氧化物薄膜的高热稳定性能及其在晶体生长中的应用

姚 忻， 钱 俊， 徐家跃

（1.上海交通大学物理与天文系，上海 200240；

2.上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海 201418）

氧化物薄膜的高热稳定性能及其在晶体生长中的应用

姚 忻1， 钱 俊2， 徐家跃2

（1.上海交通大学物理与天文系，上海 200240；

2.上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海 201418）

通常过冷液态可作为亚稳态存在而不发生凝固，但实现高于熔点的过热却非常困难. REBa2Cu3O7-y（REBCO）薄膜过热性能的发现突破了传统理论对过热现象的认识，掀起了相关课题的研究热潮，激发人们在应用上实现它的实用价值.简单介绍了REBCO超导薄膜的过热现象、物理机制，着重综述了其在超导材料生长应用领域的重要结果和最新进展，为新型高热稳定性薄膜结构的探索提出了一种新思路，为籽晶诱导生长高熔点材料提供了一种新途径.

REBCO超导体；薄膜；过热现象；晶体生长；籽晶材料

固体熔化是自然界中的一种常见现象，通常低于熔点的过冷液态可作为亚稳态存在而不发生凝固，但实现高于熔点的过热却非常困难.近年来通过包裹以抑制表面熔化形核，一些研究者报道了由此导致的过热现象及微观机制的重要成果.1986年，Daeges小组［1］首先在过热上取得了先驱性的重要发现：通过将微米银颗粒包裹在具有相对较高熔点的金基体中，银颗粒可以在高于熔点25°C的温度下保持1 min不熔化.2000年，Zhang等［2-3］讨论了一种“三明治”结构的二维金属薄膜（Al／Pb／Al薄膜）中的过热现象及机理.这些成果突破了传统理论对过热现象的认识，掀起了相关课题的研究热潮.在理论上深入探索过热现象的微观机制，在实验中寻找具有高过热能力的新颖材料结构，并在应用上实现其价值是材料学家十分关注的问题.

通过液相外延生长和高温金相显微镜原位观察实验，Yao等［4-5］首次证实并报道了具有高过热性质的新颖结构——沉积在MgO单晶衬底上的（001）取向的YBa2Cu3O7-x（YBCO，Y123）薄膜，其过热能力高达几十K，确定了该种高热稳定性能起因于其独特的低表面能（001）显露面和薄膜／基板间低能界面.首先，YBCO氧化物晶面具有各向异性，薄膜的（001）表面是晶体的低能面，具有更高的热稳定性，熔化形核需要更高温度；其次，由于REBa2Cu3O7-y（REBCO，RE123）薄膜与单晶基板间的半共格关系，形成了低能界面，这对于抑制界面上熔化分解的异质形核非常有利.通过对该类材料的熔化现象和过热机制的深入系统研究，该研究组解释了包晶分解相生长动力学引起的不同系统REBCO薄膜材料间热稳定性的差异［6］；证实了不同基板上YBCO薄膜的普适过热效应［7］；发现YBCO／LAO（La Al O3）薄膜高达100 K的深过热性质（迄今有关过热的报道，观测到的记录仅十几K）；原位观察到Y123→Y2O3（Y200）+L的非平衡相转变［8］.

超导现象作为20世纪最为重要的发现之一，在科学和技术上都具有很大的意义，长期以来都是物理学家研究的热点［9］.在Y-Ba-Cu-O体系中发现的超导转变温度高达93 K的Y123材料［10-11］，首次将超导转变温度提升到了液氮温度以上，让人们看到了超导材料实现应用的希望.由于REBCO超导体的完全抗磁性和高冻结磁场等特性，使其在超导电机、磁悬浮输运、超导储能和轴承等方面有着非常广阔的应用前景，因而备受研究者的关注［12］.作为应用的必然前提，高性能的REBCO块材制备是必须解决的问题.对于超导块材，无论用于科学研究还是商业应用，一般都期望获得较大的尺寸、较高的超导转变温度（Tc）和临界电流密度（Jc）.

