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GB／T 39843-2021 电子学特性测量 大面积超导膜的局域临界电流密度及其分布.pdf简介：

"GB/T 39843-2021 电子学特性测量 大面积超导膜的局域临界电流密度及其分布"是中国国家标准，其全称是《电子学特性测量方法 大面积超导膜的局域临界电流密度及其分布》。这个标准主要规定了如何测量和评估大面积超导膜（Superconducting Thin Film）的局域临界电流密度（Local Critical Current Density）及其分布的技术方法。

局域临界电流密度是超导材料的重要参数之一，它反映了超导体在局部区域承受电流的能力，对超导电子学器件的设计和性能评估具有重要意义。该标准可能包括测量设备的选择、测试条件的设定、数据处理与解读等详细步骤和方法，以确保测量结果的准确性和一致性。

总的来说，这份标准为超导材料的研究、生产和应用提供了一套科学、规范的测量指南，对于推动中国乃至全球超导技术的发展具有指导作用。

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电子学特性测量大面积超导膜的

图1为一个三次谐波电压测量方法的典型电路的示意图。该电路由信号发生器、功率放大器、测量 线圈电流的数字万用表（DMM）、降低基波信号的带阻滤波器、测量三次谐波电压信号的锁相放大器组 成。所涉及的单线圈法，其线圈可产生交变磁场并检测感应电压。这种方法也可以应用到双面超导膜。 然而在这里提及的方法中，需要一个额外的系统，以减小由信号发生器和功率放大器产生的谐波噪声电 14。如图1示例，加一个与样品线圈规格相同的线圈作为抵消线圈。样品线圈安装在待测超导膜样 品正上方；而抵消线圈下方放置一片。d值远大于待测样品的超导膜，其可将抵消线圈的电感调整到 等于样品线圈的电感。线圈和超导膜都浸没在液氮中（图1中虚线内）。其他可选的测量系统参见附 录B。 注：在这个电路中，当使用表1（参见6.5)线圈1或线图2时，为了测量J。d~10kA/m的超导膜，需要线圈电流有 效值约0.1A和电源电压有效值大于6V。要提供这么大的电流和电压，有必要使用功率放大器，例如 NF:HSA4011

确，线圈必须远离超导膜的边缘。最初Claassen等人在文章中建议，为了避免边缘效应，线圈的外径应 小于超导膜宽度的一半[10]。然而，最近的有限元法数值计算表明，在Z，=0.2mm时，外径5mm的线 圈仍可正确测量宽度小至6mm的超导膜[27]。附录D中的D.6所述的实验结果表明，当线圈外围离超 导膜边缘0.3mm时，采用线圈2或3（表1）都可以获得精确的测量。考虑到线圈本身0.1mm~ 0.2mm的不确定度，当使用外径为2mm～5mm的线圈时，线圈的外围应离超导膜边缘超过0.5mm。

湿气和水有时与YBCO超导膜中的锁原子反应， ，导致超导性能恶化。如果YBCO超导膜测量后还 需要使用CJ∕T 208-2005可曲挠橡胶接头，它们应在无湿气的环境（如真空或He气中）恢复到室温，以避免性能下降。也能对样品施加 一些保护措施。用厚度小于几微米的有机涂层保护样品，既不影响测量结果，之后又能去除，

如果可以，测试样品应按以下内容进行标识： 样品制造商的名称； 分类； 批号； 超导膜和基底的化学组分； e) 超导膜厚度和粗糙度； 超导膜制备工艺。

如果可以，测试样品应按以下内容进行标识： 样品制造商的名称； b) 分类； 批号； d) 超导膜和基底的化学组分； e) 超导膜厚度和粗糙度； 超导膜制备工艺

报告应包括以下的测试条件： a) 温度（大气压下或液氮压强下）； b) 直流磁场（如果施加）； C) 测试频率； d) 冰层的可能影响； e) 样品线圈规格； 隔离膜厚度

报告应包括以下的测试条件： a) 温度（大气压下或液氮压强下）； b) 直流磁场（如果施加）； c) 测试频率； 冰层的可能影响； e) 样品线圈规格； f) 隔离膜厚度

测量大面积高温超导膜局域I.的其他方法的评

附录A （资料性附录） 第1章～第8章的相关附加信息

通过交流感应无损测量天面积超导膜局域丁。的方法有多种L0 门，其中一些是探测三次谐波电压 Uscos(3ot十0)[10.11.17]，另外一些则是测量基波电压[12.13]。在这些感应测量方法中，通过向超导膜正上 方的一个小线圈施加交流电流1。coscot从而产生交变磁场，并根据磁场完全穿透超导膜时的线圈电流 阐值It，计算得到J。14}。当电流I。

.2.1三次谐波电压产生

这重，我们描述超导膜对置于其上方的载流线圈的响应汀。一片厚度为d且沿3y平面无限伸展 的超导膜，位于一d<<0，上表面在=0的ry平面，下表面在=一d。驱动线圈相对轴轴对 称，线圈位于圆柱坐标（r，，）中的R,

