Новый безмедный сверхпроводник K-Bi-O
Хорошо известно семейство сверхпроводящих соединений BaBi(Pb)O3. Все эти сверхпроводники являются "четверными": Ba-Pb-Bi-O или Ba-K-Bi-O. В Японии (ISTEC, Токио) путем синтеза при высоком давлении впервые получили тройной сверхпроводник K1-xBi1+xO3 [N.R.Khasanova et al., Physica C 305 (1998) 275]. Величина Tc составляет около 10К при 0? x? 0.1 и почти не зависит от x в этом диапазоне, а увеличение x>0.1 ведет к потере сверхпроводимости. По данным рентгеновской и электронной дифракции кристаллическая структура представляет собой кубический перовскит.
Ревизия симметрии параметра порядка в "электронных" ВТСП
Большинство (хотя и не все) экспериментальных данных говорит о том, что в ВТСП с дырочным типом проводимости параметр сверхпроводящего порядка D имеет d-волновую симметрию. Таких ВТСП подавляющее большинство (YBa2Cu3O7,
La2-xSrxCuO4, Bi2Sr2CaCu2O8 и т.д.). Что касается немногочисленных известных на сегодня ВТСП с электронным типом проводимости, наиболее изученным из которых является Nd2-xCexCuO4, то долгое время считалось, что в них D имеет s-волновую симметрию.
Группа японских физиков из Nagoya University, Tohoku University и Japan Science and Technology Corporation выполнила исследования квазичастичных спектров возбуждений в монокристаллах
Nd2-xCexCuO4 методом STM/STS [1]. Полученные результаты показали, что D не только анизотропен в импульсном пространстве, но и имеет
d-волновую симметрию. Авторы [1] обсуждают, тип этой симметрии – dxy-волна или dx2-y2-волна – и склоняются в пользу последней.
[1] F.Hayashi et al., J. Phys. Soc. Jap., 1998, 67, p.3234
Сверхпроводимость Tl1.8Ba2.0Ca2.6Cu3.0O10+d в морозную погоду при высоком давлении
Известно, что критическая температура Tc большинства ВТСП увеличивается под давлением, достигая рекордной величины Tc" 160К в HgBa2Ca2Cu3Ox при P" 30ГПа. Недавно появилось сообщение [1] об аномальном росте Tc поликристаллических образцов ВТСП Tl1.8Ba2.0Ca2.6Cu3.0O10+d при P" 5ГПа. Авторы [1] обнаружили, что Tc быстро увеличивается с ростом P от своего начального значения Tc=129К при P=0 и достигает величины Tc=255К (обычная для русской зимы температура!) при P=4.3ГПа. Вот только Tc, измеренная в [1], к сожалению, представляет собой не температуру нулевого сопротивления, а лишь температуру начала уменьшения (хотя и очень резкого) R(T) при охлаждении образца. Заметим, что статья [1] представляет собой своеобразный "интернациональный винегрет": она написана китайскими физиками на английском языке и опубликована в украинском журнале.
[1] C.Y.Han et al., ФНТ, 1998, 24, p.305
Завершена сборка магнитной системы RHIC (Brookhaven)
1800 сверхпроводящих магнитов установлены и частично испытаны в единой магнитной системе коллайдера тяжелых релятивистских ионов (RHIC). На их изготовление потребовались 21млн. метров сверхпроводящего проводника и 900 тысяч часов рабочего времени. Планируется, что первый испытательный “пуск” пучка ионов будет произведен в марте 1999 года, а в июле ожидаются эксперименты по первому столкновению пучков. Поставщиком первичного пучка ионов для RHIC станет старейший брукхэвенский синхротрон (AGS), построенный еще в 1960 году.
CERN Courier, December 1998
Сверхпроводящий фильтр
Ученые International Superconductivity Technology Center (Tokyo) совместно с NEC Corp. (Tokyo) разработали ВТСП фильтр для использования в спутниковых системах связи и на базовых станциях сотовых телефонов. В процессе разработки преодолена проблема, стоявшая перед такими фильтрами. Прежние конструкции ВТСП фильтров не совместимы с высокими уровнями мощности, характерными для систем космической связи. ВТСП фильтр, анонсированный ф. NEC, выдерживает в 10 раз более высокие уровни мощности в сравнении с другими ВТСП фильтрами.