由于REBCO在高温下发生的是非一致熔融，即RE123相在高温下会分解形成RE2BaCuO5（RE211）高温相以及Ba-Cu熔体.根据这一特点，Jin等［13］发明了一种熔融织构法（Melt-texturedgrowth，MG）用于制备高性能的REBCO块体材料.该方法先将预先烧结好的RE123相和RE211相粉末按照一定比例混合好，并压制成圆柱片状块体；通过加热升至包晶反应温度（Tp）以上几十K（生长流程中的最高温度，Tmax）并保温，使块体完全包晶熔化，分解成RE211高温相和Ba-Cu液相；再快速降至包晶温度，并通过缓冷，在籽晶材料诱导下，RE211和液相通过上述包晶反应的逆反应，生长出具有c轴取向的单畴RE123超导块体材料.

在MG过程中，籽晶技术对生长优质高温超导单畴块材至关重要，有2种通常应用的模式：热籽晶法［14］和冷籽晶法.热籽晶法需将籽晶在高温下放置于半熔融的粉末上，该方法很容易获得单畴结构，且对籽晶的耐高温要求相对较低；但由于其操作和设备的复杂性以及很难保证籽晶放置在生长面的正确位置，因此该类方法并不适合于工业化大规模生产.冷籽晶法是在室温下将籽晶预先放在样品上的方法［15］，其生长过程如图1所示.冷籽晶法操作相对比较方便，对籽晶的热稳定性要求高，必须能承受Tp以上几十K的高温熔化过程.通常对REBCO系列块材生长的普适籽晶材料应具有如下性能：诱导c轴外延取向的能力、无污染、高热稳定性并适合规模制备的冷籽晶法.对高熔点和高超导性能的SmBCO、Nd BCO块材生长，探索理想的普适籽晶是科学家面临的重大难题［16］.

图1 冷籽晶法生长REECO块材示意图Fig.1 Schematic diagram of cold-seeding growth of REECO bulks

一些重要REBCO材料的熔点、超导转变温度以及临界电流密度［17-20］如表1所示.首先，在REBCO超导系统中，LREBCO（LRE为轻稀土元素，Nd，Gd，Sm）材料比YBCO具有更好的超导性能，但它们的熔点较高.因此，探索高热稳定性的籽晶材料是生长LREBCO块材的长期难题.Yao研究组关于REBCO薄膜具有过热特性的发现，为生长超导块体提供了一个潜在的籽晶选择.本文结合REBCO薄膜的高热稳定性，综述了其作为籽晶在REBCO高温超导体生长方面的研究进展、重要应用以及一些关键问题，展示了氧化物高热稳定性薄膜作为籽晶材料对晶体生长的重要意义.

表1 一些重要REECO材料的熔点及其超导性能Tab.1 The melting point and superconducting properties of various REECO materials

1 REECO薄膜的高热稳定性能及其在晶体生长中的应用

1.1 过热薄膜籽晶同质外延诱导生长超导单晶块体

REBCO薄膜的高热稳定性在理论上为生长REBCO超导体提供了潜在的籽晶选择.为了探索REBCO薄膜在REBCO超导块材生长中的实际应用，需要进行生长试验以验证REBCO薄膜作为籽晶材料的可能性.

2005年，Tang等［21］首次报道了利用YBCO／Mg O薄膜作为籽晶采用冷籽晶法成功生长c轴取向YBCO块材.作为籽晶的YBCO薄膜显示了卓越的过热特性，在承受了高于其包晶反应温度40 K的高温下，经过长达1.5 h的停留后，诱导生长出了YBCO单畴块材.生长的YBCO块材光学形貌图如图2所示，由图可见，样品呈现标准的单畴c轴取向正方形生长，4条生长脊线清晰可见.Tang等的工作从实验角度证实了YBCO薄膜作为籽晶生长同质超导体的可行性.

