СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАХВАТА СИГНАЛА, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ ЭФФЕКТЕ НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЗЕНА В СВЕРХПРОВОДНИКЕ Российский патент 2023 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для измерения характеристик полупроводниковых термоэлектрических устройств и керамических высокотемпературных сверхпроводников с использованием эффекта Нернста — Эттингсгаузена [H01L21/66, H01L21/67, H10N10/00, H10N15/00, H10N15/10, H10N15/20].

Из уровня техники известен СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЗЕНА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ [SU860650, опубликовано: 23.12.1985] путем создания градиента температуры, отличающийся тем, что с целью расширения температурного интервала измерения указанного параметра в области температуры 4,2-150 К выбирают материал с концентрацией равновесных носителей тока, охлаждают его до температуры 4,2-150 К, а градиент температуры создают освещая кристалл светом с энергией.

Также известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭДС ПОПЕРЕЧНОГО ЭФФЕКТА НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЗЕНА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ [SU767870 A1, опубликовано: 30.09.1980], содержащее нагреватель, холодильник и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что с целью расширения температурного диапазона измерений и обеспечения исследования неоднородностей в полупроводниковых материалах, нагреватель и холодильник выполнены в виде набора пластин металла и диэлектрика, причем металлические пластины соединены с регистрирующим прибором.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ТЕРМОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ [RU2231047 C2, опубликовано: 20.06.2004], включающий закрепление полупроводникового образца с продольными и поперечными контактами между двумя пластинами из теплопроводного материала в камере высокого давления, помещенной в магнитное поле, создание в образце градиента температур, создание давления на образец и измерение значений продольного и поперечного термомагнитного эффекта, отличающийся тем, что продольные и поперечные контакты совмещают, камеру поворачивают в магнитном поле вокруг своей оси, находят положения, соответствующие четному и нечетному относительно магнитного поля термоэлектрическим сигналам, и осуществляют измерение в нестационарном тепловом режиме эффект Нернста- Эттингсгаузена в этих положениях, при этом ось камеры, вдоль которой создается градиент температур, располагают перпендикулярно магнитному полю, пластины выполняют в виде наковален из сверхтвердого материала, например синтетического алмаза, а контакты выполняют прижимными, положения, соответствующие четному и нечетному относительно магнитного поля термоэлектрическим сигналам, находят путем проведения измерений в разных положениях камеры при изменении магнитной индукции.

Основной технической проблемой аналогов и прототипа является сложность измерений и низкая их точность, обусловленные тем, что измерения осуществляют вручную, усложняющиеся необходимостью регистрации трех разных сигналов: термоэдс, градиента температуры и магнитной индукции. Для возникновения этих сигналов в полупроводнике необходимо обеспечить нахождение образца в магнитном поле, линии которого направлены перпендикулярно вектору градиента температуры, создаваемого при нагреве одной стороны образца и охлаждения противоположной стороны образца, что делает весь процесс сложным и очень легко допустить ошибку. Из-за сильной магнитной индукции, вызванной магнитами, в регистрируемых сигналах наблюдаются значительные погрешности и отклонения измеряемых величин, что в свою очередь требует частой регулировки средств измерений. В случае нестабильности магнитного поля или температурного градиента при ручных измерениях вероятность непреднамеренной погрешности измерений повышается. В ручном режиме обработка данных является трудоемким процессом. Кроме того, регулировка качества измерений в режиме реального времени невозможна, что также влияет на получаемые результаты.

Задача изобретения состоит в устранении недостатка аналогов и прототипа.

