
A 样品磁矩随温度的变化曲线如图 3A 所示。超导转变起始温度为 38.25 K,转变宽度很窄(\(\Delta T\)约 1 K)。如图 3B 所示,在低外加磁场 B 下,临界电流密度\(J_c\)几乎不随磁场变化;随着温度升高,该平台区间不断缩小。该特征说明样品的晶间连通性(致密度)优异,而晶间连通性是影响自场下临界电流密度的关键因素 23。
该规律可以用集体钉扎模型 24 很好地解释,对应单涡旋磁通钉扎区间的动力学状态。在该外加磁场区间内,这种磁通动力学特征表明,晶界处的纳米尺度缺陷发挥着重要作用。(图 2B)。当磁场进一步升高时,可由图 3B 曲线斜率变化确定从单涡旋 钉扎向小磁通束 钉扎转变的交叉场\(B_{sb}\)。图 3B 的插图给出了\(B_{sb}\)(单位 T),正如预期,该值随温度升高而降低。在更高外加磁场下体系进入磁通束钉扎区间,临界电流密度呈指数衰减 23。在该磁场区间内,材料中大量超细晶粒的晶界很可能主导了高场下的磁通钉扎行为 26。测试得到 20 K 自场条件下临界电流密度高达\(6.75 \times 10^5\ \mathrm{A/cm^2}\)。
值得注意的是,4 T 磁场下临界电流密度仍高于\(10^4\ \mathrm{A/cm^2}\),在该温度下属于极高水平。
另一种钉扎机制猜想:图 2A 中观测到的氧化镁析出相、富硼区域与二硼化镁基体之间产生的拉应力场起到钉扎作用。
该现象此前在 SiC 掺杂二硼化镁块材中已有报道 4,其 20 K、约 4 T 下的临界电流密度与本文结果处于同一量级。表 1 汇总了其他文献报道的未掺杂二硼化镁块材最优临界电流密度,同时关联对应样品的致密度与晶粒尺寸。对比上述文献结果,除高压制备(HP)样品 27,28 外,本文样品在低场、高场下的临界电流密度均实现显著提升。Prikhna 等人采用高压工艺得到的高临界电流密度 27,28 略优于本文结果,原因是其样品晶粒更细、致密度更高。