图2 以YECO薄膜作为籽晶生长的YECO块材光学形貌图Fig.2 Optical top view of an YECO bulk material seeded by an YECO thin film

值得注意的是，该实验与以往的高温光学显微镜（High Temperature Optical Microscope，HTOM）实验［22］和YBCO诱导Nd BCO生长（YBCO Seeded Nd BCO Growth，YSNG）实验［4］有显著的不同，即薄膜在高温状态下经历了相当长的一段时间（1.5 h）.籽晶薄膜如何能够在过热状态下保持如此长的时间引起了人们极大的兴趣.汤晨毅等［23］认为主要原因之一是薄膜表面YBCO晶粒的粗化现象.粗化现象在材料生长中十分常见，一般表现为尺寸较大的颗粒长大，而尺寸小的颗粒溶解消失.当薄膜与熔体发生长时间接触时，薄膜表面的晶粒就会发生粗化，粗化的结果就导致了薄膜上晶粒间的晶界减少.由于熔化形核容易出现在晶界等能量高的区域，故晶界的减少可以抑制熔化形核的发生，提高薄膜的过热性能［24］.

在REBCO系统中，SmBCO等超导体具有高超导性能、高熔点特征.如果利用REBCO薄膜作为籽晶可以有效地生长出具有优良性能的超导体，那么推广REBCO薄膜冷籽晶法有着重要意义.Oda等［25］使用Sm BCO薄膜籽晶成功在低氧分压环境下生长出了直径为30 mm的大尺寸SmBCO块体材料（见图3）.对获得的Sm BCO大单畴块材的性能测试表明，其捕获磁场高达1.52 T，Tc为94.8 K.与以前报道过的用热籽晶法生长的SmBCO块材相比（36 mm尺寸下捕获磁场1.7 T，Tc为94.8 K），具有相近的性能，表明利用REBCO薄膜籽晶生长REBCO超导体是切实有效的.

图3 用SmECO薄膜籽晶生长的SmECO块体材料顶部光学照片Fig.3 Top view of SmECO bulk materials seeded by using SmECO thin film

尽管REBCO薄膜籽晶具有过热性能，能够同质诱导生长出大尺寸的具有优良性能的REBCO材料，但由于它外延生长于Mg O基板上，熔融织构块体生长过程中难免会引入Mg的污染，从而影响材料的局部性能.为了缓解Mg O基板对生长块材的污染，Li等［26］在制备过程中使用了中间隔离保护层技术，即将一个微型块体置于籽晶与块体前驱体之间（见图4）.有、无保护层对于块体Tc的影响如图5所示，由图可见，无保护层时，Sm BCO薄膜籽晶直接接触样品，Mg O基板中的Mg元素对块材造成污染，降低样品的Tc性能，临近籽晶A处的Tc转变宽度远大于远离籽晶的B和C处.添加保护层后，籽晶引起的污染被其吸收.与无保护层的样品相比，有保护层样品同样位置的A处Tc转变宽度与远离籽晶的B和C处差异很小.这证明了保护层有效地解决了籽晶对块体材料的污染问题.此外，保护层可经由解离轻易去除.

图4 中间隔离保护层技术示意图Fig.4 Schematic diagram of the bulk growth by the film-seed with a buffer layer

图5 有、无保护层YECO块材的Tc测试样品位置和测试结果Fig.5 Schematic drawings of the locations where the small specimens for magnetization measurements were taken from the YECO bulk material and the temperature dependence of magnetization of specimens

1.2 引入中间层提高薄膜籽晶热稳定性及其应用

REBCO薄膜籽晶由于其过热性质，且不存在晶格失配问题，作为籽晶被广泛地使用在诱导REBCO块材中，进一步提高REBCO薄膜籽晶的过热温度对REBCO块材生长来说有着极其重要的意义.由于NdBCO是常用REBCO材料中Tp值最高的材料，故目前普遍使用的REBCO薄膜籽晶主要为NdBCO薄膜，即NdBCO／Mg O薄膜.NdBCO／Mg O薄膜在熔融织构生长中一般能承受的Tmax约为1 100°C，能基本满足REBCO体系中大部分超导块体的籽晶需求.但对于生长Sm BCO、NdBCO等REBCO单晶块材来说，NdBCO／Mg O薄膜的热稳定性并不能完全满足要求.因此，人们针对进一步提高薄膜热稳定性展开了许多探索.

