Вопросы для контроля.

1. Почему Y-металлооксиды называют высокотемпературными сверхпроводниками?

2. Что такое керамическая технология?

3. Какую цель преследует операция синтеза?

4. Дисперсия порошков. Что это?

5. Какую роль играет охлаждение и какие способы охлаждения Вы знаете?

6. При какой температуре у Y-металлооксидов наблюдается наибольший массообмен (потеря) кислорода?

Отчет должен содержать:

- расчет компонентов приготавливаемой смеси,

- теоретическую часть,

- порядок проведения работы и описание промежуточных результатов.

Библиографический список

1. Н.М. Плакида Высокотемпературные сверхпроводники.//М., «Международная программа образования»,1996, 288с.

2. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников/Под ред. Д. Гинзберга. -М. Мир, 1990г.,543с.

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

Расчет компонентов исходной смеси для получения YB₂Cu₃O₇

Атомная масса

Y = 88,91

O = 16,00

B=137,33

C = 12,01

Cu=63,54

Молекулярная масса

Y₂O₃= 2 А.м (Y) + 3 А.м (О) = 2  88,91+3  16 = 225,82

BCO₃ = 137,33 + 12,01 + 3  16 = 197,34

СuO = 63,54 + 16 = 79,54

Парциальное содержание компонент в смеси

Y₂O₃ = 225,82 = 112,91

2 BCO₃ = 197,34 2 = 394,68

3CuO= 3  79,54 = 238,62

-----------------------------------------

М.м = 746,22

Весовые части компонент:

Y:

B: = =

Сu: = =

Примечание. Суммарная масса продукта задается преподавателем перед выполнением работы.

Лабороторная работа № 2 определение основных параметров свежеизготовленного высокотемпературного сверхпроводника

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться экспресс-методами определять основные параметры изготовленных по керамической технологии Y-ВТСП на возможность их использования для исследований сверхпроводящих свойств.

ОБОРУДОВАНИЕ: - сосуд Дьюара с жидким азотом, низкотемпературный датчик, аналитические весы, ультразвуковой генератор типа УЗГ-0,25, постоянный магнит, тестер, источник тока Б5-49.

Теория.

Основные свойства оксидных сверхпроводников.

Эти оксидные соединения обладают рядом свойств, характерных для металлических (классических) сверхпроводников:

- наличие вихревой решетки в магнитном поле и прямое измерение кванта потока Ф₀ = показали, что в сверхпроводящем состоянии возникают пары Купера с зарядом 2е;

- туннельные эффекты наблюдаемые в них связываются с наличием щели в спектре носителей заряда, что также подтверждает картину пар Купера;

-температурная зависимость глубины проникновения магнитного поля указывает на синглетный (спин пары S = 0) характер спаривания, как и в обычной теории БКШ. (синглеты происходят от английского single, например, одиночные спектральные линии, одиночные пары электронов).

В тоже время по ряду физических свойств высокотемпературные сверхпроводники существенно отличаются от металлических:

- ВТСП образуются на основе перовскитоподобных структур при большом разнообразии различных слоистых структур. Основную роль играют плоскости СиО₂ разделенные слоями других ионов, что приводит к высокой анизотропии сверхпроводящих свойств, имеющих квазидвумерный характер;

- существенное влияние на физические свойства оксидных соединений оказывает характерный для них дефицит по кислороду и изменения состава;

- обнаружена большая анизотропия критических магнитных полей относительно плоскости СиО₂ и связанную с ней анизотропию корреляционной длины для параметра порядка ( в плоскости СиО₂ она составляет несколько параметров решетки, а перпендикулярно к ней меньше одного периода решетки). Это означает, что число электронных пар на несколько порядков меньше числа электронов n₀ в металлических сверхпроводниках, где n₀ = 10⁴ -10⁶;

- в металлических сверхпроводниках электрон-фононный механизм спаривания находит подтверждение в большой величине изотопического эффекта, где  = ½, в медно-оксидных соединениях изотопический эффект подавлен у них  = 0,2 – 0,05 и, следовательно, эффект электрон-фононного взаимодействия в них требует уточнения.