Контакт:
G. Pindoria, e-mail: Ошибка! Закладка не определена.
Гигантский изотоп-эффект в сверхпроводнике La2-xSrxCuO4
Лантановая керамика уже принесла Alex'у Muller'у нобелевскую премию. И вот – новый подарок. Muller с соавторами обнаружил в сверхпроводнике La2-xSrxCuO4 гигантский изотоп-эффект.
Две группы экспериментаторов, возглавляемые A.Bianconi (Римский университет) и K.A.Muller'ом (Цюрихский университет) исследовали структуру спектральных линий в La1.94Sr0.06CuO4 вблизи края рентгеновского поглощения (методом XANES, чувствительным к локальным искажениям кислородного окружения атомов меди). Эксперименты проводились на источнике синхротронного излучения в Гренобле.
Вид спектра определяется статистическим распределением “мгновенных фотографий” кристаллической решетки (с характерным временем 10-15с) на масштабах порядка 5A. В эксперименте для образца La2-xSrxCuO4 ниже некоторой температуры Т* форма спектральных линий резко изменялась, что авторы связывают с замораживанием флуктуаций и возникновением поляронного упорядочения типа полос (lattice-charge stripes). При замене 16O на 18O температура Т* возрастает со 110К до 170К. При этом изотоп-эффект для температуры сверхпроводящего перехода Тс гораздо меньше и другого знака: для образца с 16O Тс" 8К, а у образца с 18O Тс примерно на 1К ниже. Столь огромный изотопический сдвиг температуры Т* авторы объясняют важной ролью поляронных эффектов в образовании полос. Такая интерпретация накладывает определенные ограничения на возможные микроскопические механизмы, ответственные за возникновение, как полосчатой структуры, так и сверхпроводящего состояния.
Ошибка! Закладка не определена., версия от 5.01.99
Верхнее критическое поле борокарбида YNi2B2C
Измерения верхнего критического поля Hc2 в сверхпроводниках осложняются наличием “паразитного” парамагнитного сигнала, обусловленного несовершенством образца (наличием областей нормальной фазы). Поэтому в ходе экспериментов по определению Hc2(T) в борокарбиде YNi2B2C группа американских и южнокорейских физиков уделила особое внимание качеству исследованных ими монокристаллов [M.-O.Mun et al., Physica C 303 (1998) 57]. Им удалось понизить парамагнитный сигнал до уровня 10% от минимального приводимого в литературе и получить таким образом более достоверные значения Hc2. Оказалось, что во всем изученном диапазоне температур 9K < T < Tc " 15K (0 < Hc2 < 3Тл) зависимость Hc2(T) имеет положительную кривизну. Иными словами, скорость роста Hc2 при понижении температуры увеличивается, а признаки выхода Hc2 на константу при T ® 0 отсутствуют. Интересно, что точно такой же вид кривая Hc2(T) имеет и в “overdoped” ВТСП. Это “совпадение” может быть следствием сходства механизмов сверхпроводимости борокарбидов и ВТСП.
Легированная Си-О плоскость: еще одна попытка описать основное состояние
Проблема основного состояния слаболегированных 2D купратов до сих пор активно дискутируется при множестве разноречивых экспериментальных результатов и теоретических моделей. Картину усложняют два обстоятельства (к слову, они же обуславливают разнородность экспериментальных данных):
наличие дальнего и/или ближнего магнитного порядка и
существенно различная подвижность дырок при легировании исходной диэлектрической матрицы различными типами допантов.
Так, например, модельное соединение La2CuO4 можно легировать тремя принципиально разными способами: примесью замещения в позицию La (1) или Cu (2) а также примесью внедрения в виде сверхстехиометрического кислорода (3). В последнем случае из-за большой подвижности кислорода система демонстрирует макроскопическое фазовое расслоение на дырочно-богатую и дырочно-бедную фазы, размеры которых могут достигать масштаба нескольких микрон. При всем многообразии ВТСП систем, система La2CuO4+х – единственная, где явление фазового расслоения происходит на макроскопических масштабах. Именно это явление легло в основу представления о легированной Сu-О плоскости, как о нестабильной относительно фазового расслоения. При этом следует иметь в виду, что в случае “тяжелых” примесей (Sr вместо La и Li вместо Cu) система может расслаиваться только на микроуровне. В первом приближении размеры возникающих “фаз” определяются выигрышем в магнитной энергии и проигрышем в кинетической.