注意到，Nd BCO／Mg O薄膜无法取得较好的面内取向，对Nd BCO薄膜的过热性能起到了负面作用，因此在薄膜制备中，通常采用加入中间夹层的方法来缓解晶格失配从而获得较高的面内取向.在REBCO系列薄膜中，YBCO薄膜的制备工艺成熟，与基板的晶格失配较小.Ceraco公司利用YBCO的这个优点，将其作为中间夹层引入到NdBCO薄膜中，形成Nd BCO／YBCO／MgO结构［27］.NdBCO／MgO薄膜的极图如图6（a）有示，由图可见，在4个最强峰附近±17.5°都出现一些卫星“峰”，显示了较差的面内取向.NdBCO／YBCO／MgO薄膜的极图如图6（b）所示，图中只出现了4个最强峰，清晰地显示出了取向的四对称性，表明了Nd BCO／YBCO／Mg O薄膜极好的面内取向.由于缺陷处的高能量，熔化往往先发生在缺陷处，故薄膜的面内取向的改善能进一步提高热稳定性［28］.

一些REBCO薄膜能承受的Tmax以及其Tp如图7所示，由图可见，NdBCO／YBCO／Mg O结构的Tmax高达1 120°C，是目前为止所知的薄膜籽晶中Tmax最高的一种.利用熔融织构法生长REB-CO块体材料单畴，生长温度程序中的Tmax起着消除自发形核杂质相，以及扩大生长区间的作用.Tmax的值越高，则单畴生长的温度区间就越大，更利于生长大尺寸的REBCO块材单畴［29］.因此，Nd BCO／YBCO／Mg O结构可承受超高的Tmax，对于生长SmBCO、Nd BCO，以及再生长废弃的REBCO块材有着巨大的优势.

图6 NdECO／MgO和NdECO／YECO／MgO薄膜极图Fig.6 X-ray pole figures of NdECO／MgO and NdECO／YECO／MgO thin film

图7 各类薄膜籽晶的Tp以及TmaxFig.7 Tpand Tmaxof various film seeds

RE和Ba的替代，以及高的包晶反应温度是制约SmBCO和Nd BCO这2类块材制备的两大障碍.传统的制备方法需要在低氧分压下生长，以达到抑制RE和Ba的替代效果，但制备方法复杂.Peng等［30］利用高热稳定性的NdBCO／YBCO／MgO薄膜，使用更高的Tmax，实现空气中生长SmBCO块材，简化了制备流程，降低了制备成本.同时，在前驱粉体中引入富钡Sm242相，能有效地抑制Sm和Ba的替代，实现在空气气氛下得到高Tc的SmBCO块材.

REBCO块材常规的MG批量生长工艺失败率达30%，严重限制了其大规模的利用［31］.若能对生长失败的废弃REBCO块材加以再回收利用，为节约成本、得到更高的资源利用率具有积极作用.Xu等［32］利用NdBCO／YBCO／Mg O薄膜作籽晶，使用1 115°C的Tmax，成功地通过再生长回收废弃的YBCO块材，过程简单可行.再生长得到的样品的Tc在90 K附近，且Tc曲线的转变宽度较窄，显示了良好的超导性能，说明回收得到的块材超导性能良好.

