Оглавление
Введение..................................................................6
Актуальность темы..........................................................6
Цель работы................................................................7
Научная новизна............................................................8
Практическая значимость работы.............................................8
Апробация работы...........................................................9
Публикации...............................................................10
Структура диссертации.....................................................10
Глава 1. Литературный обзор .............................................12
1.1. Особенности температурных зависимостей и температурных свойств Bi-ВТСП......................................................................12
1.2. Кристаллические структуры BTC11......................................15
1.3. Фазовые равновесия в системе В12Оз - SrO - CaO - CuO, приводящие к образованию гомологов ряда Bi2Sr2Can_,Cun02n-M............................23
1.4. Проблема текстурирования материалов на основе Bi-BTCll...............31
1.5. Влияние контролируемых примесей на сверхпроводимость.................38
Bi-BTCll.................................................................38
1.6. Методы изготовления длинномерных изделий.............................43
1.7. Выводы из литературного обзора.......................................47
Глава 2. Методика эксперимента............................................50
2.1. Образцы, использованные в работе: их характеристики, обозначения, особенности изготовления и подготовки к исследованию......................50
2.2. Ренттенофазовый анализ...............................................52
2.2.1. Качественный рептгенофазовый анализ................................52
2.2.2. Количественный рентгенофазовый анализ..............................53
2.2.3. Уточнение структуры рентгеновским методом Ритвелда.................56
2.3. Исследование текстуры.............................................. 61
2.4. Измерения критических токов..........................................62
2.4.1. Измерения транспортных критических токов ионно-плазменных покрытий и многожильных композитов из Bi-ВТСП в серебряной оболочке в машитных полях 0<Н< 18 Тл при Т=4,2 К..............................................62
2.4.2. Оценка величины критического тока многожильных композитов и ионноплазменных покрытий по результатам измерений магнитного момента в магнитных полях до 14 Т при 4,2< Т<77 К...................................62
2.4.3. Оценка величины критического тока образцов с добавками тугоплавких соединений но результатам измерений магнитного момента при 4,2< Т<77 К ...64
2.5. Исследование микроструктуры поликристаллических образцов соединений Е^ЗггСагСизОюкх* В12$г2Са2СизО|04хИ многожильных композитов на их основе методами оптической и растровой электронной микроскопии...................64
2.6. Термический и термогравиметрический анализ поликристаллических
образцов соединений В125г2Са2С11зО|04хи В128г2Са2Сиз01о*х.................65
Глава 3. Экспериментальные результаты.....................................67
3.1. Структурные состояния и критические токи поликристаллических образцов и композитов из В1-2223...................................................67
3.1.1. Приготовление образцов и подготовка их к исследованиям.............67
3.1.1.1.Приготовление керамических табле ток из порошка В1-2223, полученного методом совместного осаждения карбонатов (серия образцов Т)...............67
3.1.1.2. Приготовление образцов соединения В1-2223 методом твердофазного синтеза (образцы серии Б).................................................68
3.1.1.3. Многожильные композиты из Вь2223 ................................69
3.1.2. Термогравимстричсскос исследование поли кристаллического образца Вь 2223......................................................................69
3.1.3. Рентгенофазовый анализ образцов В1-2223............................70
3.1.3.1. Рентгенофазовый анализ керамических образцов соединения В1-2223 полученных методом твердофазного синтеза (образцы серии Б)................70
3.1.3.2. Рептгенофазовый анализ порошка В1-2223, изготовленного методом совместного осаждения карбонатов и керамических таблеток, изготовленных па его основе (образцы серии Т)..............................................72
3.1.4. Исследование структуры соединения В1-2223 методом Ритвелда.........74
3.1.5. Исследование микроструктуры и критических токов поликристаллических образцов В1-2223 .........................................................79
3.1.6. Исследование многожильных композитов на основе В1-2223 ............80
3.1.6.1. Исследование критических токов...................................80
3
3.1.6.2. Исследование микроструктуры образцов многожильных композитов....84
3.1.7. Исследование воздействий прокатки на структурные состояния и сверхпроводимость поликристаллических образцов В1-2223....................86
3.1.7.1. Приготовление холоднокатаных покрытий из В1-2223 на пластинчатых подложках с различным модулем упругости...................................87
