к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Оксидные высокотемпературные сверхпроводники

Оксидные высокотемпературные сверхпроводники - оксидные соединения с высокой критич. температурой Тс перехода в сверхпроводящее состояние. Обнаружение сверхпроводимости в этих соединениях (1986-88) существенно повысило уровень известных значений Тсот15011-31.jpg24 К в Nb3Ge до15011-32.jpg120К в Т12Ва2Са2Сu3Оx, что значительно выше температуры кипения жидкого азота (Ткип = 77,3 К) - дешёвого и доступного хладагента.
Исключит. значимость прикладных аспектов сверхпроводимости и отсутствие принципиальных теоретич. ограничений на Тс(по меньшей мере, до Тс порядка 300 К) делают проблему создания сверхпроводящих материалов с высокой критич. температурой важнейшей задачей физики сверхпроводимости. После открытия в 1911 сверхпроводимости X. Камерлинг-Оннесом (Н. Kamerlingh-Onnes) доминировала тенденция к пояску новых сверхпроводников среди простых металлов (Hg, Pb, Nb), затем среди двойных (Nb3 Sn, Nb3Ga) и тройных [Nb3(Al, Ge)j интерметаллидов (рис. 1). Поиск сверхпроводников среди оксидных соединений был затруднён чисто психологически, поскольку большинство таких соединений является диэлектриками. В 1964 в США было открыто первое оксидное сверхпроводящее соединение со структурой неровскита - SrTi03 с Тс= 0,3-0,5 К при концентрации электронов 1019 - 1020 см-3. В 1974-75 обнаружена сверхпроводимость у LiTi204 (Тс= 11 К) и у BaPb1-xBix03, в к-ром критич. температура менялась с составом и достигала макс. значения Тс = 13 К при х = 0,25, а концентрация электронов была достаточно низкой (ок. 2 х 1021 см-3).

15011-33.jpg

Рис. 1. Рекордные значения Тсметаллических и интерметаллических (пунктир), металлооксидных (сплошная линия) сверхпроводников. Штрих-пунктирные линии соответствуют температурам кипения возможных хладагентов.

В 1986 Й. Г. Беднорц (J. G. Bednorz) и К. А. Мюллер (К. A. Miiller) обнаружили сверхпроводимость с Тс15011-34.jpg30-34 К в многофазной керамике La - Ва - Сu - О. Оказалось, что за сверхпроводимость в этой системе ответственно соединение La2-xBaхCuО4 с макс. значением Тс при х = 0,15 - 0,20. Возможна замена Ва на Sr. В соединении Lа1,8Sr0,2СиО4Тс = 36 К. В 1987 получена керамика Y - Ва - Сu - О с критич. температурой Тс= 92 К. Сверхпроводимость в этой системе связана с соединением15011-36.jpg , где15011-37.jpg - доля вакансий по кислороду. В 1988 синтезированы висмутовые и таллиевые соединения (Tl2Ba2Ca2Cu3Ox, Tc15011-38.jpg110 - 120 К).

15011-35.jpg

Рис. 2. Кристаллическая структура соединений La2-хSrхCuO4.

О. в. с. являются соединениями с ионно-ковалентной связью и дефектной по кислороду перовскитоподобной кристаллич. структурой с упорядоченным расположением кислородных вакансий. Для О. в. с. характерна сравнительно высокая подвижность кислорода в кристаллич. решётке - при нагревании резко увеличивается дефектность по кислороду15011-39.jpg. Сверхпроводящие свойства О. в. с. существенно зависят от содержания кислорода. На примере15011-40.jpg и15011-41.jpg можно утверждать, что существует оптим. концентрация кислорода, при к-рой достигается макс. критич. температура.
Наиб. хорошо изучены соединения Lа2-хSrхСrO4,15011-42.jpg "Исходное" соединение La2CuO4 имеет ромбическую элементарную ячейку и является антиферромаги. диэлектриком с точкой Нееля ТN15011-43.jpg240 К, сильно зависящей от концентрации кислорода. Замещение La на Sr (Ва, Са) приводит к стабилизации тетрагональной фазы (структурный тип K2NiF4, рис. 2). Одноврем. с этим быстро уменьшается ТN и начиная с х = 0,05 антиферромагн. переход полностью подавляется и появляется сверхпроводимость с макс. значением Tс15011-44.jpg40 К при х = 0,15 - 0,20.
Как и La2Cu04, соединение15011-45.jpg с пониж. содержанием кислорода (15011-46.jpg=0,6 - 1,0) представляет собой антиферромагн. диэлектрик. При уменьшении дефектности по кислороду TN быстро снижается от TN15011-47.jpg400 К (15011-48.jpg = 0,85) до нуля (15011-49.jpg 0,6), соединения с15011-50.jpg < 0,6 становятся сверхпроводниками (Тс15011-51.jpg92 К при15011-52.jpg = 0 - 0,1). Область существования высокотемпературной сверхпроводимости на фазовых диаграммах в координатах темп-pa - состав непосредственно примыкает к линии, отвечающей переходу диэлектрик - металл. Вблизи этой же линии происходят переход антиферромагнетик - немагнитный металл и структурный переход.
Если для структуры La2-xSrxCuО4 характерно наличие слоев кислородных октаэдров, центрированных катионами меди и сросшихся друг с другом через общие анионы кислорода (рис. 2), то в соединении15011-53.jpg кислородные октаэдры за счёт создания упорядоченных вакансий кислорода трансформированы в пирамиды и квадраты (рис. 3). В результате в15011-54.jpg существуют медь-кислородные плоскости и цепочки.
На примере сверхпроводящих соединений в системах Т1 - Ва - Са - Сu - О и Bi - Sr - Са - Сu - О установлена связь между характером чередования медь-кислородных плоскостей и значением Тс(рис. 4): "прослаивание" плоскостей Сu - О плоскостями Са увеличивает до определ. предела значение критич. температуры. Наличие уединённых слоев Сu - О с металлич. проводимостью является для О. в. с. фактором, способствующим повышению Тс. В качестве исключения из этого эмпирич. правила можно назвать соединение Ва1-хКхВiO3(ТC = 30 К), не содержащее медь и имеющее кубич. решётку типа перовскита.