1.3 薄膜热稳定性时间承受极限及多层单晶块体的批量生长

在不久的将来，超导磁体［33］有望在工业上取得应用从而进入商业市场，这推动了人们对REBCO块材批量生长的探索.批量生长REBCO块材既能够得到性能均一稳定的超导块材，又能够大幅度降低成本，因此在实际应用中具有重要意义.通常情况下，一炉只生长一层样品［34-36］，如果能够进行多层生长，则可以更加充分地利用生长炉内的空间，进一步降低成本.

Yu等［37］利用NdBCO薄膜作籽晶，双层碳化硅板作支架，在单一底部加热、单一热电偶控温的马弗炉内成功批量生长了两层YBCO超导块材，该生长过程的温度加热程序如图8所示.由图明显可见，对于同一个加热程序，上下两层样品的实际生长阶段是不一样的，下层样品承受到的温度比上层样品高15 K，上层样品的生长要早于下层样品，下层样品必须等待很长一段时间才能开始生长，这对籽晶的过热能力提出了相当高的要求.薄膜籽晶在熔融状态的样品上能够有如此之长高温停滞时间的原因如图9所示.在加热开始阶段，晶粒粗化效应和YNdBCO混合体系的形成占主导地位，增强了薄膜的热稳定性.随加热过程进行，当达到一个临界点时，薄膜的溶解和扩散效应开始占主导地位，薄膜就会熔化.评价籽晶的高热稳定性有2个重要的指标：一是籽晶能够承受的最高温度，二是籽晶在高温下的时间承受极限.Yu等的工作不仅在应用上实现了多层批量生长，而且在理论上解释了薄膜籽晶热稳定性时间承受极限的问题.

图8 REECO生长温度加热曲线Fig.8 Temperature profiles of REECO bulk growth

图9 影响薄膜热稳定性的2个因素Fig.9 Schematic illustration of the factors affecting the thermal stability of film-seeds

1.4 薄膜基板排列方式对多籽晶超导单晶块体生长和性能的影响

虽然顶部籽晶熔融织构法（Top Seeded Melt Growth，TSMG）［38-39］被发展成为制备REBCO单畴块材的一种有效工艺，但由于RE123生长速率较低，得到大尺寸的超导块材需花费较长时间；而过长的生长时间会导致自发形核、第二相RE211晶粒粗化等问题.目前，解决超导块材过长的生长时间的制备工艺主要有多籽晶熔融织构法（Multi-seeded Melt Growth，MSMG）［40］和焊接法［41］.其中，MSMG法通过在先驱体熔融前，在上表面同时放置多个籽晶，以达到多个籽晶同时诱导单畴生长的目的.通过调节籽晶在先驱体上表面的放置方式可以调控晶界的连接方式，进而实现单畴间的“干净”晶界，提高块材的整体性能［42-43］.

籽晶在先驱体上的排布方式可以分为2类：一类是呈0°放置，另一类是呈90°放置.Li等［44］采用2种不同排布方式生长的YBCO块材如图10所示. YBCO薄膜籽晶成功诱导出Y123晶粒，并在样品的中心区域形成了晶界.其中图10（a）呈0°放置，展现出（100）／（100）晶界；图10（b）呈90°放置，展现出（110）／（110）晶界.

图10 2种晶界的YECO超导块体材料Fig.10 Photographs of the top surfaces of YECO superconducting bulk materials fabricated withФ=0.and 90.

2种晶界处微观结构如图11所示，由图明显可见，与（100）／（100）晶界相比，（110）／（110）晶界是一个含较少残留熔体的“干净”晶界.当籽晶按（100）／（100）晶界排列时，2个YBCO晶粒的生长界面是平行的，当2个晶粒相遇时，由于晶界处是钡缺失的熔体，故无法形成Y123相，于是形成了具有较多残留熔体的晶界.但当籽晶按（110）／（110）晶界排列时，2个YBCO晶粒的生长界面是非平行的，晶界处的凝固过程得以充分完成，包裹的残留熔体大量减少，由此形成了“干净”的晶界.