3.1.7.2. Исследование микроструктуры холоднокатаных покрытий из В1-2223 на пластинчатых подложках с различным модулем упругости......................88
3.1.7.3. Исследование катионного состава структурных фаз в покрытиях после холодной прокатки и термообработки........................................90
3.1.7.4. Рентгенографическое исследование фазового состава и текстуры холоднокатаных покрытий из В1-2223 на пластинчатых подложках с различным модулем упругости.........................................................90
3.1.7.5. Выбор температурных и временных интервалов отжига для холоднокатанных покрытий из В1-2223 на металлических подложках с различным модулем упругости............................................. 93
3.1.7.6. Исследование сверхпроводящих характеристик холоднокатаных покрытий из В1-2223 после термообработки при 840 °С в течение 8 часов 94
3.1.8. Выводы.............................................................94
3.2. Исследование ионно-плазменных покрытий из ВЬ-2212....................98
3.2.1. Технология нанесения покрытий......................................98
3.2.2. Подготовка порошка для нанесения покрытий..........................99
3.2.3. Уточнение структуры соединения В1-2212 по данным рентгенографического исследования порошка используемого для напыления покрытий.................................................................101
3.2.4. Исследование массивных колец из Вг-2212, полученных ионноплазменным методом.......................................................104
3.2.5. Исследование структуры ионно-плазменных покрытий из В1-2212, нанесенных на серебряную подложку........................................105
3.2.5.1. Покрытия на серебряной подложке после напыления.................105
3.2.5.2. Термическая обработка покрытий..................................106
3.2.5.3. Покрытия на серебряной подложке, подвергнутые термической обработке................................................................109
4
3.2.6. Исследование критических токов покрытий.............................112
3.2.6.1. Измерения магнитного момента......................................112
3.2.6.2. Измерения транспортного критического тока композита: ионноплазменное покрытие из В1-2212 - серебряная подложка.......................113
3.2.7. Критические токи 19 -жильного композита из 131-2212 в Ag-oбoлoчкe (ЛЗ) ...........................................................................115
3.2.8. Выводы..............................................................115
3.3. Исследование влияния ультрадисперсных частиц тугоплавких неорганических соединений на критические токи и микроструктуру В1-2223 ..118
3.3.1. Выбор композитов....................................................118
3.3.2. Рентгепофазовый анализ образцов В1-2223 содержащих добавки N60, ТаС, 7л4М, 813К1................................................................119
3.3.3. Исследование закономерностей изменения критических токов поликристаллических образцов Вь2223 в результате допировании
ультрадисперсными добавками соединений 7гИ, ЫЬС, Біз^, ТаС при Т=77К . 120
3.3.4. Исследование микроструктуры поликристаллических образцов Ві-2223 допированных ультрадисперсными добавками соединений ЫЬС, ТаС, 7гЫ, 8і3М4 ........................................................................127
3.3.5. Параметры кристаллической структуры соединения Ві-2223, входящего в
состав композита с добавкой 0,27 мае. % ZrN............................129
3.3.6. Магнитные свойства и структура В1-2223, содержащего оптимальную концентрацию ИЬС........................................................134
3.3.7. Выводы...........................................................135
Заключение.............................................................139
Выводы.................................................................144
Благодарности..........................................................146
Список литературы.......................................................151
Приложение 1............................................................168
5
Введение
Актуальность темы
Материалы из высокотемпературных сверхпроводников типа висмутовых куиратов (ВІ-ВТСП) находят в настоящее время применение в электротехнике как длинномерные сильноточные композиты. Более широкое их использование, однако, сдерживается низкими значениями критического тока во внешнем магнитном поле. Так же как и другие высокотемпературные сверхпроводники, Ві-ВТСП, обладают некоторыми особенностями физических свойств, такими как резкие зависимости критического тока от температуры и магнитного поля. Они обусловлены, прежде всего, сильными термическими флуктуациями, ослабляющими силу пиннинга магнитных вихрей на структурных несовершенствах, обеспечивающих высокие плотности кри тического тока. Поэтому одна из наиболее актуальных задач структурных исследований ВТСП-материалов вытекает из необходимости выявления таких структурных несовершенств, способных выполнять роль эффективных центров пиннинга и повышать критические токи.