Технический результат заключается в обеспечении возможности проведения автоматических измерений сигнала Нернста-Эттингсгаузена, возникающего в керамических высокотемпературных проводниках с высокой точностью.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике, включающий закрепление образца сверхпроводника между двумя блоками из теплопроводного материала, размещение образца с блоками в магнитном поле, создание в образце градиента температур перпендикулярного магнитному полю и измерение в нестационарном тепловом режиме эффекта Нернста-Эттингсгаузена, отличающийся тем, что образец, помещенный между теплопроводными блоками размещен на держателе, который помещен внутрь полого, закрытого герметично снизу, корпуса, температурный градиент создают путем охлаждения до 77 К образца с одной стороны жидким азотом, заливаемым внутрь корпуса, размешенного в магнитном поле между магнитами и нагрева до 300 К образца с другой стороны с помощью электрического нагревательного элемента, при этом измерение градиента температуры с помощью термопары и разности потенциалов, возникающих при эффекте Нернста-Эттингсгаузена осуществляют в режиме реального времени автоматически после прекращения подачи тока на катушки магнитов с возможностью снижения влияния магнитного шума магнитов на результаты измерений, градиент температуры ∇Т, получаемый с помощью термопары в виде термо-ЭДС и разность потенциалов u, возникающая при эффекте Нернста-Эттингсгаузена, преобразуют в цифровые сигналы, обрабатывают в микроконтроллере и модуле управления в режиме реального времени и выводят в виде временных зависимостей ∇Т(t), u(t) на интерфейсный модуль для последующего моделирования и оперативного изменения хода измерений, а по полученным значениям ∇Т, u вычисляют постоянную Нернста-Эттингсгаузена q и представляют ее в виде временной зависимости от градиента температуры q((∇Т, t).

Устройство захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике, содержащее источник магнитного поля, блоки из тепловодного материала с зажатым между ними образцом сверхпроводника и нагревательный элемент, отличающееся тем, что блоки и образец смонтированы внутри держателя, обеспечивающего сохранение геометрии и пространственного расположения блоков и образца и сопротивление воздействию магнитного поля, температурного градиента и температуры, нагревательный элемент смонтирован на одном из теплопроводных блоков, на втором блоке смонтирован датчик температуры, к блокам подключены концы термопары для измерения термо-ЭДС, возникающей при градиенте температур между блоками и на образце, держатель смонтирован вертикально внутри открытого сверху корпуса, смонтированного между магнитами, при этом корпус выполнен с возможностью заливки в него жидкого азота и одновременного охлаждения помещенного внутрь корпуса образца снизу и нагрева с помощью нагревательного элемента сверху для создания на нем градиента температуры, катушки магнитов подключены к блоку питания магнитов, управляющие входы которого подключены через реле к блоку управления магнитами, который подключен к модулю управления, измерительные концы термопары, датчик температуры и электрические проводники, подключенные к открытым боковым торцам образца, через нановольтметры, выполненные с возможностью измерения термо-ЭДС, температуры на нижней стороне образца и разности потенциалов в результате эффекта Нернста-Эттингсгаузена, аналого-цифровой преобразователь и управляющий им микроконтроллер подключены к модулю управления, при этом к микроконтроллеру подключено реле, соединяющее его с блоком управления магнитами с возможностью отключения аналого-цифрового-преобразователя при подаче тока на магниты и снижения влияния магнитного шума магнитов на результаты измерений.

В частности, теплопроводные блоки выполнены медными.

В частности, держатель выполнен из стекловолокна.

В частности, удержание образца между теплопроводными блоками в держателе и обеспечение постоянного давления на образец выполнено с помощью прижимного винта, воздействующего на теплопроводный блок и прижимающего его к образцу.

В частности, термопара к нановольтметру подключена дифференциальным способом.

В частности, нагревательный элемент, датчик температуры и термопара подключены к нановольтметрам через разъем, смонтированный в верхней части держателя.

В частности, магниты выполнены в виде электромагнитных катушек, намотанных на вертикально ориентированных соленоидах.

В частности, мощность магнитов составляет 1,8 Т.

В частности, между стенками корпуса и магнитами смонтированы изоляторы.

В частности, модуль управления выполнен в виде ПЭВМ.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 схематично показан термомагнитный эффект, наблюдаемый при помещении керамического высокотемпературного сверхпроводника, в котором имеется градиент температуры, в магнитное поле.

На фиг.2 показан держатель с образцом в разрезе.

