ПЛЕНКИ С ЧРЕЗВЫЧАЙНО НИЗКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И СПОСОБЫ ИХ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ИЛИ СОЗДАНИЯ
VERY LOW RESISTANCE FILMS AND METHODS FOR MODIFYING OR CREATING THEM

Перекрестная ссылка на родственные заявки
(01) Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/248130 под названием «High Temperature Extremely Low Resistance Materials and Methods for Modifying or Creating Same», поданной 2 октября 2009 г., которая включена в этот документ посредством ссылки во всей ее полноте.
Область изобретения
(02) Изобретение в общем относится к пленкам или лентам с чрезвычайно низким сопротивлением («ЧНС-пленкам» или «ЧНС-лентам») при высоких температурах и, более конкретно, к модифицированию существующих ЧНС-пленок и/или созданию новых ЧНС-пленок, которые работают с улучшенными рабочими характеристиками.
Предпосылки изобретения
(03) Проводимые в настоящее время исследования направлены на разработку новых материалов с улучшенными рабочими характеристиками, например, с пониженным электрическим сопротивлением при более высоких температурах по сравнению с существующими материалами, включая сверхпроводящие материалы. Ученые теоретически предсказали возможное существование «идеального проводника», или материала, который работает с чрезвычайно низким сопротивлением, но который может не демонстрировать в обязательном порядке все характеристики, обычно присущие сверхпроводящему материалу.
(04) Несмотря на их название, обычные высокотемпературные сверхпроводящие («ВТСП») материалы все же работают при очень низких температурах. К тому же, наиболее часто используемые ВТСП-материалы все еще требуют применения системы охлаждения, которая использует жидкости с очень низкими температурами кипения (например, жидкий азот). Такие системы охлаждения увеличивают затраты на ввод в эксплуатацию и препятствуют широкому коммерческому использованию и использованию частными потребителями и/или применению таких материалов.
(05) Поэтому необходимы ЧНС-пленки с улучшенными рабочими характеристиками; механизмы модифицирования известных ЧНС-пленок таким образом, чтобы модифицированные ЧНС-пленки работали с улучшенными рабочими характеристиками; и/или методы разработки и изготовления новых ЧНС-пленок.
Краткое описание чертежей
(06) Сопроводительные чертежи, которые включены для обеспечения дополнительного понимания изобретения и входят в состав этого описания и являются его частью, иллюстрируют различные примерные варианты реализации изобретения и вместе с подробным описанием служат для разъяснения различных принципов и/или аспектов изобретения.
(07) Фигура 1 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид с первой стороны.
(08) Фигура 2 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(09) Фигура 3 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(10) Фигура 4 иллюстрирует концептуальную механическую модель кристаллической структуры ЧНС-материала.
(11) Фигура 5 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.
(12) Фигура 6 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.
(13) Фигура 7 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, примерного ЧНС-материала.
(14) Фигура 8 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.
(15) Фигура 9 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.
(16) Фигура 10 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(17) Фигура 11 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала как перспективный вид с первой стороны.
(18) Фигура 12 представляет собой технологическую схему изготовления модифицированного материала из ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(19) Фигуры 13A-13J иллюстрируют приготовление модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(20) Фигура 14 представляет собой технологическую схему осаждения модифицирующего материала на ЧНС-материал в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(21) Фигура 15 иллюстрирует испытательный стенд, применимый для определения различных рабочих характеристик модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(22) Фигуры 16A-16G иллюстрируют результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала.
(23) Фигура 17 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(24) Фигура 18 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(25) Фигура 19 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(26) Фигура 20 иллюстрирует полезное для распространения электрического заряда расположение ЧНС-материала и модифицирующего материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(27) Фигура 21 иллюстрирует отдельную элементарную ячейку примерного ЧНС-материала.
(28) Фигура 22 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(29) Фигура 23 иллюстрирует несколько слоев кристаллических структур примерного ЧНС-материала с модифицированной поверхностью в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(30) Фигура 24 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с хромом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(31) Фигура 25 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с ванадием в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(32) Фигура 26 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с висмутом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(33) Фигура 27 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с медью в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(34) Фигура 28 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с кобальтом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(35) Фигура 29 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с титаном в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(36) Фигура 30 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид с третьей стороны.
