Оглавление
- 1 Высокотемпературная сверхпроводимость
- 1.1 Высокотемпературная сверхпроводимость
- 1.2 Преимущества высокотемпературных сверхпроводников
- 1.3 Основные классы высокотемпературных сверхпроводников
- 1.4 История и теории
- 1.5 Свойства и применение
- 1.6 Купраты
- 1.7 Механизмы сверхпроводимости в купратах
- 1.8 Свойства купратов, легированных дырками и электронами
- 1.9 Сверхпроводники на основе железа
- 1.10 Диборид магния
- 1.11 Сверхпроводники на основе углерода
- 1.12 Никелаты
- 1.13 Структура купратов
- 1.14 Купрат иттрия-бария
- 1.15 Структура и свойства YBCO
- 1.16 Другие купраты
- 1.17 BSCCO
- 1.18 Купраты на основе Tl и Hg
- 1.19 Подготовка и производство
- 1.20 Текущие исследования
- 1.21 Теоретические модели
- 1.22 Запутанная ситуация в сверхпроводящих свойствах
- 1.23 Теория среднего поля и псевдощель
- 1.24 Легирование и металлический вид
- 1.25 Взаимодействие с фононами
- 1.26 Перколяционное поведение носителей
- 1.27 Симметрия параметра порядка в YBCO
- 1.28 Механизм спиновых флуктуаций
- 1.29 Примеры высокотемпературных сверхпроводников
- 1.30 Технологические применения сверхпроводимости
- 1.31 Полный текст статьи:
- 2 Высокотемпературная сверхпроводимость
Высокотемпературная сверхпроводимость
-
Высокотемпературная сверхпроводимость
- Сверхпроводимость при температурах выше 77 К
- Требует охлаждения жидким азотом
- Открыта в 1986 году Беднорцем и Мюллером
-
Преимущества высокотемпературных сверхпроводников
- Охлаждение жидким азотом
- Сохранение сверхпроводимости в сильных магнитных полях
- Керамические материалы, хрупкие, но перспективные
-
Основные классы высокотемпературных сверхпроводников
- Оксиды меди (купраты)
- Соединения на основе железа
- Диборид магния
-
История и теории
- Открытие сверхпроводимости в 1911 году
- Исследования в 1970-х годах
- Открытие купратов в 1986 году
- Теории спаривания d-волн
-
Свойства и применение
- Высокая критическая температура и магнитное поле
- Хрупкость и сложность изготовления
- Не подходят для реальных сверхпроводящих токов
-
Купраты
- Слоистые материалы с оксидом меди
- Структура перовскита
- Оптимальное легирование и количество слоев для максимальной температуры перехода
-
Механизмы сверхпроводимости в купратах
- Антиферромагнитное состояние нелегированных материалов и сверхпроводящее состояние при легировании
- Электрон-электронные взаимодействия более значимы, чем электрон-фононные
- Вложение в четырех точках антиферромагнитной зоны Бриллюэна
- Слабые изотопные эффекты, контрастирующие с обычными сверхпроводниками
-
Свойства купратов, легированных дырками и электронами
- Псевдощелевая фаза до оптимального легирования
- Различные тенденции на графике Уэмуры
- Величина, обратная квадрату лондонской глубины проникновения, пропорциональна критической температуре
- Линейный тренд подразумевает двумерность физики
- Эффект Нернста в сверхпроводящей и псевдощелевой фазах
- Электронная структура сильно анизотропна
-
Сверхпроводники на основе железа
- Слои железа и пниктогена, халькогена или кристаллогена
- Вторая по величине критическая температура после купратов
- Высокие критические температуры в тонких пленках FeSe
- Семейства LnFeAs(O,F), (Ba,K)Fe2As2, LiFeAs, NaFeAs, FeSe, LaFeSiH
- Тетрагонально-ромбический структурный фазовый переход
-
Диборид магния
- Значение Tc 39 К выше, чем ожидалось для сверхпроводников BCS
- Повышенный Tc из-за двух отдельных полос на уровне Ферми
-
Сверхпроводники на основе углерода
- Фуллеридные сверхпроводники с атомами щелочных металлов в C60
- Cs3C60 демонстрирует сверхпроводимость при 38 К
- Графан, легированный P, для высокотемпературной сверхпроводимости
- Сверхпроводимость графита при комнатной температуре
-
Никелаты
- Анисимов и соавт. предположили сверхпроводимость никелатов
- Nd0,8Sr0,2NiO2 демонстрирует сверхпроводимость при 9-15 К
- Сверхпроводящая фаза наблюдается только в пленке с восстановленным содержанием кислорода
-
Структура купратов
- Структура перовскита с дефицитом кислорода
- Чередующиеся многослойные слои CuO2
- Анизотропия обычных и сверхпроводящих свойств
- Зависимость критических температур от химического состава
-
Купрат иттрия-бария
- YBa2Cu3O7 был первым сверхпроводником с температурой кипения выше жидкого азота
- Элементарная ячейка состоит из трех ячеек перовскита
- Структура состоит из множества слоев: (CuO)(BaO)(CuO2)(Y)(CuO2)(BaO)(CuO)
- Наличие двух слоев CuO2 и плоскости Y как разделителя
-
Структура и свойства YBCO
- YBCO имеет орторомбическую структуру с Tc около 92 К.