На фиг.3 показан крупным планом образец, размещенный между магнитными блоками в держателе.

На фиг.4 показано схематично устройство захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в керамическом высокотемпературном сверхпроводнике.

На фиг.5, 6 показана визуализация измерений в режиме реального времени в графическом виде.

На фигурах обозначено: 1 – держатель, 2 – образец, 3 – металлические блоки, 4 – нагревательный элемент, 5 – датчик температуры, 6 – термопара, 7 – разъем, 8 – корпус, 9 – магниты, 10 – постамент, 11 – блок питания магнитов, 12 – блок управления магнитами, 13 – изоляторы, 14 – нановольтметры, 15 - источник питания нагревательного элемента, 16 – АЦП, 17 – микроконтроллер, 18 - блок питания, 19 – модуль управления, 20 – реле, 21 – интерфейсный модуль, 22 – прижимной винт, 23 – планка прижимного винта.

Осуществление изобретения.

Эффект Нернста-Эттингсгаузена, или поперечный эффект Нернста-Эттингсгаузена, - термомагнитный эффект, наблюдаемый при помещении полупроводника, в котором имеется градиент температуры, в магнитное поле. Данный эффект был открыт в 1886 году В. Нернстом и А. Эттингсгаузеном. В 1948 году эффект в металлах получил своё теоретическое обоснование в работе Зондхаймера.

Суть эффекта состоит в том, что в полупроводнике появляется электрическое поле E, перпендикулярное к вектору градиента температур ∇Т и вектору магнитной индукции B, то есть в направлении вектора [∇T,B] (см.Фиг.1). Если градиент температуры направлен вдоль оси X, а магнитная индукция - вдоль Z, то электрическое поле параллельно вдоль оси Y. Поэтому между торцами полупроводника возникает разность электрических потенциалов u. Величину напряжённости электрического поля Ey можно выразить формулой:

где q⊥ - так называемая постоянная Нернста-Эттингсгаузена, которая зависит от свойств полупроводника и может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Значение постоянной q⊥, а следовательно и E_y, сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля и при изменении этих величин могут даже изменять знак.

Поперечный эффект Нернста-Эттингсгаузена возникает по той же причине, что и эффект Холла, то есть в результате отклонения потока заряженных частиц силой Лоренца. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае — в результате диффузии.

Существенным отличием является также тот факт, что, в отличие от постоянной Холла, знак q⊥ не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и даёт изменение знака поля Холла. В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака заряда частиц. Поэтому направления силы Лоренца для положительных и отрицательных частиц взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и то же.

Продольный эффект Нернста — Эттингсгаузена заключается в изменении термоэдс металлов и полупроводников под влиянием магнитного поля. В отсутствие магнитного поля термоэдс в электронном полупроводнике определяется разностью компонент скоростей быстрых электронов (движущихся с горячей стороны) и медленных электронов (движущихся с холодной стороны) вдоль градиента температуры.

При наличии магнитного поля продольные (вдоль градиента температуры) и поперечные (поперек градиента температуры) компоненты скоростей электронов изменяются в зависимости от угла поворота скорости электронов в магнитном поле, определяемого временем свободного пробега электронов τ в металле или полупроводнике.

Если время свободного пробега τ для медленных электронов или дырок (в полупроводниках) больше, чем для быстрых, то

v_1x(H), v_2x(H) - продольные компоненты скоростей медленных и быстрых электронов при наличии магнитного поля, v_1x(0), v_2x(0) - продольные компоненты скоростей медленных и быстрых электронов при отсутствии магнитного поля. Величина термоэдс в магнитном поле, пропорциональная разности v_2x(H) - v_1x(H) будет больше, чем в отсутствие магнитного поля при разности v_2x(0) - v_1x(0). И, наоборот, если время свободного пробега τ для медленных электронов меньше, чем для быстрых, наличие магнитного поля уменьшает термоэдс.

В электронных полупроводниках термоэдс в магнитном поле увеличивается, если время свободного пробега τ уменьшается с увеличением энергии электрона (при рассеянии на акустических фононах).