(37) Фигура 31 иллюстрирует систему координат и обозначений, применимую для описания различных вариантов реализации изобретения.
(38) Фигура 32 иллюстрирует c-пленку ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(39) Фигура 33 иллюстрирует c-пленку с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(40) Фигура 34 иллюстрирует c-пленку с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(41) Фигура 35 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на подходящие поверхности ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(42) Фигура 36 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на подходящие поверхности ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(43) Фигура 37 иллюстрирует c-пленку с травленой поверхностью, включающей подходящие поверхности ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(44) Фигура 38 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на травленую поверхность c-пленки с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(45) Фигура 39 иллюстрирует a-b пленку, включающую необязательную подложку, с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(46) Фигура 40 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на подходящие поверхности ЧНС-материала a-b пленки в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(47) Фигура 41 иллюстрирует различные примерные расположения слоев ЧНС-материала, модифицирующего материала, буферных или изолирующих слоев и/или подложек в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(48) Фигура 42 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(49) Фигура 43 иллюстрирует пример дополнительной обработки, которая может быть выполнена в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(50) Фигура 44 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(51) Фигура 45 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
(52) Фигура 46 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.
Сущность изобретения
(53) Говоря в общем, различные варианты реализации изобретения относятся к модифицированию существующих ЧНС-материалов и/или процессам создания новых ЧНС-материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения существующие ЧНС-материалы модифицируют, чтобы создать модифицированные ЧНС-материалы с улучшенными рабочими характеристиками. Эти рабочие характеристики могут включать, но не ограничиваясь ими, работу в ЧНС-состоянии (включая, например, сверхпроводящее состояние) при более высоких температурах, работу с увеличенной способностью к переносу заряда при тех же самых (или более высоких) температурах, работу с улучшенными магнитными свойствами, работу с улучшенными механическими свойствами и/или другие улучшенные рабочие характеристики. Как будет описано более подробно ниже, для целей этого описания, ЧНС-материалы включают: сверхпроводящие материалы, включая ВТСП-материалы; идеально проводящие материалы (например, идеальные проводники); и другие проводящие материалы с чрезвычайно низким сопротивлением.
(54) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки, чтобы создать модифицированную ЧНС-пленку, при этом модифицированная ЧНС-пленка обладает улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-пленкой без модифицирующего материала.
(55) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает формирование подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке и наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки, чтобы создать модифицированную ЧНС-пленку, при этом модифицированная ЧНС-пленка обладает улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-пленкой самой по себе или без модифицирующего материала. В других вариантах реализации изобретения подходящая поверхность не является по существу параллельной c-плоскости ЧНС-пленки.
(56)В различных вариантах реализации изобретения улучшенные рабочие характеристики включают работу в ЧНС-состоянии при более высоких температурах, работу с увеличенной способностью к переносу заряда при тех же самых или более высоких температурах, работу с улучшенными магнитными свойствами или работу с улучшенными механическими свойствами.
(57) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает осаждение модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки. В других вариантах реализации изобретения осаждение модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает применение молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE), импульсного лазерного осаждения (PLD) или химического осаждения из паровой или газовой фазы (CVD).
(58) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-пленки, которая не является по существу параллельной c-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала в ЧНС-пленке. В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-материала, которая параллельна ab-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-материала, которая параллельна a-плоскости или b-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала.
(59) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия, бериллия, галлия или селена на подходящую поверхность ЧНС-пленки.
(60) В некоторых вариантах реализации изобретения формирование подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке включает открывание (обнажение) подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке.
(61) В некоторых вариантах реализации изобретения формирование подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке включает наслаивание ЧНС-материала на подложку таким образом, что конкретная ось кристаллической структуры ЧНС-материала ориентируется вдоль главной оси подложки, при этом конкретная ось представляет собой линию в c-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала. В других вариантах реализации изобретения конкретная ось является a-осью или b-осью.
(62) В некоторых вариантах реализации изобретения открывание подходящей поверхности ЧНС-пленки включает травление первичной поверхности ЧНС-пленки, чтобы увеличить площадь первичной поверхности.