判据来确定，例如Us/fI。=2μ2·S。同时要注意的是，这种标度行为是J。d测量的基础，在6.2～6.4 中描述了标准样品（校准晶片）.d测量的过程

A.6可逆磁通运动的影响

临界态经常用于描述超导体的大部分电磁特性。然而，在临界态中，磁通运动被假设为完 全不可逆的。因此，如果磁通线的位移限定在钉扎势阱，磁通运动包括可逆运动，则基于临界态的 负测结果将不甚理想。例如，极细丝多芯锯钛复合线的单位体积交流损耗能量密度随丝径的减小而急 剧下降，偏离临界态的预测[31]。超导体交流磁化率的虚部也比临界态预测的要小[32]。对于 当前测量，据报道，在较高磁场时临界电流密度被高估[33]。本条将描述可逆磁通运动的影响。 当超导膜的厚度等于或者小于Cambell交流穿透深度

GB 50288-1999 灌溉与排水工程设计规范Baf 2元u0J。

可逆磁通运动变得显著，&是类磁通间距。因此，在高场和/或高温条件下，J。减小并观察到可逆 磁通运动的影响。在当前测量中，由样品线圈产生的磁场处于非常低的水平。在J。=101°A/m°， B=0.01T时，入。估计为140nm，远小于超导膜典型的厚度300nm。然而，当J。=10°A/m²时，入。为 440nm，意味着超导膜的厚度必须超过880nm。因此，最好是根据J。估计入。，确认当前测量中可逆磁 通运动不显著，即满足入。

附录B （资料性附录） 可选的测量系统

附录B （资料性附录） 可选的测量系统

如5.1所述，为准确测量U3，有必要采用一个合适的系统来降低信号发生器和功率放大器产生的 谐波噪声电压。在5.1（图1)中所提出的标准方法是，加一个规格与样品线圈相同的抵消线圈，放置在 一片天J。d超导膜上，用于补偿谐波噪声电压。虽然使用带有大J。d膜的抵消线圈是补偿谐波噪声电 压最推荐的方法，但使用无超导膜的抵消线圈也可以有效减低U的噪声[35]。由于来自电源的U噪声 与样品线圈阻抗成正比，当线圈电感小于电阻时，这种方法很有效。例如，在一个典型的线圈中，如6.5 表1)中的线圈1，在77.3K时的电阻与3f=3kHz时的电抗相似。由于超导屏蔽电流导致的自感降 低约为1/3；这种情况下，U的噪声将减少至20%以下。因为电流阈值1，应该使用恒电感判据，2元L Us/fI。=常量（见6.2.3和6.4），如果谐波噪声电压与频率弱相关，则低频时U：噪声的影响更严重 因此，使用无大J。d超导膜的噪声抵消方法可以作为一种简单方法。一些谐波噪声抵消的例子参见 B.2。 另外一种补偿谐波噪声电压的技术是使用可变电阻和可变电感线圈模拟样品线圈的自感和电阻 如图B.1所示[18.19]。一对同轴相互靠近放置的线圈Lva和Lvb，它们的电感调整至与Ld相等。电感和 电阻Rva、Rvi与样品线圈串联，抵消电路的阻抗Z。和Z，调整到与样品线圈的阻抗Z。相等。 第三种降噪方法是采用两个线圈，驱动线圈和绕在其外部的另一个探测线圈，如图B.2所示。驱动 线圈产生交变磁场，测量探测线圈中产生的三次谐波电压。由于探测线圈中无电流流动，来自电阻的 J：噪声可以消除。这种方法对于电阻超过电感的小的驱动线圈是有效的。相比于采用抵消线圈的方 法，其主要优点是电路简单

B.2电源产生的谐波噪声和降噪

1995年，包括国际电工技术委员会（IEC)在内的多个国际标准组织决定在他们的标准中统一规范 更用统计术语，将“不确定度”用于所有定量（与数值有关）的统计表示，取消用“精密度”和“准确度”的定 量表示。“精密度”和“准确度”仍然可以定性使用。统计术语和不确定度评定方法的标准参见文献[36]。 IEC现有标准和未来标准的制修订中是否采用不确定度表示方法，由IEC各技术委员会（TC)决 定。这项更改工作推行起来并不容易，尤其对那些不熟悉统计学以及不确定度术语的用户来说，这种更 改可能会带来困惑。2006年6月，超导技术委员会（TC90）在日本京都召开的会议上决定在标准的制 修订中采用不确定度表示方法。 将“精密度”和“准确度”转换成“不确定度”要求对数值的来源有所了解。扩展不确定度的包含因子 可能是1，2，3或者其他数字。厂商说明书给出的数据一般可视为均匀分布，会导致一个的转化系数。 在将原数值转换成相应的标准不确定度时，应选用适当的包含因子。这里对转换过程进行详细解释，旨 在告知用户在这个过程中相关的数值之间是如何转换的，并非要求用户都照此处理。转换成不确定度 术语的过程不影响用户评定其测量的不确定度是否符合本标准。 基于召集人的工程判断和误差传递分析，TC90测量标准中给出的规范是为了限制任何影响测量 的量的不确定度。如有可能，标准对某些量的影响做简单限制，因此不要求用户评定这些量的不确定 度。标准的总不确定度由实验室间比对来确认

统计学定义出自参考文献[36一38]。要注意的是CJ∕T 203-2000无堵塞泵 标准免费下载，并非本标准提到的所有术语都在参考文献[36] 中有明确定义。例如，参考文献[36]中使用的“相对标准不确定度”和“相对合成标准不确定度”（参考文 献[36］的5.1.6和附录J)并没有正式定义[38]。

C.3不确定度概念的考虑