Свръхпроводимост (страница 1 от 3)
За историята на въпроса.[1]Феноменът на свръхпроводимостта е наблюдаван за първи път от Камерлинг-Онес в Лайден през 1911 г., три години след като той за първи път получава течен хелий.
Фигура 1 показва резултатите от неговите експерименти с живак. Трябва да се отбележи, че температурният интервал, в който съпротивлението намалява до нула, е изключително тесен.
Електрическото съпротивление в свръхпроводящо състояние е точно нула или поне толкова близо до нула, че не е наблюдавано намаляване на тока в свръхпроводящия пръстен повече от година до прекратяването на експеримента. Намаляването на свръхпроводящия ток в Nb0.75Zr0.25 соленоид е изследвано от File и Mils, които измерват магнитното поле, генерирано от свръхпроводящия ток чрез прецизен NMR. Те установиха, че времето на затихване на свръхпроводящия ток е поне 100 000 години. В някои свръхпроводящи материали, особено тези, използвани за свръхпроводящи магнити, са наблюдавани крайни времена на затихване поради необратимо преразпределение на магнитния поток в свръхпроводника.
Магнитните свойства на свръхпроводниците са толкова нетривиални, колкото и електрическите свойства. Нулевото електрическо съпротивление характеризира свръхпроводящото състояние доста добре, но не може да обясни неговите магнитни свойства. Експериментално е установено, че свръхпроводникът в слабо магнитно поле ще се държи като идеален диамагнетик, в чийто обем магнитната индукция е нула. Ако образец се постави в магнитно поле и се охлади под температурата на преход към свръхпроводящо състояние, тогава магнитният поток, който първоначално прониква в образеца, ще бъде изтласкан от него. Този ефект се нарича ефект на Майснер. Тези уникални магнитни свойства играятиграе важна роля в описанието на свръхпроводящото състояние.
Известно е, че свръхпроводящото състояние е подредено състояние на проводимите електрони на метала. Подреждането се състои в това, че електроните, които са свободни над температурата на преход към свръхпроводящо състояние, когато се охладят под тази температура, се свързват в двойки. Природата на процеса на образуване на електронна двойка е обяснена за първи път през 1957 г. от Бардийн, Купър и Шрифер.
Много метални елементи от периодичната система, както и сплави, интерметални съединения и полупроводници могат да преминат в свръхпроводящо състояниесъстояние. Съставът и свойствата на някои от тях ще бъдат разгледани по-долу.
Талийсъдържащи високотемпературни свръхпроводници, получени в присъствието на определени метални флуориди.[2]Относително ниските критични плътности на тока Jc на високотемпературните оксидни свръхпроводници (HTSC) са една от основните причини, възпрепятстващи практическото им приложение. Следователно търсенето на методи за синтез на свръхпроводници с повишени критични плътности на тока представлява несъмнен интерес. Един от начините за увеличаване на Jc на оксидните HTSC е въвеждането на различни модифициращи добавки в тях. По този начин, модификацията на талий-съдържащи HTSC с определени метални оксиди води до подобряване на критичните параметри. Известно увеличение на Jc беше наблюдавано преди това от нас [3, 4] в съдържащи талий HTSC, модифицирани с фино диспергирана платина.
След това разглеждаме характеристиките на синтеза, състава и свойствата на талий-съдържащите HTSCs, модифицирани със смес от бариев флуорид с метални оксиди, образувани директно по време на твърдофазов синтез, който се извършва съгласно схемата: Ba2 + xCa2Cu3Oy + ½ Tl2O3 + xMFn + 2NH4NO3 (868 - 872 ° C / 10 - 20 минути) Þ Tl1 223 + xBaF2 + xMO.
ТрябваТрябва да се подчертае, че излишъкът от барий x е необходим за поддържане на стехиометрията на свръхпроводящата фаза, тъй като бариевият флуорид, образуван в резултат на реакцията, го „извежда“ от системата.
Синтезът на проби от фазата Tl1223, модифицирана с различни количества BaF2 и метални оксиди, се извършва чрез въвеждане на съответното количество (x) метален флуорид, талиев (III) оксид и амониев нитрат в предварително приготвена смес. Зарядът се приготвя чрез бавна (4–6 часа) топлинна обработка на смес от меден оксид с бариеви и калциеви нитрати до температура 720°C.
Смес от заряд с талиев оксид, метален флуорид и амониев нитрат внимателно се хомогенизира в етанол и се изсушава при температура от 105 ° С. В сместа се въвежда амониев нитрат, за да се подобри хомогенизирането и задържането на талий в системата. Според спектрографски изследвания [5] взаимодействието на амониевия нитрат със сместа води до нейното разлагане със загуба на амоняк и образуване на Ca(OH)2 и Ba(NO3)2, като съответните реакции протичат без нагряване на смесите. Изсушените смеси се пресоват в таблетки под налягане от 2 t/cm2 и се отгряват при температура 868–872°C за 10–20 минути, последвано от охлаждане във въздуха. Поради обилното отделяне на газове, получените проби имат висока порьозност. За да се намали порьозността, те бяха подложени на сухо смилане, пресовани и повторно закалени при същите условия. По този начин получихме керамични проби Tl1223, използвайки следните метални флуориди: MFn = KF, MgF2, CaF2, BaF2 CaF2 (1:1), SbF3, (NH4)2BeF4, CdF2, MnF2, FeF3, CuF2, ZrOF2, GdF3, HoF3, PbF2, CoF2. Концентрацията x за повечето флуориди варира в диапазона 0,2 - 0,8.