Для ВІ-ВТСП характерна резкая анизотропия критических токов, обусловленная слоистым характером их кристаллической структуры. Дефекты на атомно-кристаллическом, или наноуровне, порядка длины когерентности, рассматриваются в них, обычно, как наиболее очевидные центры пиннинга. Поэтому выявление особенностей кристаллической структуры служит необходимым звеном в исследованиях, посвященным критическим токам материалов на их основе. Слоистый характер кристаллических структур, предъявляет также достаточно очевидное требование к материалам, разрабатываемым на основе Ві-ВТСП, а именно, создание в них выраженной базисной текстуры. В случае реализации такой текстуры основной структурный элемент, с которым связывается наличие сверхпроводимости в медных купратах — плоскости СиОг, оказываются с хорошим приближением ориентированы вдоль направления транспортного тока.
Отсутствие признанной теории, объясняющей феномен высокотемпературной сверхпроводимости на фундаментальном уровне, в известной мере, компенсируется модельными представлениями, позволяющими в практической деятельности интерпретировать полученные результаты и планировать эксперименты, в которых ставится задача установления взаимной связи между структурны-
6
ми параметрами и сверхпроводящими характеристиками. Среди них следует отметить кристаллохимическую модель «резервуар - плоскость», в которой достижение высоких значений критической температуры Тс связывается с оптимальной концентрацией носителей в сверхпроводящем фрагменте структуры, образованном плоскостями Си02. Эта модель достаточно хорошо воспроизводит, например, зависимость Тс от состояния окисления катионов, оптимизируемом на заключительном этапе изготовления сверхпроводящих композитов - их термообработке, которая необходима для создания в материале плотной ориентированной структуры.
Настоящая работа посвящена исследованию особенностей кристалличе-
✓
ских структур ВьВТСП в поликристаллических материалах на их основе, их микроструктур и влиянию этих параметров на сверхпроводящие харакгеристики. Цель работы
Исследовать структуру В1-2223 и В1-2212 высокотемпературных сверхпроводников для разработки сверхпроводящих материалов, обладающих высокой токонесущей способностью.
Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:
1. Исследовать методами ренттеноструктурного анализа струкгуру В1-2223 и В1-2212 для выявления дефектов атомно-кристаллического уровня, способных выполнять роль эффективных центров пинниига.
2. Изучить кинетику образования соединения Вн2223 методами твердофазного синтеза, в том числе, из прекурсоров.
3. Исследовать возможность получения тонких текстурированных покрытий из В1-2223 методом прокатки порошков на подложках из различных металлических материалов.
4. Исследовать структурные трансформации при получении сверхпроводящих В1-2212 ионно-плазменных покрытий на серебряной подложки с целью оптимизации их технологии.
5. Изучить влияние ультрадисперсных добавок тугоплавких неорганических соединений на структуру и критические токи поликристаллов 131-2223.
6. Исследовать критические токи полученных материалов с целыо выявления их корреляций со структурными параметрами.
7
7. Провести исследование критических токов, микроструктуры многожильных композитов из Bi-ВТСП.
Научная новизна
1. Установлены основные структурно-образующие этапы процесса формирования фазы Bi-2223 в иоликристаллических образцах и композитах. Образование модулированной структуры в этой схеме рассматривается как заключительная стадия этого процесса.