15011-55.jpg

Рис. 3. Кристаллическая структура соединений YBa2Cu3O7.

15011-56.jpg

Рис. 4. Кристаллическая структура таллиевых (висмутовых) оксидных сверхпроводников:
слева - Tl2Ba2CuOx (Bi2Sr2CuOx), в центре - Tl2Ba2CaCu2Ox (Bi2Sr2CaCu2Ox), справа - Tl2Ba2Ca2Cu3Ox (Bi2Sr2Ca2Cu3Ox).

Для электрич. свойств О. в. с. в нормальном состоянии типичен линейный рост сопротивления с изменением температуры. Квазидвумерная слоистая структура О. в. с. проявляется в сильной анизотропии ферми-поверхности, электрических и сверхпроводящих свойств. Измерение коэф. Холла и Зеебека указывает, что носителями заряда в большинстве О. в. с. являются дырки (см. Зеебека эффект, Холла эффект), хотя имеются соединения и с электронным типом проводимости (напр., Nd2_хСехСиO4, Тс = 24 К). О. в. с. - соединения, производные от родственных им оксидных систем, таких как La2CuO4 и YBa2Cu3O6. Это антиферромагн. диэлектрики типа Мотта -Хаббарда (см. Моттовские диэлектрики), в к-рых одноцентровые кулоновские электрон-электронные корреляции приводят к расщеплению на верхнюю и нижнюю хаббардовские зоны меди (см. Хаббарда модель ).Кислородная зона находится в энергетич. зазоре между ними. Возможно и перекрытие кислородной зоны с нижней хаббардовской зоной меди. Уровень Ферми располагается вблизи потолка кислородной зоны, при этом реализуется ситуация типа "дырки - на кислороде, локальные магн. моменты -на меди". Замещение La на Sr или варьирование концентрации кислорода приводит к созданию дырок в кислородной зоне.
О. в. с. - сверхпроводники второго рода с сильной анизотропией 1-го л 2-го критич. полей, глубины проникновения магн. поля15011-57.jpgкритического тока Iс, длины когерентности15011-58.jpg (табл.).

Характеристики некоторых оксидных высокотемпературных сверхпроводников
Поле параллельно слоям Сu - О
Поле перпендикулярно слоям Сu - О
Тс
15011-61.jpg

Т л

15011-62.jpg (0),15011-63.jpg
15011-64.jpg (0), Тл
15011-65.jpg
(La1-x Srx)2 CuO . .
83
74
6
5
36
YBa2Cu3O7 ......
140
35
28
7
92
Bi2Sr2СаСu2Оx ....
270 - 400
34-40
21 - 29
2-3
85

Сама сверхпроводимость связана с проводящими слоями Сu - О, а роль остальных элементов сводится фактически к удержанию нужной кристаллич. структуры. В частности, в YBa2Cu3O7 замена Y на любой трёхвалентный редкоземельный элемент, в т. ч. и магнитный, практически не сказывается на значении Тс. В результате соединения RBa2Cu3O7 с R - Nd, Sm, Gd, Dy, Er переходят в антиферромагн. состояние соответственно при Т = 0,52; 0,61; 2,25; 0,90; 0,60 К без разрушения самого сверхпроводящего состояния, т. е. указанные О. в. с. относятся к классу антиферромагн. сверхпроводников (см. Магнитные сверхпроводники). В YBa2Cu3О7 длина когерентности поперёк слоев Сu - О (15011-59.jpg) несколько меньше расстояния между слоями, однако сверхпроводимость является трёхмерной. В Bi2Sr2CaCu2O815011-60.jpg уже значительно меньше расстояния между слоями Сu - О, и сверхпроводимость, по-видимому, является квазидвумерной. Параметр 215011-66.jpg/kTc = 4-10 (15011-67.jpg - энергетическая щель, измеренная в экспериментах по одночастичному тунне-лированию), что выше, чем величина 3,5, предсказываемая теорией Бардина - Купера - Шриффера (БКШ) (см. Бардина - Купера - Шриффера модель). При Т = Тс наблюдается скачок теплоёмкости, либо соответствующий в теории БКЩ образованию куперов-ских пар, либо (аналогично переходу жидкого 4Не в сверхтекучее состояние) отвечающий бозе-конденсации пар, уже существующих выше Тс.
Существует большое число теоретич. моделей, в к-рых делаются попытки объяснить природу высокотемпературной сверхпроводимости в О. в. с. В моделях с фононным механизмом образования электронных пар высокая критич. темп-pa связывается либо с резким усилением электрон-фононного взаимодействия, либо с наличием особенностей в плотности электронных состояний. Во мн. моделях используется модифицированный экситонный и обменный механизм сверхпроводимости.

Литература по оксидным высокотемпературным сверхпроводникам

  1. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости, под ред. В. Л. Гинзбурга, Д. А. Киржница, М., 1977;
  2. Беднорц И. Г., Мюллер К. А., Оксиды перовскитного типа - новый подход к высокотемпературной сверхпроводимости, "УФН", 1988, т. 156, с. 323;
  3. Высокотемпературные сверхпроводники, пер. с англ., М., 1988.

В. В. Мощалков

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 25.11.2020 - 08:03: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:52: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:37: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александры Андерссон - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:51: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:47: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 20:37: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 20:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 20:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 18:14: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 16:41: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution