设计含纳米颗粒掺杂的高性能超导体：与强钉扎理论的比较

在超导体中实现空前高临界电流的最有前景途径之一，是掺入弥散的非超导纳米颗粒以控制涡旋的耗散运动。然而，这些掺杂会减小总体超导体积并可使层间超导基体产生应变，从而有害地降低 $T_c$。因此，必须在纳米颗粒密度 $n_p$ 与尺寸 $d$ 之间取得最优平衡。确定该平衡需要更好地理解由强钉扎理论描述的涡旋-纳米颗粒相互作用。在此，我们绘制了 (Y$_{0.77}$,Gd$_{0.23}$)Ba$_2$Cu$_3$O$_{7-\delta}$ 薄膜中临界电流对纳米颗粒尺寸与密度的依赖关系（磁场最高达 35 T），并将趋势与近期时变金兹堡-朗道模拟结果比较。我们确认了场依赖临界电流 $J_c(B)$ 与强钉扎理论预期之间的一致性。具体而言，我们发现 $J_c \propto B^{-\alpha}$，其中 $\alpha$ 随纳米颗粒密度增加从 $0.66$ 降至 $0.2$，并大致随纳米颗粒尺寸 $d/\xi$（归一化至相干长度）线性增加。在高场下，临界电流衰减更快（$\sim B^{-1}$），暗示每个纳米颗粒已捕获一个涡旋。当纳米颗粒捕获多于一个涡旋时，预期 $J_c(B)$ 中会出现一个小的尖峰。由于缺陷尺寸的分散，这一新颖峰效应在此未能分辨。最后，我们揭示涡旋蠕变率 $S$ 对纳米颗粒尺寸与密度的依赖大致镜像于 $\alpha$，并将我们的结果与强钉扎理论预测的 $S(T)$ 低-$T$ 非线性进行比较。