(63) В некоторых вариантах реализации изобретения открывание подходящей поверхности ЧНС-пленки включает создание рисунка на первичной поверхности ЧНС-пленки, посредством чего открываются одна или более подходящих поверхностей ЧНС-пленки.
(64) В некоторых вариантах реализации изобретения создание рисунка на первичной поверхности ЧНС-пленки включает прорезание канавки в ЧНС-материале ЧНС-пленки. В некоторых вариантах реализации изобретения канавка проходит по существу в направлении главной оси ЧНС-пленки. В некоторых вариантах реализации изобретения канавка имеет глубину, по существу равную толщине ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения канавка имеет глубину, которая меньше толщины ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения ширина упомянутой по меньшей мере одной канавки составляет больше чем 10 нм. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал осаждают в канавку.
(65) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает создание по меньшей мере одной канавки в первичной поверхности ЧНС-пленки, посредством чего открывается грань ЧНС-пленки, причем открытая грань является поверхностью, параллельной ab-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала в ЧНС-пленке, и осаждение модифицирующего материала на открытую грань.
(66) В некоторых вариантах реализации изобретения осаждение модифицирующего материала на открытую грань включает осаждение слоя в одну структурную единицу модифицирующего материала на открытую грань. В некоторых вариантах реализации изобретения осаждение модифицирующего материала на открытую грань включает осаждение слоев в две или более структурных единицы модифицирующего материала на открытую грань.
(67) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-пленки, которая не является по существу параллельной c-плоскости ЧНС-пленки.
(68) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает связывание модифицирующего материала с ЧНС-материалом, чтобы образовать модифицированный ЧНС-материал, при этом модифицированный ЧНС-материал работает при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал является сверхпроводящим материалом.
(69) В некоторых вариантах реализации модифицирующий материал наслаивают на ЧНС-материал, чтобы образовать модифицированный ЧНС-материал, который работает с улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-материалом самим по себе или без модифицирующего материала. ЧНС-материалы могут быть выбраны из семейства ЧНС-материалов, называемых медьоксидными перовскитами со смешанной валентностью. В некоторых вариантах реализации модифицирующие материалы могут быть выбраны из любого одного из или сочетания следующих элементов: хром (Cr), медь (Cu), висмут (Bi), кобальт (Co), ванадий (V), титан (Ti), родий (Rh), бериллий (Be), галлий (Ga) и/или селен (Se).
(70) В некоторых вариантах реализации изобретения композит содержит ЧНС-материал и модифицирующий материал, связанный с ЧНС-материалом таким образом, что композит работает в ЧНС-состоянии при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала.
(71) В некоторых вариантах реализации изобретения композит включает первый слой, содержащий ЧНС-материал, и второй слой, содержащий модифицирующий материал, при этом второй слой связан с первым слоем. В некоторых вариантах реализации изобретения композит включает первый слой, содержащий ЧНС-материал, второй слой, содержащий модифицирующий материал, при этом второй слой связан с первым слоем, третий слой, содержащий ЧНС-материал, и четвертый слой модифицирующего материала, при этом третий слой связан с четвертым слоем. В некоторых вариантах реализации изобретения второй слой осажден на первый слой. В некоторых вариантах реализации изобретения первый слой осажден на второй слой. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал первого слоя сформирован на втором слое. В некоторых вариантах реализации изобретения первый слой имеет толщину в по меньшей мере одну элементарную кристаллическую ячейку ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения первый слой имеет толщину в несколько элементарных кристаллических ячеек ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения второй слой имеет толщину в по меньшей мере одну структурную единицу (например, атом, молекулу, кристалл, элементарную ячейку или другую структурную единицу) модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения второй слой имеет толщину в несколько структурных единиц модифицирующего материала.
(72) В некоторых вариантах реализации изобретения композит включает первый слой, содержащий YBCO, и второй слой, содержащий модифицирующий материал, при этом модифицирующий материал второго слоя связан с YBCO первого слоя, и при этом модифицирующий материал является элементом, выбранным из одного или более из группы, включающей: хром, медь, висмут, кобальт, ванадий, титан, родий, бериллий, галлий или селен. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу параллельна c-оси YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу параллельна ab-плоскости YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу перпендикулярна b-оси YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу перпендикулярна a-оси YBCO.
