Ca 掺杂对低角 $YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$ 晶界的电磁、原子结构与化学变化

实用高温超导体必须进行纹理化处理以最小化临界电流密度 $J_{gb}$ 在误斜晶界处的降低。对 $YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$ 中 Y 部分取代 Ca 已显示出对 $J_{gb}$ 的显著改善，但其机理仍不明确。本文报告了对 $7^{\circ}$ $[001]$ 倾斜 $Y_{0.7}Ca_{0.3}Ba_2Cu_3O_{7-\delta}$ 与 $YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$ 晶界的原子尺度、结构和分析电子显微镜，结合传输测量。在晶界位错核心与其分离的情况下，我们表明由于在位错核心附近约 1 nm 尺度上的强烈非单调 Ca 掺杂和结构重排，导致载流子密度增强、$J_{gb}$ 提高以及超导性抑制减弱。我们提出 $Ca^{2+}$ 掺杂 solute 氛围在晶界应变和电场中的形成模型，表明 Ca 掺杂虽扩大了位错核心，却通过改善屏蔽效应和局部空穴浓度来增强 $J_{gb}$。