2. Изучены атомно-кристаллические дефекты в структуре Bi-2212 и Bi-2223 и их влияние на механизм пининнга вихрей магнитного поля в этих соединениях.
3. Изучены процессы текстурообразования и эволюции микроструктуры в сверхпроводящих композитах типа «порошок - подложка» при прокатке порошка Bi-2223 на металлических подложках с различным модулем упругости; па их основе разработан оригинальный способ получения плотных покрытий из Bi-2223 на подложках из различных металлов.
4. Разработан способ нанесения ионно-плазменных покрытий включающий получение плотных покрытий с хорошей адгезией покрытия с подложкой и ориентированной структурой сверхпроводящих слоев.
5. В результате комплексного исследования поликристаллических образцов Bi-2223, допированных добавками NbC, ТаС и ZrN, установлено, что они относятся к добавкам, действующим по типу «внедрения» и позволяют достигнуть двухкратного увеличения критического тока. Установлена зависимость критического тока от дисперсности частиц при исследовании системы Bi-2223 - Si3N4. Практическая значимость работы
1. Результаты исследований процессов текстурообразования при прокатке в композитах «порошок- подложка» на основе Bi-ВТСП использованы при разработке способа получения плотных покрытий. На этот способ подана авторская заявка: «Способ получения многослойных сверхпроводящих лент».
2. С использованием сведений о структуре ионно-плазменных покрытий из Bi-2212 на серебряной подложке разработан способ их получения. Эти покрытия рассматриваются, как перспективный материал для использования их в качестве керна в технологии многожильных сверхпроводящих композитов.
8
3. Установлено повышение критических токов пол и кристаллических образцов Bi- ВТСП при введении дисперсных не растворяющихся частиц тугоплавких карбидов и нитридов (NbC, ТаС, Si3N4, ZrN).
4. В результате уточнения структур Bi-BTCII методом Ритвелда получены новые данные о дефектных состояниях в материалах на их основе, актуальные для развития представлений о механизмах пиннинга в этих системах.
5. Результаты, полученные в работе, были использованы в учебном курсе «Специальный практикум по высокотемпературной сверхпроводимости» и при подготовке дипломных проектов студентов на факультете «Электроника и компьютерные технологии» МИЭТ.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях:
1 .Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и элск-чроматериаловедение (МКЭЭЭ - 2003), Крым, Алушта, 22- 27 сентября 2003 года.
2. 7-th International Workshop High Temperature Superconductors and Novel Inorganic Materials Engineering, June 20-25, 2004, Moscow, Russia
3. Научно-практической конференции материаловедческих обществ России «Создание материалов с заданными свойствами методология и моделирование», Ершово, 23-26 ноября 2004 г
4. Первой международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости», Москва- Звенигород, 18-22 октября 2004 г.
5. 2-ой Международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости» (ФПС-06), Звенигород, 9-13 октября 2006 г.
6. XXXIV Совещании по физике низких температур. (LT-34). Лоо, 26-23 сентября 2006 г.
7. IV научно-пракгичсской конференции материаловедческих обществ России. «Новые градиентные и слоистые композиты». Москва, Ершово, 21-24 ноября 2006 г
9
8. Российской научной конференции «Материалы ядерной техники от фундаментальных исследований к инновационным решениям» (МЛЯТ-ОФИЭ-2006), Краснодарский край., г/Гуапсе, 3-7октября 2006 г.
9. Международной конференции «Магниты и магнитные материалы», г.Суздаль,
2-6 октября 2006 г., 2006
10. IX Российско-Китайском симпозиуме «Новые материалы и технологии», 19-22 сентября 2007 г. Астрахань
11. XIX Международной конференции «Материалы с особыми физическими свойствами и магнитные системы» г. Суздаль, 1-5 октября 2007 г.
12. Научной сессии МИФИ-2003, Москва 2003
13. На I, II, III, IV,V Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов. Москва, (2004, 2005, 2006, 2007,2008 г.)