В электронных полупроводниках термоэдс в магнитном поле уменьшается, если время свободного пробега τ увеличивается с увеличением энергии электрона (при рассеянии на ионизированных атомах примеси).

Сущность технического решения состоит в обеспечении возможности автоматического измерения постоянной Нернста-Эттингсгаузена керамического высокотемпературного сверхпроводника, измерение которой вручную усложняется необходимостью регистрации трех разных сигналов: термоэдс, градиента температуры и магнитной индукции. Для возникновения этих сигналов в сверхпроводнике необходимо обеспечить нахождение образца в магнитном поле, линии которого направлены перпендикулярно вектору градиента температуры, создаваемого при нагреве одной стороны образца и охлаждения противоположной стороны образца, что делает весь процесс сложным и очень легко допустить ошибку. В случае нестабильности магнитного поля или температурного градиента при ручных измерениях вероятность непреднамеренной погрешности измерений повышается. В ручном режиме обработка данных является трудоемким процессом. Кроме того, результаты измерений в ручном режиме регулировка качества измерений в режиме реального времени невозможна, что также влияет на получаемые результаты.

Устройство захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике содержит измерительный блок, представляющий собой держатель 1 (см.Фиг.2), выполненный с возможностью размещения внутри него измеряемого образца 2. Для создания температурного градиента и поддержания температуры на образце 2 он расположен между парой, расположенных в вертикальный ряд, металлических, преимущественно, медных блоков 3 (см.Фиг. 3), выполненных с возможностью нагрева одного из блоков 3, для чего на этом блоке 3 смонтирован нагревательный элемент 4 и охлаждения второго металлического блока 3. На втором металлическом блоке 3 смонтирован датчик температуры 5. К одному и второму металлическому блоку 3 в сторонах блоков 3, обращенных к размещаемому между ними образцу 2 подключены концы дифференциальной термопары 6. Для удержания образца 2 между металлическими блоками 3 и обеспечения постоянного давления на образец 2 со стороны металлических блоков 3 в конструкции держателя 1 предусмотрен прижимной винт 22, смонтированный через планку 23, воздействующий на верхний металлический блок 3 и прижимающий его к образцу 2. В одном из вариантов реализации держатель снабжен двумя прижимными винтами 22, смонтированными над верхним металлическим блоком 3 и под нижним металлическим блоком 3 с возможностью воздействия на упомянутые блоки 3.

Нагревательный элемент 4, датчик температуры 5 и термопара 6 подключены к разъему 7, смонтированному в верхней части держателя 1.

С точки зрения механической конструкции держатель 1 представляет собой оправу из стекловолокна, обеспечивающего сохранение соответствующей геометрии и пространственного расположения металлических блоков 3. С точки зрения функционального проектирования держатель 1 выполнен с возможностью сопротивления воздействию магнитного поля, температурного градиента, температуры.

Держатель 1 смонтирован вертикально внутри корпуса 8 (см.Фиг.4), выполненного в виде открытого сверху прямоугольного параллелепипеда. В одном из вариантов реализации корпус 8 имеет открытые верхний и нижний торцы и нижним торцом смонтирован герметично на постамент 10, так что корпус 8 выполняет роль резервуара, в который заливается жидкий азот, для создания градиента температуры на образце 2. Корпус 8 смонтирован между вертикально ориентированными магнитами 9

Магниты 9 представляют собой электромагнитные катушки, выполненные в виде вертикально ориентированных соленоидов. Магниты 9 выбраны преимущественно мощностью 1,8 Т.

Катушка каждого из магнитов 9 подключена к отдельному выходу блока питания магнитов 11, управляющие входы которого подключены через реле 20 к блоку управления магнитами 12. Блок управления магнитами 12 выполнен с возможностью управления магнитами по заданному в нем алгоритму с установленными временными интервалами, поскольку время работы магнитов 9 тесно связано с конечным результатом.

