MgB2 초전도 분말의 열처리 조건에 따른 초전도 특성 변화 연구

Abstract

본 연구는 순수 MgB2 초전도 분말시료를 아르곤 (Ar) 분위기에서 열처리 온도 550 °C, 600 °C, 800 °C에서 각각 0.5 시간, 5 시간, 10 시간 동안 열처리한 후, 초전도 특성들의 변화들을 조사한 것이다. 엑스선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석 결과, 800 °C에서 10 시간 열처리한 시료에서 MgB4 등 불순물 상이 다소 나타남을 확인하였다. 한편, zero field cooling (ZFC) 하에서의 온도 (T)에 따른 자기모멘트(magnetic moment) m 커브, 즉 m(T) 측정으로부터 제작된 모든 시료의 초전도 임계전이온도(superconducting critical transition temperature, Tc)는 ∼39 K로 동일함을 확인할 수 있었다. 또한 자기장 변화에 따른 m 즉, m(H) 커브들을 온도 10 K, 20 K, 30 K에서 각각 얻었으며, 각각의 커브들로 부터 Bean 임계상태 모델을 이용하여 임계전류밀도(Critical Current Density, Jc) 값들을 계산한 결과, 열처리하지 않은 순수 MgB2 분말 시료가 가장 높은 Jc 값을 보였고, 800 °C 온도에서 10 시간 열처리한 시료에서 가장 낮은 Jc 값이 나타남을 확인할 수 있었다. 비가역자기장 (irreversibility field, Hirr) 특성 또한 800 °C 온도에서 10 시간 열처리한 시료에서 특성 저하가 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 열처리 과정에서 발생하는 결함에 의한 것으로 추정된다.

The variation of superconducting properties of pure MgB2 superconducting powder samples after a heat treatment in an argon (Ar) atmosphere at temperatures of 550 °C, 600 °C, and 800 °C for 0.5 h, 5 h, and 10 h were investigated. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that the sample heat-treated at 800 °C for 10 h exhibited some impurity phases, such as MgB4. According to magnetic moment versus temperature m(T) curve measurements under zero field cooling (ZFC) condition, it was confirmed that the superconducting critical transition temperature (Tc) of all prepared samples was the same at approximately 39 K. And magnetic moment versus magnetic field m(H) curves were obtained at temperatures of 10 K, 20 K, and 30 K, and then the critical current density (Jc) values were calculated by using the Bean critical state model. The pure MgB2 powder sample without heat treatment exhibited the highest Jc value, while the sample heat-treated at 800 °C for 10 h showed the lowest Jc value. The irreversibility field (Hirr) characteristics showed a deterioration in the sample heat-treated at 800 °C for 10 h. These phenomena can be resulted from the impurity phase such as MgB4.