Характерът на температурната зависимост на реалния компонент на динамичната магнитна чувствителност c в променливия магнитенполе с различна амплитуда показва, че по-голямата част от модифицираните по този начин проби Tl1223 и BaF2, образувани в резултат на реакцията по схемата: BaO + MFnÞ BaF2 + MO. Промяната в концентрацията на въведените флуориди води до промяна в съотношението на интензитетите на отражение, съответстващо на BaF2 и свръхпроводящата фаза.
Свойствата на този тип гранулирани HTSC могат да бъдат описани въз основа на модела на многосвързана мрежа от междугранулни връзки на Джоузефсън [6, 7], в която магнитната чувствителност може да бъде представена като сума от два приноса. Първият принос се дължи на проявата на обемна интрагрануларна свръхпроводимост, вторият, който силно зависи от големината на измервателното поле, се дължи на образуването на слабо свързана свръхпроводяща мрежа. В нашия случай, когато полето се увеличава, позицията на началото на прехода поради свръхпроводимост вътре в зърната остава практически непроменена. Разрушителният ефект на магнитното поле върху контактната система е по-малко забележим в случай на модифицирани проби. Следователно може да се предположи, че въвеждането на бариев флуорид в керамиката, заедно с метален оксид, променя качеството на слабите междугранулирани връзки. По този начин, модификацията на керамични талий-съдържащи HTSC с флуориди значително подобрява техните свръхпроводящи свойства. Това е характерно за всички проби, модифицирани с горните метални флуориди, където според рентгенофазовите изследвания се наблюдава образуването на бариев флуорид заедно с метален оксид.
От изследваните до момента системи се наблюдава различно поведение, когато Tl1223 се модифицира с оловни и кобалтови флуориди. При модифициране с оловен флуорид също се наблюдава преход на флуоридния йон към барий, но полученият оловен оксид реагира с калциев оксид. Повишаване на концентрацията на приложенитев системата на оловен флуорид практически не променя Tc. Наблюдавайки температурното поведение на магнитната чувствителност за някои проби, модифицирани с PbF2, трябва да се отбележи, че увеличаването на концентрацията на Ca2PbO4 практически няма ефект върху температурата на свръхпроводящ преход.
Микроструктура и свръхпроводящи свойства на легирана керамикаYBa2Cu3O7-d[8]s, междузърнести примеси и състав на границите на зърната. Въпреки голямото количество информация за заместванията на отделни катиони в решетката YBa2Cu3O7-d, ефектът от сложни замествания или добавки върху свръхпроводящите свойства на керамиката не е напълно предвидим, тъй като промяната в характеристиките не е адитивна и няма прости корелации. Изследвани са структурни, микроструктурни и свръхпроводящи характеристики на итриево-бариева купратна керамика с добавки от смес от оксиди Sc2-2SrO-3V2O5, съответстваща на системата от твърди разтвори (1-x)YBa2Cu3O7-d-x²ScSr2V3O11² (x = 0 - 0.15).
Керамичните проби са синтезирани от стехиометрични смеси от оксиди CuO, Sc2O3, V2O5 и карбонати BaCO3 и SrCO3. Синтезът и синтероването на пробите (с междинно смилане) се извършват на въздух при стандартни условия на термична обработка: T1 = 900 ° C (t = 26 h), T2 = 930–950 ° C (t = 45–70 h), последвано от бавно охлаждане със скорост ≈10 ° / min и допълнително задържане при 400 ° C (t = 10–20 h).
Пробите са изследвани чрез рентгенофазов анализ (XPA), електронна микроскопия (JEOL - 35CF), рентгенов микроанализ (MRSA), свръхпроводящХарактеристиките на проби под формата на дискове (с диаметър 9,4–10,3 mm и дебелина 2,8 mm), поставени в индуктор (15 mm в диаметър и 15 mm дължина), бяха измерени чрез индуктивен метод при променлив ток (f = 1 MHz) с помощта на измервателен уред E7–12. th фаза 123. Следи от примесната фаза Y2Ba2CuO5 бяха открити във всички проби, Ba Примесна фаза на CuO2 само при x £ 0,04. Съставът на примесните фази, които се появяват при x ³ 0,05, е определен по метода MRSA и съответства на твърдите разтвори Ba2(Cu,Sc)5Oy и Ba(Cu, V)2Oz. Очевидно тези фази съответстват на дифракционни пикове 2q = 27, 6 и 31 °, чийто интензитет се увеличава с увеличаване на x.