ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК НА ОСНОВЕ СИЛИЦИДА ЛИТИЯ
HIGH-TEMPERATURE SUPERCONDUCTOR BASED ON LITHIUM SILICIDE

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.
c
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. 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).
3
3
3
В прототипе в качестве высокотемпературного сверхпроводника был предложен фосфид лития LiP повышенной плотности. И действительно, в работе [2] был подтвержден фазовый переход LiP под воздействием высокого давления Р=50 кБар и температуры Т~700°С в более плотное состояние р~1,7 г/см. 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.
3
Предложенный высокотемпературный сверхпроводник, в котором применяется силицид лития повышенной плотности ρ>1,2 г/см, устраняет эти недостатки.
Сущность изобретения.
c
4
1-x
x
4
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается высокотемпературный сверхпроводник, отличающийся тем, что для повышения критической температуры сверхпроводящего перехода Т представляет из себя силицид лития SiLi с добавлением карбида лития согласно SiCLi(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:
2
2
8
3SP(Si)+4ē(Li)→3(S-Р)
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.
1-x
x
4
В предлагаемом соединении SiCLi, с учетом обилия металла (Li), близком к сплаву, при образовании зоны проводимости сохраняется сильная электрон-фононная связь.
1-x
x
4
c
Поэтому для соединения на основе силицида лития SiCLi фазы высокого давления, в частности, справедлив блоховский подход и можно рассматривать движение полярона большого радиуса в сплошной слабо поляризуемой (средний дипольный момент молекул P=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
e
λ~1, n~1,
е
В
c
- условия полярона большого радиуса, где λ - параметр связи, n - концентрация электронов на сложный ион, Е - ширина исходной зоны. Е - энергия локализации полярона на узле поляронной сверхпроводимости [3] и сильной электрон-фононной связи [4] близки, и для оценки Т, при незначительном изменении частоты молекулярных колебаний в твердом теле можно записать:
,
e
m
Где Ω~Ω,
, ,
где U - энергия связи ионов фосфора и лития;
1
2
m, m - массы ионов;
o
R - длина химической связи, коэффициент С~1/2.
с
Эта оценка дает Т~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.
3
Плотность силицида лития фазы высокого давления должна превышать р>1,2 г/см.
Литература.
1. А.А.Дончак. Высокотемпературный сверхпроводник. Патент на изобретение №2128383 от 27 марта 1999 г.
3
2. В.П.Калинин, А.А.Дончак и др. Фаза высокого давления LiР. 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.
3
5. Pell E.M. J. phys. chem. solids, 1957, v, №1-2, p.77.