14. На III Международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости», Москва, ФИАН, 2008.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, из них 7 статей в научных журналах, 16 статей и 2 тезиса докладов в рецензируемых трудах Международных и Всероссийских конференций и симпозиумов.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.
Во введении представлен анализ проблемы, показана актуальность темы, сформулирована цель, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, а также изложены основные результаты, выносимые на защиту.
В первой части представлен литературный обзор, состоящий из шести глав, в которых последовательно рассмотрены харакгерные электрофизические, сзрукгуриыс и микроструктурпые особенности висмутовых кунратов, отличающие их от «обычных», традиционных или низкотемпературных сверхпроводников, их фазовые диаграммы, а также описаны различные технологические приемы, применяемые для создания на их основе материалов пригодных для широкого использования.
Вторая глава посвящена описанию различных методов использованных для исследования свойств изучаемых образцов (в том числе, лент, таблеток и поли-
10
кристаллических порошков соединений В128г2СаСи208+х и В128г2Са2Си3О10и> приготовленных различными методами, а также образцов, содержащих добавки порошков тугоплавких соединений).
В третьей главе приводятся экспериментальные данные и обсуждение полученных в рабоге результатов. В первой части третьей главы описаны результаты исследования структуры, фазового состояния, микроструктуры и критических токов, иоликристалличсских образцов, многожильных композитов, а также холоднокатаных покрытий из ВЬ-2223 на металлических подложках с различным модулем упругости. Во второй части описан метод создания ионно-плазменных покрытий из В1- 2212, установленные особенности технологии их нанесения, а также исследованы микроструктурные, электрофизические и структурные характеристики готовых покрытий. Третья часть посвящена получению и исследованию композитов на основе соединения 131-2223 с добавками ультрадисперсных частиц тугоплавких неорганических соединений N60, ТаС, 7гК и 813Ы4.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
11
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Особенности температурных зависимостей и температурных свойств В1-ВТСГ1
Характерная особенность высокотемпературных сверхпроводников, отличающая их от «обычных», традиционных или низкотемпературных сверхпроводников и лимитирующая их широкое практическое применение - резкая зависимость критического тока от температуры и внешнего магнитного поля. Она обусловлена, прежде всего, сильными термическими флуктуациями, ослабляющими силу пиннинга магнитных вихрей на структурных несовершенствах, обеспечивающего высокие плотности критического тока в сверхпроводящих материалах. Его величина определяется балансом сил пиниинга и Лоренца.
В сверхпроводнике, находящемся во внешнем магнитном иоле, по которому течет ток плотностью у, линии вихрей начинают перемещаться под действием силы Лоренца Г/ =у • В/с (или В/ = (ФУс)у • п - для единичного вихря, где п единичный вектор, направленный но направлению вихря). В гомогенной системе движущей силе Лоренца, действующей на вихри, препятствует только сила трения /у, = - // • V, где ц - коэффициент трения, V - установившаяся скорость движения системы вихрей: у = (/ • В)/(с • ц).