Какая форма зарядовых флуктуаций будет реализовываться на практике, опять же зависит от типа конкретной системы. Например, магнитная восприимчивость La(Sr)CuO4 системы трактовалась [1] как система антифазных доменов, где носители тока сконцентрированы на границах доменных стенок. Система La2CuO4+x с низкой подвижностью кислорода и, как следствие, с отсутствием макроскопического расслоения не укладывается в модель с дырочно-богатыми доменными стенками, а более адекватно описывается в модели дырочно-богатых капель с размерами, зависящими от подвижности кислорода [2]. Кроме этого, значительный блок работ (в основном по упругому рассеянию нейтронов) теперь уже на кристаллах с большой подвижностью избыточного кислорода посвящен обнаружению и исследованию кислородной сверхструктуры и структурам, связанным с кислородным упорядочением (stripes, stagers etc.).
Наконец, недавно появилась еще одна работа, касающаяся вопроса о том, как же выглядит допированная Сu-О плоскость с точки зрения распределения в ней избыточного заряда. Изучалась система La2Cu(Li)O4. Известно, что замещение меди литием дает самую низкую подвижность дырок в La2CuO4 (сопротивление dR/dT<0 во всей области концентраций и температур!). ЯКР исследования на 139La в этой системе [3] и сравнение результатов с данными для La(Sr) системы с аналогичным поведением привели авторов к заключению, что нечувствительность результатов эксперимента к характеру допирующей примеси и подвижности избыточных дырок требует пересмотра представлений об основном состоянии легированной Сu-О плоскости. В работе сделана попытка ввести представление о новой коллективной структуре избыточных дырок. Хотя идея нова и безусловно заслуживает внимания, но предстоит еще ответить на вопрос, насколько она применима ко всем системам и насколько, в связи с этим, можно говорить об универсальном поведении легированной Сu-О плоскости. А.Захаров
Cho et al. Phys. Rev. Lett., 1993, 70, p.222
Pomjakushin et al. Phys. Rev. B, 1998, 58, p.12350
Suh et al. Phys. Rev. Lett.,1998, 81, p.2791
Сверхпроводниковый магнит для LHC
16 июля 1998 года в CERN'е продемонстрирована успешная работа сверхпроводникового дипольного магнита для будущего коллайдера LHC. В разработке и изготовлении магнита принимали участие итальянский INFN (Национальный институт ядерной физики) и промышленная компания Ansaldo Energia. INFN в содружестве с CERN разработали конструкцию сверхпроводящего магнита, а Ansaldo Energia изготовила его.
Магнит был установлен на испытательном стенде в LHC в начале июня и охлажден до температуры 1.8К, при этом было достигнуто проектное значение магнитного поля 8.3Тл. После увеличения поля до значения 8.6Тл сверхпроводниковый магнит перешел в нормальное состояние.
При весе около 26т и длине 15 –16м магнит имеет длину магнитного участка 14.2м при 1.9К, внутренний диаметр каждой из двух апертур - 56мм.
Июньская демонстрация стала частью из серии испытаний магнита, при которых магнит термоциклировали и исследовали качество магнитного поля и системы защиты магнита при его переходе в нормальное состояние.
CERN Courier, 1998, 38(6), p.17
Новая серия ВТСП (на этот раз с хромом)
Японские физики из National Institute for Research in Inorganic Materials (Tsukuba, Ibaraki) синтезировали девять соединений, относящихся к новому гомологическому ряду (Cu0.5Cr0.5)Sr2Can-1CunO2n+3+d (n=1? 9), где n представляет собой, по сути дела, число слоев CuO2 в элементарной ячейке. Все эти соединения имеют тетрагональную структуру с периодами a" 0.39нм и c" 0.8+0.32? (n-1)нм. Tc=81К, 103К, 71К, 65К, 32К, 10К при n=2; 3; 4; 5; 6; 7 соответственно. При n=1; 8; и 9 сверхпроводимость отсутствует. По данным электронной микроскопии высокого разрешения кристаллографические слои (перпендикулярные оси c) чередуются в порядке SrO-(Cu0.5Cr0.5)O-SrO-CuO2-(Ca-CuO2)n-1. Атомы ме-ди и хрома в слоях (Cu,Cr)O распределены случайным образом (если какое-то упорядочение и имеет место, то оно локальное и неполное). Источниками дырочных носителей являются избыточные атомы кислорода и/или вакансии атомов меди в слоях (Cu,Cr)O.