Между стенками корпуса 8 и магнитами 9 смонтированы изоляторы 13. Блок питания магнитов 11 выполнен с возможностью включения/выключения подачи питания на магниты 9, переключения источника питания с постоянного тока на переменный и обратно, изменения полярности источника питания для изменения направления магнитного поля в магнитах 9 для создания четного и нечетного относительно магнитного поля термоэлектрических сигналов в сверхпроводнике. Реле 20 выполнены с возможностью отключения АЦП 16 при работе магнитов 9 с возможностью устранения магнитного шума магнитов 9 и подключено к микроконтроллеру 17.

Блок управления магнитами 12 подключен к модулю управления 19, выполненному, например, в виде ПЭВМ.

Измерительные концы термопары 6 через упомянутый выше разъем 7 подключены к одному из трех нановольтметров 14 с возможностью измерения температуры с каждого из прилегаемых к металлическим блокам 3 сторон образца 2 для измерения термо-ЭДС для вычисления величины градиента температуры.

Датчик температуры 5 через упомянутый выше разъем 7 подключен ко второму из трех нановольтметров 14 для измерения температуры на металлическом блоке 3, на котором он смонтирован.

К третьему из нановольтметров 14 подключены проводники, электрически подключенные к открытым боковым торцам образца 2 с возможностью измерения разности потенциалов в результате появления электрического поля, перпендикулярного вертикально направленному вектору градиента температур и вектору магнитной индукции или эффекта Нернста-Эттингсгаузена.

Нагревательный элемент 4 через упомянутый выше разъем 7 подключен к источнику питания нагревательного элемента 15.

Нановольтметры 14 выполнены с возможностью измерения и линейного усиления измеряемых сигналов для дальнейшей передачи их на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, к которому подключены упомянутые нановольтметры 14.

АЦП 16 подключено к микроконтроллеру 17. Питание АЦП 16 и микроконтроллера 17 выполнено от блока питания 18.

Микроконтроллер 17 выполнен с возможностью управления АЦП 16, преобразования формата получаемых данных от АЦП 16, их предварительную обработку и обмен данными с модулем управления 19, к которому микроконтроллер 17 подключен. Разрешение АЦП 16 составляет, преимушественно 24 бита, частота для каждого канала составляет, преимущественно, 5 Гц. АЦП 16 управляется микроконтроллером 17 через последовательный интерфейс SPI.

К модулю управления 19 подключен интерфейсный модуль 21 с возможностью ввода/вывода данных.

Захват сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике с помощью описанного устройства осуществляют следующим образом.

Чтобы начать процесс измерения образца 2, первым шагом осуществляют подготовку образца 2, помещают его в держатель между двумя металлическими блоками 3, подсоединяют к боковым торцам образца 2 проводники и зажимают образец 2 с помощью одного или двух прижимных винтов 22, в зависимости от конструкции держателя 1. Держатель помещают внутрь корпуса 8, который смонтирован на постаменте 10 между изоляторами 13 магнитов 9.

С блока питания 18 подают питание на микроконтроллер 17 и АЦП 18. Включают нановольтметры 14. С блока питания магнитов 11 подают постоянное напряжение на магниты 9 и заливают жидкий азот внутрь корпуса 8 через верх. С помощью датчика температуры 5, смонтированного на нижнем медном блоке 3 через подключенные нановольтметр 14, АЦП 16 и микроконтроллер 17 контролируют на интерфейсном модуле 21, подключенном к модулю управления 19 снижение температуры у нижнего торца образца 2 до 77 К.

С модуля управления 19 через блок управления магнитами 12 включают магниты 9, при этом с помощью реле 20 отключают АЦП 16 на период работы магнитов 9 для исключения влияния магнитного поля на результаты измерений. Далее, отключают с блока управления магнитами 12 подачу тока с блока питания магнитов 11 на магниты 9. С источника питания нагревательного элемента 15 подают ток на нагревательный элемент 4. За счет нагрева нагревательного элемента 4 обеспечивают подъем температуры у образца 2 до 300 К, при этом непрерывно в режиме реального времени измеряют с помощью термопары 6 градиент температуры ∇Т в виде термо-ЭДС на образце 2, вектор которого направлен вертикально, с помощью датчика температуры 5 температуру Т у нижнего торца образца 2 и разность потенциалов u, возникающего в результате эффекта Нернста-Эттингсгаузена на боковых торцах образца 2. Электрические сигналы величин Т, ∇Т, u подают на нановольтметры 14, осуществляют их усиление и передают в АЦП 16, где преобразуют сигналы из электрических в цифровые.