Как следствие движения флюксоидов, возникает электрическое иоле Е-В • у/с. Поскольку,у и Е направлены параллельно, то в случае Р{> происходит диссипация энергии в системе Р=(/ •В)2/с2>/ и теряется сверхпроводящее свойство бездиссипативного течения тока. Коэффициент трения ц может быть получен из анализа диссипативных процессов внутри и вблизи центров вихрей, г] ~ В • Нс2/с2ц (р„ - сопротивление в нормальном состоянии). Таким образом, Р- рп • ]2(В/Нс2). Видно, что для у.1Д ослабление диссипации по сравнению с нормальным металлом определяется коэффициентом В/НС2. Для того чтобы исключить диссипацию энергии, необходимо закрепить или «запиннинговать» линии флюксоидов таким образом, чтобы скорость движения вихрей у оказалась равной нулю (у= 0), несмотря на то, что действующая на них сила Е/^О. В этом случае движущая сила Лоренца компенсируется силой пиннинга Ер1п. Как оказалось, любой тип статического беспорядка, воздействующий на параметр сверхпроводящего порядка, приводит к повышению силы пиннинга Ер1„, улучшая тем
самым эксплуатационные характеристики ВТСП-матсриала. Таким образом, проблема создания условий бездиссипативного течения тока превращается в проблему повышения плотности силы пиннинга Ррт, поскольку увеличение плотности тока у свыше уС=с7у,,-,//? (если предположить, что утЯ) ведет к откреплению вихрей и, как следствие, восстановлению диссипации. Плотность критического тока ус - это критическая плотность тока, при которой происходит открепление вихрей. Она всегда ограничена сверху величиной плотности тока распаривания у0 = сНе/З^б'ТгХ определяемой термодинамическим критическим нолем Нс> то естьу'с</0. Безразмерная величина отношения плотностей критического тока ]Л0 - это мера плотности силы пиннинга Рр1т которая может быть использована в качестве одного из параметров в феноменологии сверхпроводников второго рода, характеризуя силу «беспорядка закалки» в системе. Беспорядок оказывает влияние, не только па динамическое поведение вихрей, но и на вид Н-Т фазовой диаграммы (рис. 1.1.) [1].
ХНс^Т) Область
X £ нормального
металла
Область
смешанного \
состояния
1-ЦСГ)
Фаза Мейснера
0 Т Тс
Рис. 1.1. Н-Т Фазовая диаграмма, демонстрирующая поведение сверхпроводников при изменении магнитного поля и температуры. Содержит три основных области: область нормального металла - при высоких полях и температурах, сметанную область или Шубниковскую фазу, ограниченную линиями верхнего Нс2(Т) и нижнего НС\(Г) критических полей и фазу Мейснсра-Оксенфсльда -при низких полях и температурах [1].
13
Помимо беспорядка закалки в ВТСП-материалах в сильной степени выражен другой тип беспорядка, возникающий вследствие термических флуктуаций. Существенная разница между беспорядком закалки и термическим беспорядком состоит в том, что последний имеет динамический характер, в то время как первый статический. При достаточно сильном термическом беспорядке линии вихрей, вследствие термически активированных прыжков, могут перескакивать через пиннинговые барьеры даже при плотности критического тока]<]с, приводя к хорошо известному эффекту Криппа. Однако взаимодействие между беспорядком закалки и термическими флуктуациями может проявиться и путем отличным от Криппа. Термический беспорядок как бы противостоит беспорядку закалки посредством сглаживания потенциала и, таким образом, снижает Тс. Сглаживание потенциала беспорядка закалки посредством термических флуктуаций известно как термический дспиннинг.
В качестве фундаментального параметра, определяющего силу тепловых флуктуаций, используется параметр Гинзбурга 01 = [Т</II2(О)-н-£*(())]2/2, который служит мерой отношения минимальной энергии (Т=0) конденсации Нс2(0)-е-?(0) в пределах области когерентности, и критической температуры Тс. В оксидных сверхпроводниках Тс велика и, соответственно, длина когерентности £ пропорциональная ~ А мала. Они имеют низкую плотность электронных состояний М(Е/). Кроме того, эти сверхпроводники обладают слоистой кристаллической струкгурой с выраженной анизотропией, уменьшающей длину когерентности вдоль оси с на дополнительный фактор е - (т/М)12< /, (т и М - эффективные электронные массы в плоскости аЬ и вдоль оси с, соответственно), который существенно повышает фактор (7,-, или силу термических флуктуаций. По сравнению с классическими сверхпроводниками ВТСП имеют на 5-6 порядков больший фактор (ту. Такое значительное увеличение термических флуктуаций приводит к плавлению решетки вихрей, которое проявляется на значительной части фазовой диаграммы (рис.! .2.)[ 1 ].
При этом область плавления решетки абрикосовских вихрей для ВьВТСП, для которых эти эффекты выражены особенно сильно, занимает гораздо большую площадь на диаграмме, чем у традиционных и даже у У- ВТСП.