Транспортные измерения Hc2 в YBa2Cu3O7-x при низких температурах
При T<<Tc величина верхнего критического поля Hc2 в ВТСП существенно превышает максимальные значения H постоянного магнитного поля, генерируемого современными магнитами. Поэтому для измерения Hc2 приходится использовать импульсные магнитные поля. Именно так была найдена величина Hcc2=(110? 135)Тл для ВТСП YBa2Cu3O7-x при T=(2 ? 4)K и параллельном кристаллографической оси с направлении магнитного поля [1-3]. В работе [4] международного коллектива австралийских (University of New South Wales; CSIRO), японских (University of Tokyo; International Technology Center), американских (Los Alamos National Laboratory) и российских (Арзамас-16) физиков было исследовано воздействие на тонкие пленки YBa2Cu3O7-x перпендикулярного оси с магнитного поля с H~300Тл. Было установлено, что диссипация начинается при Hab =150Тл. Это существенно меньше оценки Habс2=670Тл, сделанной на основании экспериментальных значений длины когерентности x в Y-123. Следовательно, причиной нарушения сверхпроводимости является достижение “парамагнитного предела”, а не уменьшение характерной магнитной длины ниже масштаба x .
Nakagawa et al., to be published.
L.Smith et al., J. Low Temp. Phys.,1994, 95, p.75
D.Goettee et al., Physica B, 1994, 194-196, p.1805
S.Dzurak et al., Phys. Rev. B, 1998, 57, p.14084
Сверхпроводимость 2DEG
Эксперименты С.В.Кравченко, выполненные за границей, имели большой резонанс в научном мире. Об этом уже неоднократно сообщал ПерсТ. Наблюдаемое металлическое состояние двумерного электронного газа (2DEG) в кремниевом полевом транзисторе (MOSFET) при очень низких температурах противоречило общепринятой теории металлов, согласно которой двумерные металлы при нулевой температуре обращаются в изоляторы.
Подробная теория наблюдаемого явления сейчас только разрабатывается, но уже можно сделать некоторые несомненные утверждения. Главное из них состоит в том, что теория ферми-жидкости не применима к достаточно разреженному 2DEG, у которого среднее расстояние между электронами велико по сравнению с боровским радиусом. В этом случае (учитывая ферми-статистику электронов) энергия кулоновского взаимодействия электронов превышает их кинетическую энергию. Подходящей для этого случая моделью является латтинжерова жидкость (Luttinger liquid), но ее применение даже к одномерным проводникам дает то согласие, то противоречие с экспериментом. Возможно, главным ее недостатком является игнорирование спина электрона, а значит, и обменного взаимодействия.
Поэтому ученые из University of Illinois at Urbana-Champaign (США) предлагают обойтись хорошо известными средствами, а не привлекать пока слабо изученные модели. Они считают, что наблюдаемый Кравченко эффект является переходом изолятор (большая доля фазы вигнеровского кристалла в неупорядоченном 2DEG)-сверхпроводник. По мнению авторов, все основания для этого имеются: прежде всего, критическое поведение от внешних магнитного и электрического полей. Хорошо известно, что магнитное поле разрушает синглетную сверхпроводимость, когда спаренные электроны имеют нулевой суммарный спин. Возможным кандидатом для спаривания электронов называется поверхностный плазмон. В отличие от своего трехмерного собрата он имеет бесщелевой спектр, т.е. существует на любой частоте. К сожалению, это остается только гипотезой, т.к. конкретные расчеты не выполнены. Заметим попутно, что на огромное влияние поверхностных плазмонов на проводимость 2DEG неоднократно указывал в своих работах В.А.Волков (ИРЭ РАН, Москва).
Nature, 1998, 395, р.253
Какова же симметрия сверхпроводящего параметра порядка в ВТСП?
За последние несколько лет опубликовано много экспериментальных работ, посвященных орбитальной симметрии сверхпроводящего параметра порядка ? в ВТСП. Основное внимание было уделено следующим соединениям: YBa2Cu3O7-x, Tl2Ba2CuO6+x, Bi2Sr2CaCu2O8+x и Nd1.85Ce0.15CuO4. При интерпретации экспериментальных данных мнения разделились. Одни эксперименты были объяснены d-волновой симметрией ? , а другие - более "прозаичной" s-волновой симметрией. Подробный анализ экспериментальной ситуации и причин имеющихся противоречий дан в работе Richard'а Klemm'а (Argonne National Laboratory), которая готовится к публикации в International Journal of Modern Physics B (и, возможно, уже опубликована к моменту выхода в свет этого номера ПерсТ'а). R.Klemm отмечает, что все эксперименты можно условно разделить на 3 категории: 1) измерения термодинамических и транспортных характеристик; 2) фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES); 3) джозефсоновское туннелирование. После этого он "по косточкам" разбирает каждую из этих категорий.