图11 2种晶界处的微观结构Fig.11 Microstructure of the grain boundaries of the samples fabricated withФ=0.and 90.

图12 所示为传统的四籽晶对称排列诱导生长块材示意图.由图可见，随着单畴的外延生长，对于对称的（100）／（100）和（110）／（110）排列方式，在样品的晶界处有大量残留的非超导相熔体，使REBCO块材的冻结磁场在其晶界处出现一定程度上的衰减，最终导致块材整体性能的下降［45］.Cheng等［46］改进的籽晶非对称（110）／（110）排列方式如图13所示，两两相邻的籽晶间距为2 mm，两两相远的籽晶间距为14 mm，最终成功生长了直径为42 mm的Gd BCO超导块材.由图可知，两两相近的籽晶各自诱导单畴生长，在生长前沿相遇，沿着箭头方向排出残留熔体，实现诱导生长图中所示的晶界“干净”的灰色单畴区域；灰色单畴在生长前沿相遇，沿上、下箭头方向排出残留熔体，最终形成晶界“干净”完整的REBCO单畴块材，从而提高块材的整体超导性能.

图12 传统四籽晶对称排列诱导生长块材的示意图Fig.12 Schematic illustration of the growth process using a symmetrical arrangement of multi-seeds

图13 非对称四籽晶排列诱导生长的GdECO块材及籽晶排列示意图Fig.13 A Gd ECO bulk material fabricated by MSMG using an asymmetric four-seed arrangement

图14 四籽晶非对称排列诱导42 mm直径的Gd ECO块材及生长面示意图Fig.14 Top view of a GdECO bulk material seeded by MSMG using an asymmetric arrangement of four-seeds

Cheng等［46］在四籽晶非对称（110）／（110）的排列方式诱导生长GdBCO超导块材中注意到一个特别的实验现象，如图14所示，所得的样品右侧双籽晶诱导的单畴尺寸明显大于左侧.仔细观察发现，由于GdBCO先驱体在熔融和结晶过程中出现变形进而导致左侧的两两籽晶排列偏移（110）／（110）取向.进一步的研究发现，左、右两侧的单畴尺寸差异应归因于不同晶面的生长机制差异［47］.2组双籽晶排列的诱导生长示意图如图15所示，左侧双籽晶形成的生长晶面为（100）和（010），进而沿该生长面向外外延诱导.而右侧双籽晶形成的生长晶面为（100）、（010）和（110），其中（110）是高指数面，具有较快的生长速度，从而导致菱形的非平衡生长晶面的出现.由于该晶面并非REBCO体系的稳定几何面，（110）面继续快速生长，最终重新诱导生长正方形的单畴块材.合适的籽晶排列方向可以诱导出（110）快速生长面，从而明显提高REBCO超导块材的单畴生长，进而实现大尺寸和高性能REBCO高温超导块材的快速生长.相较于晶体籽晶，薄膜籽晶更易于进行精确的定向，这对于在MSMG过程中，精确地进行籽晶排列，从而形成“干净”晶界、诱导出快速生长面，具有非常明显的优势.

图15 2组双籽晶排列的诱导生长示意图Fig.15 Schematic illustration of growth evolution corresponding to the two growth modes

图16 利用不同尺寸的籽晶诱导YECO晶体的生长示意图Fig.16 Schematic illustration showing growth modes of YECO crystals induced by a small and a large seed，respectively

1.5 大尺寸薄膜籽晶诱导大尺寸c轴取向生长畴

通常来说，使用顶部籽晶熔融织构法制备的块材，根据主导生长方向，在籽晶诱导下，具有5个特定方向的生长畴，其中4个a轴取向生长畴（a畴）和1个c轴取向生长畴（c畴）.对于整个块体本身来说，拥有较大c畴的块材将具有更高的磁悬浮力和冻结磁场.因此，通过制备大c畴取向的块材，优化YBCO块材的制备流程使其具有更优越的超导性能是十分有必要的.利用不同尺寸的籽晶诱导YBCO晶体生长示意图［48］如图16所示，由图可见，不同大小的籽晶诱导出不同比例大小的c畴，由此可知，大尺寸籽晶诱导生长的方法可以制备出拥有较大c畴体积分数的大尺寸晶体，因此在制备优良性能块材方面被广泛考虑.