14
Экспериментально плотности критического тока }с как высокотемпературных, так и традиционных сверхпроводников обычно находят из измерений вольт-амперных характеристик. В случае ВТСП для этих целей в большей мере используют измерения намагниченности с последующей оценкой величины критического тока по модели Бина, разработанной для массивных сверхпроводников. Модель Бина [2] рассматривается, как частный случай модели критического состояния Кима [3], в которой критическая плотность токаус, и локальное внутреннее магнитное поле В, связаны соотношением: }с = М(Ва +|2ф, где к и В0 -константы.
Щ
I
I
110-2 Ь°'3
й О 20 40 60 80 100
Температура, Т (К)
А- область вихревой жидкости В - упорядоченная вихревая квазирешетка С - аморфная фаза (вихревое стекло)
Рис. 1.2. Фазовая диафамма, отражающая поведение вихрей магнитного поля для ВьВТСП в результате изменения температуры и внешнего поля
Модель Бина является предельным случаем модели Кима, при котором к —►оо, В0 —>оо, к/В0= ус. В исходной модели Бина расчеты выполнены для случая бесконечного цилиндра с образующей параллельной направлению магнитного поля, в тоже время, существуют соответствующие вычисления для образцов простых геометрических форм [4,5].
1.2. Кристаллические структуры ВТСП
Рассматривая особенности кристаллических структур различных семейств ВТСП, наибольший интерес вызывают сверхпроводники с максимальными из
15
известных на сегодняшний день температурами перехода в сверхпроводящее состояние (Тс). К ним относятся Вь, Т1- и ^-сверхпроводники.
Крисгаллические структуры ВТСП типа купратов, к которым принадлежат соединения В1-2223 и В1-2212. характеризуются сильной анизотропией и в первом приближении могут быть описаны, как состоящие их двух блоков: «сверхпроводящего» блока Си02 - [А - Си021к.1 и блока «резервуар заряда» ВО -[СО]т - ВО, где О - кислород, А - Са, У; В - Бг, Ва; С - Вк Та, 1^[6]. Носителями заряда в них служат сетки Си()2, образованные центрированными медыо квадратами 0.1, имеющими общие вершины. Электроны атомов меди (Зс1Х2-У2) и атомов кислорода (2рху), образующие связи Си-0, делаколизованы, т.е. не принадлежат какому-либо из атомов слоя [7].
Блок «резервуар заряда» играет роль источника носителей, поступающих в «сверхпроводящий блок», при изменении в нем состояния окисления катионов. При этом в общем случае соединения претерпевают эволюцию: антиферромаг-нитный изолятор —* страйповая струкгура —> сверхпроводник —*• сверхпроводник с максимальным Тс —► снилссние Тс—> проводник [8].
Сверхпроводимость возникает в результате обмена электронами между блоками структуры при температурах ниже критической и при допировании слоев Си02 оптимальным числом носителей заряда, которое происходит при упорядочении в структуре атомов кислорода и вакансий при достижении ВТСП-фазой определенной стехиометрии по кислороду в ней.
Она зависит не только от распределения носителей относительно сеток Си02 в «сверхпроводящем» блоке, которое, по мнению различных исследователей, может быть неравномерным, но и от числа сеток Си02, расстояний Си-О-Си в сетках и ог периодов а и Ь [9, 10]. Зависимость Тс от числа сеток имеет куполообразный характер. Для ртутных сверхпроводников, к которым принадлежит сверхпроводник Н§Ва2Са2Си30 с наивысшим из известных значением Гс, максимум на этой зависимости соответствует числу сеток п=3. В этом семействе сверхпроводников проявляется обратная зависимость Тс от величины периодов а и Ь.
В висмут-содсржащих купратах несоответствие решеток двух основных блоков структуры: псровскигного, включающего «сверхпроводящий» слой
16
- Київ+380960830922