Сигналы в цифровом виде с АЦП 16 через микроконтроллер 17 передают в модуль управления 19, в котором фиксируют в режиме реального времени значения указанных величин от времени, т.е. Т(t), ∇Т(t), u(t).

Указанные зависимости сохраняют в памяти модуля управления 19 и воспроизводят в графическом виде с помощью интерфейсного модуля 21. Для повышения точности измерений сигналов включение/отключение магнитов 9 и запуск измерений осуществляют с помощью таймера (на фигурах не показан), запускаемого с помощью модуля управления 19.

Результаты измерений анализируют и для конкретного образца 2 вычисляют постоянную Нернста-Эттингсгаузена q в зависимости от температурного градиента ∇Т(t), то есть q (∇Т, t). Указанную зависимость обрабатывают и выводят на интерфейсный модуль 21 в режиме реального времени. В случае нежелательного отклонения в ходе измерений градиента температуры ∇Т и разности потенциалов u, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена, эти отклонения наблюдают на интерфейсном модуле в режиме реального времени и оперативно вмешиваются (при необходимости) в ход измерений, например, уменьшают/увеличивают температуры в нижней и/или верхней частях образца 2, включают/выключают магниты 9 или прекращают измерения.

В 2022 году авторами изобретения был изготовлен рабочий макет устройства захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике, эксперименты с которым показали высокие эффективность и точность измерений. Благодаря тому, что измерения осуществляются под управлением модуля управления 19 устройство позволяет производить их автоматически, а зависимости измеряемых величин могут быть представлены в режиме реального времени. Благодаря оцифровке в АЦП 16 измеряемых сигналов, их легко можно импортировать для моделирования с помощью аппаратно-программных средств с высокой с дискретностью, что повышает точность экспериментальных результатов и исключает ошибки и погрешности, возникающие при измерениях вручную. На фиг.5,6 показана визуализация измерений в режиме реального времени на интерфейсном модуле 21 в графическом виде, подтверждающие работу устройства и способа. На фиг.5, 6 в верхнем углу отображена кривая u(t), а в нижнем коэффициент Нернста-Эттингсгаузена q в зависимости от градиента температуры ∇Т, возникающего на образце сверхпроводника в магнитном поле.