对此，一些科研工作者利用大尺寸块材籽晶分别尝试生长了大尺寸c畴的YBCO、Gd BCO以及SmBCO［49-51］.但是生长过程中的Tmax不高，这对生长极为不利.另外，制备大尺寸块材籽晶的过程复杂而又费时.相比之下，大尺寸、高质量的薄膜籽晶却可以通过商业手段获得，而且具有超高的Tmax，这为大尺寸c畴生长提供了极大的便利.利用一系列不同大小的薄膜籽晶诱导生长的YBCO样品如图17所示，由侧面图可知，c轴方向都生长完全，大籽晶尺寸诱导的块材具有较大c畴.根据几何示意图可以确定三角区域即为c畴在外侧表面的截面，能够反映c畴大小.由籽晶尺寸控制样品c畴大小的设想得到了验证.

图17 不同尺寸的NdECO薄膜籽晶诱导的YECO晶体俯视及侧视图Fig.17 Top and side views of YECO grown c-axis oriented crystals induced by NdECO film seeds with different sizes

2 结论与展望

熔化已有了上百年的研究历史，主要集中于金属材料.REBCO氧化物薄膜高热稳定性的发现，为寻找新颖过热材料进而研究其结构提供了新思路.氧化物材料普适性地具有各向异性的表面能，由此导致热稳定性的各向异性.因此，选择物质的低能面以及合适的薄膜／基板结构，就有可能获得类似于REBCO薄膜具有高热稳定性的氧化物薄膜.由此为众多功能氧化物材料生长提供了新的籽晶来源，为生长大尺寸、性能良好的晶体材料奠定基础.

研究REBCO薄膜作为籽晶在晶体生长方面的应用，不仅有利于REBCO超导块材制备技术的发展，同时也为其他功能氧化物的生长提供了借鉴经验和参考价值.未来，通过过热理论寻找具有高热稳定性的氧化物薄膜，在应用上都可以借鉴上述REBCO薄膜籽晶成功的众多实例，这大大缩短了后期的探索之路.进一步，REBCO薄膜不仅可用于诱导REBCO晶体生长，在晶格参数适配的条件下还能生长组分与之完全不同的氧化物材料（如铌锌酸铅-钛酸铅），这极大地扩展了高热稳定薄膜的应用范围.由此，从新概念到新应用，REBCO薄膜高热稳定性研究对晶体生长科学具有重要的普适意义.

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（编辑 吕丹）

Superheating of Oxide Thin Films and lts Applications in Crystal Growth

YAO Xin1， QIAN Jun2， XU Jiayue2
（1.Department of Physics and Astronomy，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China；2.School of Materials Science and Engineering，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China）

Unlike undercooling phenomenon in the liquid phase，it is difficult to achieve a superheating status.Researchers have reported the superheating of REBCO thin films，which broke through the conventional superheating theory and opened up new horizons on this field.The superheating of REBCO thin films and its physical mechanism were briefly introduced，a series of significant results and latest progress in bulk growth were summarized in great detail.The study of REBCO thin films superheating points out a new approach to explore the novel structure with high superheating capability and provides a new option to cultivate seed materials with high melting point by using film-seeds.

REBCO superconductor；thin film；superheating phenomenon；crystal growth；seed material

O 4；O 7

A

1671-7333（2015）04-0311-10

10.3969／j.issn.1671-7333.2015.04.001

2015-06-01

姚 忻（1955-），男，教授，博士，主要研究方向为REBCO高温超导体晶体生长理论和应用.E-mail：xyao＠sjtu.edu.cn