1. Термодинамические и транспортные характеристики
1.1. Парамагнитный эффект Мейснера
Он наблюдается в неоднородных образцах, причем не только в ВТСП, но и, например, в ниобии. Его причина, по-видимому, никак не связана с симметрией ? .
1.2. Нелинейный эффект Мейснера
Этот эффект должен наблюдаться в d-волновом сверхпроводнике, поскольку наличие у ? нулей на поверхности Ферми приводит к появлению избыточной плотности квазичастичных состояний. При направлении магнитного поля, параллельном плоскости a-b, вращение образца вокруг оси c должно приводить к периодической зависимости намагниченности от угла поворота с периодом ? /2. Намеки на такую периодичность имелись в ранних экспериментах. Позднее было установлено, что при низких температурах период равен ? , как и в ниобии.
1.3. Теплоемкость
При низких температурах и сильных магнитных полях удельная теплоемкость C ~ TH1/2, что говорит в пользу d-волновой симметрии. Однако такая же зависимость C(T,H) имеет место в V3Si (предположительно, из-за спиновых флуктуаций).
1.4. Глубина проникновения
Температурная зависимость глубины проникновения магнитного поля ? ab в плоскости a-b говорит о наличии нулей ? на поверхности Ферми, тогда как зависимость ? c(T) вдоль оси c описывается в рамках s-волновой модели. Таким образом, вся совокупность экспериментальных данных для ? ab и ? c не согласуется ни с "чистой" d-волновой, ни с "чистой" s-волновой симметрией ? .
1.5. Сканирующая туннельная микроскопия
Экспериментально обычно измеряют изменение плотности электронных состояний на уровне Ферми при понижении температуры ниже Tc, и это изменение объявляется сверхпроводящей щелью. Для Hg-1201 результаты согласуются с s-волновой симметрией ? , для Tl-2201 - с d-волновой симметрией, для Y-123 и Bi-2212 - и с той, и с другой (по данным разных авторов), причем иногда противоречивые данные получаются даже при измерениях в различных точках одного и того же образца! Не исключено, что за сверхпроводящую щель принимается щель, обусловленная волной зарядовой плотности, как в 2H-TaSe2.
2. Псевдощель
При Tc<T<T* в ВТСП с пониженной концентрацией носителей наблюдается так называемая "псевдощель", обладающая, по-видимому, d-волновой симметрией.
2.1. Фотоэмиссионная спектроскопия (ARPES)
Эксперимент свидетельствует о резкой анизотропии ? на поверхности Ферми и возможном наличии у ? нулей, что согласуется с d-волновой симметрией.
2.2. Рассеяние нейтронов
Получено непосредственное доказательство формирования волны спиновой/зарядовой плотности при T<T*. Анизотропная псевдощель "имитирует" d-волновую сверхпроводящую щель. Таким образом, за d-волновую сверхпроводимость могут ошибочно приниматься эффекты, связанные с конкурирующими волнами спиновой/зарядовой плотности, сохраняющимися вплоть до низких температур.
2.3. Аналогия с 2H-TaS2
Около 30 лет назад в литературе появилось сообщение о сверхпроводящих флуктуациях в 2H-TaS2 (pyridine)1/2, существующих вплоть до 30К (10Tc!). Позднее оказалось, что за сверхпроводящие флуктуации было ошибочно принято "не полностью разрушенное состояние" с волной зарядовой плотности. Аналогия с псевдощелью в ВТСП очевидна.
3. Джозефсоновское туннелирование
Эти эксперименты наиболее интересны, поскольку дают информацию о фазе сверхпроводящего параметра порядка, а не только о его величине, то есть щели, но они же и наиболее противоречивы.
3.1. Бикристаллические границы зерен Y-123
Измерения критического тока между зернами различной формы и окружающей их матрицей являются наиболее убедительным доказательством анизотропии ? , но не могут быть объяснены d-волновой симметрией ? .
3.2. Контакты между Pb и Y-123 по оси c
Имеющиеся в литературе данные говорят о том, что s-волновая компонента составляет по крайней мере 30% от ? . Какую симметрию имеют остальные 70% ? , на основании этих экспериментов сказать нельзя. Не исключено, что и d-волновую.