Изобретение относится к средствам измерения характеристик полупроводниковых термоэлектрических устройств и керамических высокотемпературных сверхпроводников с использованием эффекта Нернста-Эттингсгаузена. Образец размещают между теплопроводными блоками на держателе, помещенном внутрь полого, закрытого герметично снизу, корпуса. Температурный градиент создают путем охлаждения до 77 K образца одной стороны жидким азотом, заливаемым внутрь корпуса, размешенного в магнитном поле между магнитами, и нагрева до 300 K образца с другой стороны с помощью электрического нагревательного элемента. Измерение градиента температуры осуществляют с помощью термопары. Разности потенциалов, возникающих при эффекте Нернста-Эттингсгаузена, определяют автоматически в режиме реального времени после прекращения подачи тока на катушки магнитов, и преобразуют в цифровые сигналы, обрабатываемые в микроконтроллере и модуле управления в режиме реального времени с выводом временных зависимостей ∇Т(t), u(t) на интерфейсный модуль для оперативного изменения хода измерений. По полученным значениям ∇Т вычисляют постоянную Нернста-Эттингсгаузена q и представляют ее в виде временной зависимости от градиента температуры q(∇Т, t). Техническим результатом является повышение точности автоматических измерений сигнала Нернста-Эттингсгаузена. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике, включающий закрепление образца сверхпроводника между двумя блоками из теплопроводного материала, размещение образца с блоками в магнитном поле, создание в образце градиента температур, перпендикулярного магнитному полю, и измерение в нестационарном тепловом режиме эффекта Нернста-Эттингсгаузена, отличающийся тем, что образец, помещенный между теплопроводными блоками, размещен на держателе, который помещен внутрь полого, закрытого герметично снизу, корпуса, температурный градиент создают путем охлаждения одной стороны образца, размещенного в магнитном поле между магнитами, до 77 K жидким азотом, заливаемым внутрь корпуса, и нагрева до 300 K образца с другой стороны с помощью электрического нагревательного элемента, при этом измерение градиента температуры с помощью термопары и разности потенциалов, возникающих при эффекте Нернста-Эттингсгаузена, осуществляют в режиме реального времени автоматически после прекращения подачи тока на катушки магнитов с возможностью снижения влияния магнитного шума магнитов на результаты измерений, градиент температуры ∇Т, получаемый с помощью термопары в виде термо-ЭДС, и разность потенциалов u, возникающая при эффекте Нернста-Эттингсгаузена, преобразуют в цифровые сигналы, обрабатывают в микроконтроллере и модуле управления в режиме реального времени и выводят в виде временных зависимостей ∇Т(t), u(t) на интерфейсный модуль для последующего моделирования и оперативного изменения хода измерений, а по полученным значениям ∇Т, u вычисляют постоянную Нернста-Эттингсгаузена q и представляют ее в виде временной зависимости от градиента температуры q(∇Т, t).

2. Устройство, реализующее способ захвата сигнала, возникающего при эффекте Нернста-Эттингсгаузена в сверхпроводнике, указанный в п.1, содержащее источник магнитного поля, блоки из тепловодного материала с зажатым между ними образцом сверхпроводника и нагревательный элемент, отличающееся тем, что блоки и образец смонтированы внутри держателя, обеспечивающего сохранение геометрии и пространственного расположения блоков и образца и сопротивление воздействию магнитного поля, температурного градиента и температуры, нагревательный элемент смонтирован на одном из теплопроводных блоков, на втором блоке смонтирован датчик температуры, к блокам подключены концы термопары для измерения термо-ЭДС, возникающей при градиенте температур между блоками и на образце, держатель смонтирован вертикально внутри открытого сверху корпуса, смонтированного между магнитами, при этом корпус выполнен с возможностью заливки в него жидкого азота и одновременного охлаждения помещенного внутрь корпуса образца снизу и нагрева с помощью нагревательного элемента сверху для создания на нем градиента температуры, катушки магнитов подключены к блоку питания магнитов, управляющие входы которого подключены через реле к блоку управления магнитами, который подключен к модулю управления, измерительные концы термопары, датчик температуры и электрические проводники, подключенные к открытым боковым торцам образца, через нановольтметры, выполненные с возможностью измерения термо-ЭДС, температуры на нижней стороне образца и разности потенциалов в результате эффекта Нернста-Эттингсгаузена, аналого-цифровой преобразователь и управляющий им микроконтроллер подключены к модулю управления, при этом к микроконтроллеру подключено реле, соединяющее его с блоком управления магнитами с возможностью отключения аналого-цифрового преобразователя при подаче тока на магниты и снижения влияния магнитного шума магнитов на результаты измерений.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что теплопроводные блоки выполнены медными.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что держатель выполнен из стекловолокна.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что удержание образца между теплопроводными блоками в держателе и обеспечение постоянного давления на образец выполнено с помощью прижимного винта, воздействующего на теплопроводный блок и прижимающего его к образцу.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что термопара к нановольтметру подключена дифференциальным способом.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нагревательный элемент, датчик температуры и термопара подключены к нановольтметрам через разъем, смонтированный в верхней части держателя.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что магниты выполнены в виде электромагнитных катушек, намотанных на вертикально ориентированных соленоидах.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между стенками корпуса и магнитами смонтированы изоляторы.

10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что модуль управления выполнен в виде ПЭВМ.