ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК НА ОСНОВЕ СИЛИЦИДА ЛИТИЯ Российский патент 2009 года по МПК C22C29/18 H01L39/12 

Область техники.

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

Уровень техники.

Параметры известных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) прежде всего на основе сверхпроводящих керамических материалов подошли к предельным значениям, и повышение их качественных характеристик за последние годы замедлилось.

До сих пор в ВТСП-керамике не удалось преодолеть существенную анизотропию свойств, связанную с наиболее типичным характером проводимости в купратных плоскостях, что в свою очередь приводит к значительным затруднениям в создании протяженных линий. Не удается также устойчиво повысить Т_c. В этой связи обращают на себя внимание новые направления в физике сверхпроводимости: фулерены и материалы со значительными фазовыми переходами. Среди последних наиболее близким к заявляемому является «Высокотемпературный сверхпроводник» - Патент №2128383 от 27 марта 1999 г. ([1] прототип).

В прототипе в качестве высокотемпературного сверхпроводника был предложен фосфид лития Li₃P повышенной плотности. И действительно, в работе [2] был подтвержден фазовый переход Li₃P под воздействием высокого давления Р=50 кБар и температуры Т~700°С в более плотное состояние р~1,7 г/см³. Дальнейшие исследования показали, что сопротивление образца обращается в 0 при давлении Р~70 кБар, Т≥1000°С, сохраняется таковым до комнатных температур, но при снятии давления происходит обратный переход. Кроме того, хотя фосфид лития повышенной плотности обладает большей химической устойчивостью, нежели исходный, все-таки сохраняющееся разложение под воздействием минимальной влажности воздуха, деградация свойств серьезно затрудняют дальнейшие исследования и применение.

Предложенный высокотемпературный сверхпроводник, в котором применяется силицид лития повышенной плотности ρ>1,2 г/см³, устраняет эти недостатки.

Сущность изобретения.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается высокотемпературный сверхпроводник, отличающийся тем, что для повышения критической температуры сверхпроводящего перехода Т_c представляет из себя силицид лития SiLi₄ с добавлением карбида лития согласно Si_1-xC_xLi₄ (0≤х≤1) фазы высокого давления.

Основной сущностью предлагаемого соединения в качестве перспективного сверхпроводника является изменение характера фазового перехода. Если в прототипе [1] ионизация внешнего S-уровня фосфора оказалась устойчивой только под воздействием высокого давления, то в предлагаемом соединении на основе силицида лития фазовый переход связан с S-P гибридизацией:

3S²P²(Si)+4ē(Li)→3(S-Р)⁸

А такого рода фазовые переходы, характерные для кремния и углерода, когда все валентные электроны участвуют в образовании гибридных S-P орбиталей, приводят к сильным и устойчивым связям.

В предлагаемом соединении Si_1-xC_xLi₄, с учетом обилия металла (Li), близком к сплаву, при образовании зоны проводимости сохраняется сильная электрон-фононная связь.

Поэтому для соединения на основе силицида лития Si_1-xC_xLi₄ фазы высокого давления, в частности, справедлив блоховский подход и можно рассматривать движение полярона большого радиуса в сплошной слабо поляризуемой (средний дипольный момент молекул P_c=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

λ~1, n_e~1,

- условия полярона большого радиуса, где λ - параметр связи, n_е - концентрация электронов на сложный ион, Е - ширина исходной зоны. Е_В - энергия локализации полярона на узле поляронной сверхпроводимости [3] и сильной электрон-фононной связи [4] близки, и для оценки Т_c, при незначительном изменении частоты молекулярных колебаний в твердом теле можно записать:

,

Где Ω_e~Ω_m,

, ,

где U - энергия связи ионов фосфора и лития;

m₁, m₂ - массы ионов;

R_o - длина химической связи, коэффициент С~1/2.

Эта оценка дает Т_с~500°С при одновременном достижении однородного характера сверхпроводимости, что значительно повышает 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.

Плотность силицида лития фазы высокого давления должна превышать р>1,2 г/см³.

Литература.

1. А.А.Дончак. Высокотемпературный сверхпроводник. Патент на изобретение №2128383 от 27 марта 1999 г.

2. В.П.Калинин, А.А.Дончак и др. Фаза высокого давления Li₃Р. Материаловедение, №2, стр.40-42, 1999 г.

3. А.С.Александров, А.Б.Кребс // УФН. 1992. Т.162. №5. С.1.

4. Г.М.Элиашберг. Взаимодействие электронов с колебаниями решетки в сверхпроводниках. - ЖЭТФ. 1960. - 38 - С.976.

5. Pell E.M. J. phys. chem. solids, 1957, v³, №1-2, p.77.

Изобретение относится к области высокотемпературной сверхпроводимости. Может использоваться при создании линий электропередач и энергетических установок. Высокотемпературный сверхпроводник на основе соединения лития Si_1-xC_xLi₄, где 0≤х≤0,02. Применение соединения лития в качестве сверхпроводника позволяет повысить критическую температуру сверхпроводящего перехода.

Высокотемпературный сверхпроводник из соединения лития, отличающийся тем, что он выполнен на основе соединения Si_1-xC_xLi₄, где 0≤х≤0,02.