3.3. Контакты между Pb и Y-123 в плоскости a-b
Обнаружен сдвиг фаз на ? , что считается доводом в пользу d-волновой симметрии. Однако есть и другое возможное объяснение: захват магнитного потока на краях образца (что и подтвердили недавние эксперименты, выполненные с помощью СКВИДа). Была сделана попытка устранить захваченный магнитный поток. Она оказалась удачной, а полученные при этом результаты добавили уверенности сторонникам d-волновой симметрии. Однако более тщательные повторные эксперименты лучше всего могут быть объяснены p-волновой (!) симметрией, хотя их авторы и делают вывод о d-волновом спаривании, "отбрасывая" при этом, по утверждению R.Klemm'а, большую часть данных.
3.4. Контакты на границах двойников
Зарегистрирован сдвиг фазы s-волновой компоненты (единственной, наблюдаемой в этих экспериментах) на ? при пересечении границы двойника. Из этого был сделан вывод, что по разные стороны от границы ? имеет (d+s)-волновую и (d-s)-волно-вую форму. Но разве можно на основании изменения фазы s-волновой компоненты заключать, что в ? есть еще и d-волновая составляющая? Кроме того, интерпретация эксперимента осложняется возможным наличием на границе двойника локализованной волны спиновой/зарядовой плотности.
3.5. Трикристаллические границы зерен Y-123
Экспериментальные данные согласуются с d-волновым сценарием, однако и здесь не исключен паразитный эффект от магнитного потока, захваченного между слоями CuO2. Кроме того, на интерпретацию эксперимента влияет "извилистость" двойниковых границ, о чем свидетельствует просвечивающая электронная микроскопия.
3.6. "Внутренние" джозефсоновские контакты
Контакты между параллельными слоями CuO2 в ВТСП представляют собой "внутренние" (intrinsic) джозефсоновские контакты. Информацию об их характеристиках можно получить, анализируя ВАХ. Результаты должны зависеть от симметрии ? . Имеющиеся на сегодняшний день данные говорят в пользу s-волновой симметрии.
3.7. Контакты на границе разлома
Если расколоть монокристалл ВТСП на две половинки вдоль проводящих кристаллографических слоев, а затем повернуть одну из половинок на некоторый угол a и вновь прижать эти половинки друг к другу, то можно ожидать наличие зависимости Ic такого контакта от ? . В частности, для d-волнового сверхпроводника должно быть Ic=0 при a =450. Однако на эксперименте зависимости Ic от ? не было обнаружено.
Выводы
Эксперименты очень противоречивы. Одни могут быть лучше всего объяснены d-волновой симметрией ? , другие - s-волновой, третьи - смешанной (d+s)-волновой симметрией с существенным вкладом каждой волны. Пока даже не ясно, одинакова ли симметрия ? во всех ВТСП или же различна. Не исключено, что во многих экспериментах параметры зарядового и/или спинового порядка могут быть ошибочно приняты за сверхпроводящий параметр порядка.
Для тех, кто хочет подробнее ознакомиться с состоянием экспериментальных исследований по затронутой проблеме, отметим, что работа R.Klemm'а содержит cсылки на все ключевые эксперименты.
Команда Лихарева из Stony Brook изготовила самую быструю в мире схему
Сотрудники State University of New York (Stony Brook, США) продемонстрировали устойчивую работу цифрового делителя частоты до частот 750ГГц при рассеиваемой мощности 10мкВт (рабочая температура 1.8К). Это - самая быстрая из известных твердотельных цифровых схем. Полупроводниковые схемы с аналогичными функциями, по крайней мере, на порядок медленнее и рассеивают в 105 (!) раз большую мощность. Работа схемы основана на принципах RSFQ (Rapid Single Flux Quantum) логики, обеспечивающих максимальное для сверхпроводниковых схем быстродействие. На одном чипе размещены 8 делителей частоты, каждый из которых включает 68 джозефсоновских переходов (Nb/AlOx/Nb) с площадью каждого - 0.25мкм2 при толщине электродов 150нм. Схема изготовлена с применением электронно-лучевой литографии для формирования рисунка. Разброс параметров переходов не превышает ± 10% (при этом в RSFQ схемах принципиально допускается 30% разброс). Схема содержит переходы с резистивным шунтом (Jc=0.5мА/мкм2, IcRn=1.8мВ) и нешунтированные (Jc=2мА/мкм2).
