СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГИПЕРПРОВОДИМОСТИ И СВЕРХТЕПЛОПРОВОДНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК H01L39/24 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к электричеству, к электрофизике и теплопроводности материалов, к явлению нулевого электрического сопротивления, т.е. к гиперпроводимости, и нулевого теплового сопротивления, т.е. к сверхтеплопроводности материалов при околокомнатных и более высоких температурах. Сущность изобретения: на поверхности или в объеме невырожденного или слабо вырожденного полупроводникового материала размещают электроды, образующие выпрямляющие контакты с материалом. При этом выбирают расстояние между электродами (D) значительно меньше глубины проникновения в материал электрического поля (L), (D<<L), вызванного контактной разностью потенциалов. Минимальное расстояние между электродами D_MIN=20 нанометров, максимальное расстояние между электродами D_MAX=30 микрометров. До, после или во время формирования электродов в материал вводят электронно-колебательные центры (ЭКЦ) в концентрации (N) от 2·10¹² см^-3 до 6·10¹⁷ см^-3. Доводят температуру материала до температуры гиперпроводящего перехода (T_h) или до более высокой температуры. Технический результат: возможность осуществления эффекта гиперпроводимости и сверхтеплопроводности при температурах вблизи и выше комнатной. 12 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами, содержащем конденсированный материал с определенным химическим составом и технологические обработки материала, а также электродов, образующих электрический контакт с материалом, отличающийся тем, что в качестве упомянутого материала используют любой невырожденный или слабо вырожденный полупроводник, на поверхности или в объеме указанного материала размещают электроды, образующие выпрямляющие контакты с материалом, например контакты металл-полупроводник, контакты Шоттки, расстояние между электродами (D) выбирают значительно меньше длины проникновения в упомянутый материал электрического поля, вызванного контактной разностью потенциалов (L) (D<<L) и не более удвоенной длины когерентности (2Λ) (D≤2Λ), при этом минимальное расстояние между электродами D_MIN=10 нм, максимальное расстояние между электродами D_MAX=30 мкм; до, после или во время формирования электродов в материал вводят электронно-колебательные центры (ЭКЦ) в концентрации (N) от N_min=2·10¹² см^-3 до N_max=6·10¹⁷ см^-3, нагревают упомянутый материал до температуры, превышающей температуру гиперпроводящего перехода (T_h).

2. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.1, отличающийся тем, что электронно-колебательные центры вводят только в обедненную область упомянутого материала между электродами или в части обедненной области, которые примыкают к электродам, а длина линии электрического тока между электродами в упомянутой обедненной области не превышает удвоенную длину когерентности (2Λ).

3. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.2, отличающийся тем, что наименьший размер материала полупроводника выбирают не менее удвоенной длины когерентности 2Λ, например, выбирают толщину пластины упомянутого материала не менее 2Λ или толщину слоя упомянутого материала не менее 2Λ на полупроводниковой, полуизолирующей или диэлектрической подложке.

4. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.3, отличающийся тем, что в объеме упомянутого материала или на поверхности упомянутого материала с размерами, значительно превышающими удвоенную длину когерентности (2Λ), располагают систему электродов, например имеющих форму шариков, полосок или спиралей.

5. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.4, отличающийся тем, что в объеме или на поверхности упомянутого материала располагают систему электродов, например, в виде вкраплений, а наибольший размер каждого электрода выбирают значительно меньше длины когерентности Λ.

6. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.5, отличающийся тем, что в упомянутом материале между электродами создают постоянное, переменное или импульсное магнитное поле, направленное вдоль, по нормали или под острым углом к определенному направлению, например к направлению тока между упомянутыми электродами, с индукцией не более $$B=S\frac{4m{\omega }^2}{e}$$ , где ω - циклическая частота упругого колебания, формирующего гиперпроводящее состояние, S - константа связи этого колебания с электронами, m - эффективная масса электрона (дырки) и е - заряд электрона.

7. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по пп.1-6, отличающийся тем, что упомянутый материал между упомянутыми электродами освещают в спектральной области собственного, основного, фундаментального поглощения упомянутого материала и(или) в спектральной области поглощения ЭКЦ с интенсивностью до $$I=\frac{N_C}{\zeta \tau }$$ , где N_C - эффективное число электронных состояний в разрешенной энергетической зоне, ζ - коэффициент оптического поглощения и τ - время жизни электронов (дырок).

8. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.6, отличающийся тем, что между упомянутыми электродами создают разность температур величиной не более ΔT=Sħω/k, где S - константа связи электронов с фононами, ħ - постоянная Планка, k - постоянная Больцмана, ω - циклическая частота фонона, определяющего упругую связь между ЭКЦ в упомянутом материале между упомянутыми электродами.

9. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.8, отличающийся тем, что используют дополнительный электрод, образующий выпрямляющий контакт или контакт металл-диэлектрик-полупроводник (МДИ) к упомянутому материалу между упомянутыми электродами, или используют несколько таких дополнительных электродов; к дополнительному электроду или электродам подводят постоянные, переменные или импульсные внешние напряжения прямой или обратной полярности относительно упомянутого материала.

10. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.9, отличающийся тем, что между упомянутыми электродами создают переменную или постоянную разность электрических потенциалов величиной до Sħω/e, где S - константа электрон-фононной связи, ħ - постоянная Планка, ω - циклическая частота упругих колебаний материала, например частота фонона или частота I - колебаний ядер в атомах материала, e - заряд электрона.

11. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.10, отличающийся тем, что в материал между электродами направляют поток звука, ультразвука или гиперзвука, имеющий частоту f и объемную плотность мощности до (2ħSħfN)/τ, где S - константа электрон-фононного взаимодействия, N - концентрация ЭКЦ, τ - время жизни электронов (дырок) в материале между упомянутыми электродами, ħ - постоянная Планка.

12. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.1, отличающийся тем, что толщину полупроводниковой пластины, или толщину полупроводникового слоя на подложке, или толщину подложки, или общую толщину полупроводникового слоя и подложки, или расстояние (расстояния) между взаимно параллельными границами полупроводника выбирают равным (равными) или кратным (кратными) W=υ/2 f, где υ - скорость звука (фонона) с частотой f, распространяющегося между упомянутыми взаимно параллельными границами упомянутого полупроводника, упомянутой подложки или упомянутого полупроводника и упомянутой подложки, f - частота фонона, определяющего упругую связь между ЭКЦ.

13. Способ осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п.1, отличающийся тем, что толщину полупроводниковой пластины, или толщину полупроводникового слоя на подложке, или толщину подложки, или общую толщину полупроводникового слоя и подложки, или расстояние (расстояния) между взаимно параллельными границами упомянутого полупроводника выбирают равным (равными) или кратным (кратными) W= υ /2f, где υ - скорость звука, распространяющегося между упомянутыми взаимно параллельными границами упомянутого полупроводника, упомянутой подложки или упомянутого полупроводника и упомянутой подложки, f=1/P, где P - период переменного электрического или магнитного поля, создаваемого в упомянутом материале между упомянутыми электродами.