ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК Российский патент 1999 года по МПК H01L39/12 

Изобретение относится к области высокотемпературной сверхпроводимости и может быть использовано при создании перспективных линий электропередач и энергетических установок.

Параметры известных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) на основе сверхпроводящих керамических материалов в настоящее время подошли к предельным значениям, и повышение их качественных характеристик за последние годы значительно замедлилось. Предлагаемый высокотемпературный сверхпроводник представляет новый класс сверхпроводников с предельными температурами сверхпроводящего перехода (Т_с) вплоть до комнатных температур и не имеет общих признаков с известными.

В настоящее время высокотемпературная сверхпроводимость наиболее широко подтверждена в ВТСП-керамике, но ВТСП-керамика является существенно неоднородным сверхпроводником. То, что интересные явления нормальной проводимости и сверхпроводимости разыгрываются в купратных плоскостях ВТСП-керамики, с одной стороны, как раз и приводит к высоким значениям Т_c, а с другой, создает значительные трудности. Уже первые эксперименты по измерению температурной зависимости магнитной восприимчивости показали [1], что переход по X начинается вблизи Т_c, найденного по измерениям R(T) и, как правило, более растянут, чем резистивный, что свидетельствует о малости количества высокотемпературной фазы или большой глубине проникновения поля. Во многих работах указывается на анизотропию критических магнитных полей, гистерезисные явления при измерении кривой намагничивания [2]. В сочетании с большой ролью межгранульных контактов, анизотропией критических токов, вплоть до потери сверхпроводимости на длинном участке провода, это создает большие трудности для работ по прикладной сверхпроводимости.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается высокотемпературный сверхпроводник, отличающийся для повышения критической температуры сверхпроводящего перехода Т_с тем, что представляет из себя фосфид лития PLi₃ повышенной плотности ρ > 1,6 г/см³.
Фосфид лития PLi₃ является малоизученным соединением, о нем имеются в основном устаревшие отрывочные сведения, но все-таки известно, что это недостаточно стойкий диэлектрик, поэтому основная нагрузка ложится на фазовые превращения фосфида лития. Поскольку доминирующим в соединении является сохранение энергетически устойчивой конфигурации с заполненной внешней p-оболочкой иона фосфора P^3-, то под действием давления будет происходить ионизация 3s² оболочки с переходом
3s²р⁶ _→ 3sp⁶+e^-,
где e^- - свободный электрон.

Подобного рода переходы характерны при образовании твердых тел и переходах полупроводник-металл элементов V группы, так для висмута в твердом теле характерен переход s²p³ _→ sp³+e^-.

В случае фазы высокого давления фосфида лития очевидно справедлив блоховский подход и можно рассматривать движение полярона большого радиуса в сплошной слабо поляризуемой (средний дипольный момент молекул P_e=0) диэлектрической среде. Но в этом случае биполярон практически не отличается от куперовской пары. Тогда физический механизм ВТСП можно представить следующим образом: формальная независимость ω и λ в уравнениях Элиашберга оказывается оправданной, т. к. достаточно сильное взаимодействие электронов с локализованными фононами не оказывает значительного обратного воздействия на кристаллическую решетку из-за слабой связи электронов с колебаниями решетки и внутримолекулярных колебаний с низкочастотными акустическими колебаниями тяжелых ионов.

В этой области

условия полярона большого радиуса,
где λ - параметр связи;
n_e - концентрация электронов на сложный ион;
E - ширина исходной зоны;
E_B - энергия локализации полярона на узле решетки;
f(z) - функция, учитывающая тип кристаллической решетки,
модели поляронной сверхпроводимости [3] и сильной электрон-фононной связи [4] близки и для оценки Т_e, при незначительном изменении частоты молекулярных колебаний в твердом теле можно записать:

где
где U - энергия связи ионов фосфора и лития;
m₁, m₂ - массы ионов;
R₀ - длина химической связи, коэффициент C ≈ 1/2.

Эта оценка дает Т_с≈500^oC при одновременном достижении однородного характера сверхпроводимости, что значительно превышает параметры известных сверхпроводников. Следует обратить внимание, что здесь, как и в других случаях использования разных фазовых состояний вещества, само вещество, его химический состав не изменяются. Соотношение ρ > 1,6 г/см³ может несущественно изменяться при смещении фазового соотношения в системе и под влиянием примесей.

Источники информации
[1] Chu C.W., Ног P.H., Meng R.L., Gao L., Huang Z.J., Wang Y.Q., Bechtold J. , Campbell D., Wu M.K., Ashburn J., Huang C.Y. // Preprint Hoisten University. USA. 1987.

[2] Maslov S.S., Pokrovsky V.L. // Europhys. Lett. 1991. V. 14. P. 591.

[3] A.C. Александров, А.Б. Кребс // УФН. 1992. Т. 162. N5. C.1.

[4] Г. М. Элиашберг. Взаимодействие электронов с колебаниями решетки в сверхпроводниках. ЖЭТФ 1960, 38, с. 976.

Использование: изобретение относится к области высокотемпературной сверхпроводимости, может быть использовано при создании перспективных линий электропередач и энергетических установок. Техническим результатом изобретения является повышение критической температуры сверхпроводящего перехода. Сущность изобретения: в качестве высокотемпературного сверхпроводника применен фосфид лития РLi₃ повышенной плотности ρ > 1,6 г/см³.

Применение фосфида лития PLi₃ повышенной плотности ρ > 1,6 г/см³ в качестве сверхпроводника.