Кавитация Евгения Подклетнова
В 1899 году в романе “Путешествие на Луну” (“The First Men in the Moon”) Герберт Уэлс рассказал о том, как ученый Кавор открыл некоторое антигравитирующее вещество в виде минеральной пасты и назвал его каворитом. Покрыв им поверхность сферы, он отправился с друзьями на Луну. Российский ученый Е.Подклетнов претендует на открытие в наши дни реального каворита в виде сверхпроводящего материала YBCO. Схема установки, на которой в 1992г. в Финляндии Е.Подклетнов наблюдал уменьшение веса образца, размещенного над вращающимся в переменном магнитном поле сверхпроводящим диском, представлена на рисунке. Без вращения потеря в весе составляла 0.05%. Максимальная потеря в весе при вращении диска составляла 0.3%.
<>С тех пор не удается ни надежно подтвердить этот эффект, ни надежно его закрыть. Было проведено множество экспериментов, которые давали попеременно то положительный, то отрицательный результат. NASA выделила большие деньги на проведение эксперимента и для консультаций пригласила самого автора, но итог пока отрицательный. Главная сложность состоит в том, что изменение веса настолько мало, что трудно избежать посторонних воздействий. Кроме того, сам Подклетнов упирает на особую структуру полученного материала, которую трудно воспроизвести.
Как бы то ни было, большинство физиков скептически восприняло результаты Подклетнова, основываясь на положениях общей теории относительности, согласно которой гравитация вообще не сила, а искривление 4-х мерного пространства-времени, что является следствием совпадения гравитационного заряда с инерционной массой.
Но самое поразительное в этой истории то, что еще до опыта Подклетнова Li и Torr опубликовали две работы, в которых предсказывали генерацию гравитации при вращении сверхпроводящего диска в переменном магнитном поле.
За дальнейшим развитием событий можно проследить на странице в Интернете:
Ошибка! Закладка не определена.
Превращение тепловой энергии в электрическую в неоднородном сверхпроводящем кольце
Хотелось бы обратить внимание читателей ПерсТ'а на интересный результат работы [1], в которой рассматривается эффект Литтла-Паркса в неоднородном сверхпроводящем кольце. Еще в 1962 году Литтл и Паркс [2] обнаружили, что температура перехода тонкостенного цилиндра малого радиуса в сверхпроводящее состояние периодически (с периодом равным кванту потока) зависит от величины магнитного потока. Этот эффект был объяснен М.Тинкхамом [3], как одно из проявлений макроскопической квантовой природы сверхпроводимости (см. также [4]). Периодическое смещение критической температуры связано с квантованием скорости сверхпроводящих электронов, аналогично тому, как это имеет место в атоме. Скорость стремится приобрести минимально возможное значение. При потоке внутри цилиндра, кратном кванту потока, минимально возможное значение скорости равно нулю. Но при потоке, не кратном кванту, скорость не может быть равна нулю. Это приводит к зависимости энергии сверхпроводящего состояния от потока и, как следствие, к периодическому смещению критической температуры в магнитном поле. Это смещение имеет заметную величину в кольце (цилиндре), радиус которого сравним с корреляционной длиной [4].
М.Тинкхам [3] рассматривал однородное кольцо. В случае неоднородного кольца, один участок которого имеет пониженную критическую температуру в сравнении с другим [1], вследствие термодинамических флуктуаций на участке с меньшим Тс при температурах, соответствующих резистивному переходу этого участка, появляется напряжение, величина которого периодически зависит от величины потока внутри кольца, с периодом, равным кванту потока. При переходе в сверхпроводящее состояние участка с наименьшей Тс в кольце возникает ток фиксированного направления, а при обратном переходе в нормальное состояние на рассматриваемом участке появляется напряжение, так как вследствие конечной индуктивности кольца ток не может затухнуть мгновенно. При периодическом или хаотическом переводе участка с наименьшим Тс из нормального состояния в сверхпроводящее и обратно на нем возникнет напряжение с постоянной составляющей, зависящей периодически от величины магнитного потока внутри кольца. Итак, сверхпроводящее кольцо является тепловой машиной, в которой тепловая энергия может быть преобразована в электрическую энергию постоянного тока. Без учета флуктуаций максимальный коэффициент полезного действия тепловой машины, реализуемый в цикле Карно, пропорционален амплитуде изменения температуры [5].
Однако переход из нормального состояния в сверхпроводящее и обратно может происходить и без изменения температуры вследствие флуктуаций, если разность энергий рассматриваемого участка в нормальном и сверхпроводящем состояниях не превышает kBT. Это возможно вблизи критической температуры, так как при Т=Тс эта разность равна нулю. Следовательно, постоянное напряжение может возникать в неоднородном сверхпроводящем кольце и при постоянной температуре, близкой к критической. Авторы дают подробное объяснение необычному явлению.
