Учебно-методический комплекс дисциплины

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИКИ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ

Лекция 7

5. Методики (продолжение)

5.3. Особые методы получения сверхпроводников (нетрадиционные).

Новые сверхпроводники синтезировать нелегко. Нужны новые методы. Вам развивать и искать. Поэтому и знакомлю вас.

5.3.1. Сверхбыстрая закалка.

1. Фазовая диаграмма. На примере двойной системы А-В (схематично).

Такая фазовая диаграмма у Nb₃Ga(T_c>20K),Nb₃Ge(T_c=24K).

2. Если охлаждать медленно, система развалится на +. Быстро (резкое охлаждение) – остается метастабильная-фаза при НТ. Так и получилиNb₃Ga.

3. Скорости охлаждения 10³-10⁷град/сек.Бывают и больше. Недостаток – много дефектов (при высокой температуре их уровень принципиально больше, плюс вносятся).

4. Схемы:

В первом случае – «выстреливание» на холодную медную поверхность, во-втором, струя расплава на холодные валки (сразу лента).

Это для легкоплавких.

Для тугоплавких – стержень-анод, нагрев электронным пучком, и капля падает на холодную поверхность. Иногда в жидкий галлий (Т_пл=30^оС).

5. Схлопывание.

Расплавленная капля в подвешенном состоянии в ВЧ поле (чистота).

Так достигаются скорости охлаждения 10⁵-10⁷град/сек.

6. Прокатка в валках.

Скорость охлаждения 10⁵-10⁷град/сек.

7. Импульсный разряд.

Это электронный пучок, лазерный луч или плазменный луч большой мощности.

Массивный блок металла. Диаметр пятна~100 мкм. Тепло в стороны.

Луч может и перемещаться (быть непрерывным):

Это рекордный метод. Скорость охлаждения ~10⁸град/сек и даже больше. Зависит от теплопроводности. Скорость звука определяет максимальную скорость закалки.

Закалка уменьшает размер зерна, увеличивает число центров пиннинга, т.е. увеличивает критток (Nb₃Sn).

Подробности в Е.М.Савицкий, Ю.В.Ефимов, Я.Кружляк и др.Физико-химические основы получения СП материалов. Металлургия, М, 1981.

5.3.2. Взрывное обжатие.

На примере Nb₃Si.

1. Этому соединению в структуре А15 предсказывали Т_с=30К. Тогда это был рекорд.

2. Однако при равновесном охлаждении происходит кристаллизация в тетрагональную (типа Ti₃P) структуру сa=b=10.2 Å, с=5.2 Å. Атомный объем велик. Такое соединение не является сверхпроводником.

3. В кубической структуре А15 оно должно иметь a=5.08 Å.

4. Необходимо сильно сжать. Но как? Взрыв!

Оценка: Р1 Матм, Т_пик1000^оС,1 мксек.

B.Olinger et al. Solid State Comm. 37, 613 (1981).

5. Результат: Nb₃SiТ_с=18.5 К 60% фазы А15.

Т.е. это путь для получения новых сверхпроводников. Но не промышленный.

5.3.3. Имплантация ионов.

1. Ускоритель 200-500 кВ.

2. Внедрение в металл при таких энергиях на 1000-5000 Å.

3. Отжиг.

4. Так получают материалы, которые трудно сплавить обычными методами (Pd+H, внедрение фтора вYBa₂Cu₃O₇).

5. Профилирование.

Технологи занимаются также улучшениемхарактеристик СП материалов. Обычно надо увеличивать критток и критическое магнитное поле. Легирование (добавки, примеси), выделение второй фазы, уменьшение размера зерна, создание разных центров пиннинга и др.

5.4. Получение сп проводов и лент.

Обсудим, в основном, технология получения многожильных проводов.

Мало получить сверхпроводник, надо материал. Мало получить материал, нужно его в необходимой форме, т.е. провод, кабель, ленту. Чтобы можно было использовать.

Обычно физики имеют слабое представление, а надо.