Макроструктура металло-оксидных сверхпроводников.

Сверхпроводники, полученные по двухстадийной кера­мической технологии ( лабораторные работы № 1-2) и в частно­сти соединения на основе Y-Ba-Cu-O как сверхпроводника, у которого критическая температура выше точки кипения азота, как правило имеют целый класс соединений с близкими физиче­скими свойствами. Как и все слоистые медно-оксидные соединения YВaCuO допускает определенную модификацию структуры при изменении связи между медно- кислородными слоями. Исходное соединение Yвa₂Cu₃O_7- наблюдается в двух модификациях: в орторомбической фазе (  0,6) и в тетрагональной фазе (( > 0,6). Тетрагональная фаза наблюдается при нагреве до температур выше 500⁰С, когда происходит уменьшение содержания кислорорда и его разупрочнения в плоскости CuI-01. Кроме того при синтезе могут существовать несколько модификаций структуры YвaCuO, построенных с помощью преобразования слоев Вa-04, Cu-OI, Вa – 04 в более сложные структуры. Часть которых не являются сверхпроводящими. В этой связи можно отметить, что полученные по керамической технологии образцы в принципе являются или могут быть многофазными и от соотношения или присутствия той или иной доли их они могут быть сверхпроводящими, частично сверхпроводящими или несверхпроводящими. Обычно изучение температурной зависимости электросопротивления может дать различный вид….(Т): наличие резкой ступеньки (кривая 1 на рис.1) говорит о наличии фазы 1-2-3, т.е. наличии сверхпроводимости; если существует более чем она ступенька (кривая 2), то это свидетельствует о существовании как минимум двух сверхпроводящих фаз с различными Т_к; а кривая 3 свидетельствует о доминирующей в объеме тетрагональной (несверхпроводящей) фазы. Если же электросопротивление растет с понижением температуры (кривая 4), то присутствует фаза, имеющая полупроводниковые свойства. Необходимо отметить, что по результатам этих измерений нельзя дать ответ об объемной доле той или иной фазы. Это можно сделать более точно по магнитным измерениям, например, измерениям величины  (магнитной проницаемости) магнитного момента или намагниченности. В данной же работе используются экспресс измерения , по которым можно дать ответ только "да" или "нет". И, наконец, рассматриваемые сверхпроводники имеют гранулярную структуру. Они состоят из множества отдельных гранул размерами 10 – 50 мкм, которые соединены межгранульными прослойками. Толщина их зависит от технологии получения; например, в технологии СВС ( самораспространяющийся высокотемпературный синтез), где используется распространяющийся в объеме фронт горения [1] плотность сверхпроводника довольно велика 5,5 5,7 г/см³ ( теоретическая плотность YВaCuO составляет 6,35 г/см³) и следовательно эти межгранулярные прослойки очень малы. В технологии МТG (текстурирование в расплаве ) [2] гранулы имеют оплавленный вид и также довольно плотно упакованы, в то время как в двухстадийной керамической технологии (лаб.работа № 1-2) упаковка гранул определяется величиной давления компактирования (прессования): чем больше давление на заключительной стадии, тем выше плотность керамики и тоньше прослойки, которые окружают гранулы. В этой межгранулярной среде, которая по своим свойствам отличается от свойств самих гранул, существуют и поры (мелкие пустоты).

Чем меньше суммарная плотность керамики, тем естественно, больше доля межгранулярной среды и числа пор в ней. Наиболее простым методом определения пористости, как одной из характеристик ВТСП является гравиметрический метод, которым пользуемся в этой работе.

Экспресс – метод определения электрических свойств.

В работе используется метод уравновешенного моста, подсоединенного по трехпроводной схеме, в котором баланс моста записывается

R₁(R_пр+R_x) = (R₂ + R_пр) R₃ (1)

При этом через мост в диагонале АВ от источника тока Е_х протекает ток I. В случае описанном уравнением (1) падения напряжений в плечах R₁ (R_x + R_пр) и (R₂ +R ) R₃ равны, т.е. потенциалы точек С и D равны и, следовательно, ток в милливольтметре отсутствует. Как только меняется R_х баланс нарушается и через милливольтметр течет ток.