V.Nikulov and I.N.Zhilyaev, "The Little-Parks Effect in an Inhomogeneous Superconducting Ring." J. of Low Temp.Phys. 1998,112(3/4), p.227-236
A.Little and R.D.Parks, Phys.Rev.Lett.,1962, 9, p.9
Tinkham, Phys.Rev. 1963,129, p.2413
Тинкхам, Введение в сверхпроводимость. Атомиздат М.1980
Киттель, Статистическая термодинамика. "Наука", М., 1977
Резкий рост критической температуры "нового" ВТСП PrBa2Cu3Ox под давлением
В течение очень длительного времени после открытия ВТСП в 1986 году господствовало мнение, что соединение PrBa2Cu3Ox является "несверхпроводящим исключением" из ВТСП-серии ReBa2Cu3Ox (Re - редкоземельный элемент). Какие только версии не выдвигались для объяснения этого "факта": разрыв куперовских пар магнитными моментами атомов празеодима, уменьшение концентрации носителей заряда или их локализация и т.д. Эти споры закончились в 1996 году после открытия сверхпроводимости в тонких пленках PrBa2Cu3Ox [1] и его последующего подтверждения другими авторами [2]. Сверхпроводимость наблюдалась также и в монокристаллах PrBa2Cu3Ox [3]. Причина того, почему один из двух (одинаковых на первый взгляд) образцов PrBa2Cu3Ox является полупроводником, а другой - сверхпроводником, пока однозначно не установлена, хотя и выяснено, что их структуры несколько различаются (но весьма незначительно).
В этом году PrBa2Cu3Ox преподнес очередной сюрприз. Японские физики из National Research Institute for Metals, Electrotechnical Laboratory и Ibaraki University исследовали влияние высокого давления P на Tc монокристалла PrBa2Cu3Ox с различным содержанием кислорода [4,5]. Величина Tc определялась по нулю электросопротивления и при P=0 составляла 56.5 и 81К для x = 6.6 и 6.8 соответственно. Увеличение P привело к резкому росту Tc образца с x = 6.6. На начальном этапе скорость роста Tc составляла dTc/dP = 7.4К/ГПа. При P = 9.3ГПа (максимальное давление в этом эксперименте) величина Tc возросла до 105К, причем производная dTc/dP при таких высоких давлениях хоть и уменьшилась, но осталась положительной, то есть максимум Tc еще не был достигнут. Этот результат резко контрастирует с данными для ВТСП YBa2Cu3Ox, у которого при x = (6.8 ? 7) величина Tc почти не зависит от P и остается на уровне около 90К вплоть до P = 10ГПа. По мнению авторов [4,5] причина разного отклика PrBa2Cu3Ox и YBa2Cu3Ox на высокое давление кроется в различном характере распределения носителей заряда между структурными единицами элементарной ячейки и, соответственно с его различным перераспределением под давлением. Интересно, что Tc монокристалла PrBa2Cu3Ox с x = 6.8 увеличивается под давлением не так быстро, как при x = 6.6, хотя и превышает 100К при P = 10ГПа.
A.Blackstead et al., Phys. Rev. B 54, 6122 (1996)
Usagawa et al., Jpn. J. Appl.Phys. (Part 2) 36, L1583 (1997)
Zou et al., Jpn. J. Appl.Phys. (Part 2) 36, L18 (1997)
Zou et al., Phys. Rev. Lett. 80, 1074 (1998)
Ye et al., Phys. Rev. B 58, 619 (1998)
Круглов нашел заменитель золота
Оговоримся, что в данном случае речь идет только о ВТСП токовводах. Металлическая оболочка для ВТСП токовводов является предметом озабоченности и технологов, и конструкторов. На сегодня ее оптимальный состав состоит из серебра с 10%(!) золота. Дорого. А новую более дешевую оболочку ждут 1кА токовводы, разработанные тандемом Кейлин-Шиков (см. ПерсТ, выпуск 7 текущего года). Поиском “заменителя золота” упорно занимались В.С.Круглов (ИСФТТ РНЦ КИ) и И.И.Акимов (ВНИИНМ). И, как видно из представленной ниже таблицы, их поиск завершился успехом. Даже 1% найденного заменителя достаточно, чтобы составить здоровую конкуренцию золотосодержащим сплавам.