倍快速的生长速率下。
84.就这些膜的性能而言，与在相似速率下生长的其他经液体处理的膜(例如由sunam ltd制造的异位膜)相比，本发明中的膜的jc在3t下最高达3倍高，并且在5t下最高达6倍高。而且，与具有bazro3和ba2y(nb,ta)o6钉扎添加物的标准化学计量的ybco膜相比，原位lap膜从70k至30k在场的范围内显示出相似的性能，并且它们在10k下性能优于这些标准的apc膜(好最高达2倍)，尽管是4-60倍快速地生长。
85.图15a示出了y123+液体+byno(成分(f))膜的横截面tem图像，图15b是图15a的放大图像。虽然不可能通过tem对由re混合产生的点状缺陷成像，但确认对膜的byno apc添加物的性质仍然很重要。
86.参考图15a和15b，示出了c轴取向的byno纳米柱。因此，尽管在典型地阻止apc组装成良好形成的柱的非常快的生长速率下，但byno纳米柱仍有时间组装。柱的直径为约3～10nm(图15b中约5nm)，间隔为约10～30nm，其中约40nm长的部段彼此堆叠。柱之间的ybco晶格在密集的细柱之间保持高度定向。尽管所述柱比对于一些apc在标准生长条件下报道的通过厚度的(through-thickness)柱短，但这可能不是由于动力学限制，而是由于与具有大的与ybco的晶格失配度的byno相关的应变和热力学因素。
87.预期byno柱充当b||c的非常强的延伸的1d钉扎中心，其解释了在jc测量中观察到的行为。而且，柱的密度足够高，以至于可能有与柱相关的“二次效应”点状缺陷，因为它们破坏自身周围的rebco基体。对于具有15原子％bazro3添加物的mocvd导体，已经有效地看到了这一点。
88.最后，这里对于pld生长展示的lap工艺也可容易地适应于其他物理或化学气相沉积方法以在高一个数量级的速率下并且因此以较低的成本实现非常高性能的导体。
89.具有强钉扎的rebco包覆的导体的快速生长对于降低超导应用的成本至关重要。本发明展示了利用pld沉积的新的原位液体辅助处理(lap)方法的结果。该方法允许非常快的生长速率(最高达250nm/秒)，即比标准膜快超过一个数量级。尽管生长速率非常快，该方法仍使得能够除了通过在膜中具有混合稀土而产生的点状缺陷钉扎中心之外还形成延伸的ba2ynbo6纳米柱状人造钉扎中心(apc)。混合钉扎即混合re+byno lap膜在10k、30k和50k下显示出对于钉扎非常有效。与通过pld使用不同的apc钉扎添加物生长的标准ybco膜相比，尽管生长速率快得多，但lap膜从70k至30k在场的范围内显示出相似的jc，而在10k下，它们的性能优于标准膜最高达2倍。证实了在较低温度下由膜中的re混合产生的点状钉扎的增加的影响。与使用标准原位气相生长法进行生长相比，lap法对于降低经包覆导体的成本极具潜力，简单地通过改变目标材料的成分即可。
90.本发明涉及这样的应用，其中在高场例如高于5t(这意味着在～30k或更低下工作)中可实现高的临界电流(例如≥1000a)。根据本发明，超导线材可以较低的成本制造并且在快的生长速率下提供磁涡旋的强钉扎。
91.以上公开的主题应被认为是说明性的而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖落入本发明构思的真实精神和范围内的所有这样的修改、增强和其他实施方式。因此，在法律允许的最大范围内，本发明构思的范围将由所附权利要求及其等同物的最宽泛的允许解释来确定，并且不应被前面的详细描述约束或限制。