- Сверхпроводимость исчезает при структурном преобразовании в тетрагональную структуру.
-
Другие купраты
- Получение других купратов сложнее, чем YBCO.
- Они имеют тетрагональную структуру и содержат элементы типа перовскита.
- В отличие от YBCO, в этих сверхпроводниках отсутствуют цепочки Cu–O.
-
BSCCO
- BSCCO состоит из трех фаз: Bi-2201, Bi-2212 и Bi-2223.
- Фазы имеют тетрагональную структуру с различными координациями атомов меди.
-
Купраты на основе Tl и Hg
- Tl-Ba-Ca и Hg-Ba-Ca имеют аналогичную структуру с Tl вместо Tl.
- Tc увеличивается с увеличением количества слоев CuO2.
-
Подготовка и производство
- Простейший метод получения керамических сверхпроводников — твердотельная термохимическая реакция.
- Условия спекания, такие как температура и атмосфера, важны для получения высококачественных материалов.
-
Текущие исследования
- Механизм сверхпроводимости в высокотемпературных сверхпроводниках остается загадкой.
- Проводятся исследования для улучшения характеристик и синтеза новых материалов.
-
Теоретические модели
- Теория слабой связи предполагает антиферромагнитные спиновые флуктуации.
- Модель межслойного взаимодействия объясняет анизотропную симметрию параметра порядка.
- Эксперименты, такие как фотоэмиссионная спектроскопия и ЯМР, продолжаются для решения этой проблемы.
-
Запутанная ситуация в сверхпроводящих свойствах
- Косвенный характер экспериментальных данных
- Проблемы с качеством образца, рассеянием примесей и двойникованием
-
Теория среднего поля и псевдощель
- Сверхпроводящие свойства описываются теорией среднего поля
- Псевдощель в дополнение к сверхпроводящей щели
-
Легирование и металлический вид
- Слои купрата изолирующие, легирование придает металлический вид
- Температура перехода увеличивается с концентрацией легирующей примеси
-
Взаимодействие с фононами
- Основное парное взаимодействие с фононами
- Псевдощель вызвана фононами
-
Перколяционное поведение носителей
- Носители следуют зигзагообразным путям
- Максимумы температуры перехода при слабых силах изгиба связей
-
Симметрия параметра порядка в YBCO
- Эксперимент с квантованием потока трехзеренного кольца
- Неоднозначные результаты из-за дефектов
- Подтверждение d-симметрии в YBCO, но наличие примеси s-симметрии
-
Механизм спиновых флуктуаций
- Магнитные флуктуации как механизм сопряжения
- Спиновые волны плотности заменяют фононы
- Кулоновское отталкивание предотвращает спаривание на одном участке решетки
-
Примеры высокотемпературных сверхпроводников
- YBCO и BSCCO как наиболее известные материалы
-
Технологические применения сверхпроводимости
- Накачка потоком, макроскопические квантовые явления, смешанная проводимость
- Магнитометр типа SQUID, сверхпроводящий провод, классификация сверхпроводников
- Сверхполоски и технологические применения сверхпроводимости