2
2
3
x
(73) В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит сверхпроводящий материал. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит медьоксидный перовскитный материал со смешанной валентностью. В некоторых вариантах реализации изобретения медьоксидный перовскитный материал со смешанной валентностью может быть выбран из групп, в общем обозначаемых как LaBaCuO, LSCO, YBCO, BSCCO, TBCCO, HgBaCaCuO, или другие медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит материал пниктид железа. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит диборид магния. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть материалом, который легко связывается с кислородом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть проводящим материалом, который легко связывается с кислородом («связывающим кислород проводящим материалом»). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть любым одним из или сочетанием хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия, бериллия, галлия и/или селена. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы различные сочетания ЧНС-материалов и модифицирующих материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом является YBCO, а модифицирующим материалом является хром.
(74) В некоторых вариантах реализации изобретения композит ЧНС-материала с модифицирующим материалом работает при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит демонстрирует ЧНС при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит переходит из не-ЧНС-состояния в ЧНС-состояние при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит имеет более высокую температуру перехода, чем у ЧНС-материала самого по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит переносит ток большей величины в ЧНС-состоянии по сравнению с током, переносимым ЧНС-материалом самим по себе или без модифицирующего материала.
(75) В некоторых вариантах реализации изобретения композит работает в ЧНС-состоянии при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит работает в ЧНС-состоянии при более высоких температурах, чем любая из следующих температур: 200K, 210K, 220K, 230K, 240K, 250K, 260K, 270K, 280K, 290K, 300K или 310K.
(76) В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит имеет улучшенные рабочие характеристики по сравнению с YBCO самим по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит работает при более высокой температуре, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит демонстрирует чрезвычайно низкое сопротивление при более высокой температуре, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит переходит из не-ЧНС-состояния в ЧНС-состояние при более высокой температуре, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит имеет более высокую температуру перехода, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит переносит ток большей величины в ЧНС-состоянии по сравнению с током, переносимым YBCO в его ЧНС-состоянии самим по себе или без модифицирующего материала.
(77) В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-композит включает первый слой, состоящий из ЧНС-материала, и второй слой, состоящий из модифицирующего материала, связанного с ЧНС-материалом первого слоя, при этом ЧНС-композит имеет улучшенные рабочие характеристики по сравнению с ЧНС-материалом без модифицирующего материала.
Подробное описание
(78) Различные признаки, преимущества и варианты реализации изобретения могут быть определены или быть очевидными из рассмотрения представленного ниже подробного описания, чертежей и формулы изобретения. Следует понимать, что подробное описание и чертежи являются примерными и предназначены для предоставления дополнительных разъяснений без ограничения объема изобретения, кроме изложенного ниже в формуле изобретения.
(79) Различные варианты реализации изобретения относятся к ЧНС-пленкам (которые включают ЧНС-материалы) и, более конкретно, к модифицированию существующих ЧНС-пленок и/или созданию новых ЧНС-пленок, которые работают с улучшенными рабочими характеристиками. Новые ЧНС-пленки могут охватывать, например, композиты, продукты, процессы производства, получаемые с помощью процессов продукты, способы изготовления новых ЧНС-пленок, например, чтобы получить новый технический эффект.
-8
(80) Для целей этого описания, материалы с чрезвычайно низким сопротивлением («ЧНС») могут включать: сверхпроводящие материалы, включая, но не ограничиваясь ими, ВТСП-материалы; идеально проводящие материалы (например, идеальные проводники); и другие проводящие материалы с чрезвычайно низким сопротивлением. Кроме того, для целей этого описания, рабочие характеристики в отношении ЧНС-материалов и/или различных вариантов реализации изобретения могут включать, но не ограничиваясь ими, сопротивление ЧНС-материала в его ЧНС-состоянии (например, в отношении сверхпроводников - сверхпроводящем состоянии), температуру перехода ЧНС-материала в его ЧНС-состояние, способность к распространению заряда ЧНС-материала в его ЧНС-состоянии, одно или более магнитных свойств ЧНС-материала, одно или более механических свойств ЧНС-материала и/или другие рабочие характеристики ЧНС-материала. Кроме того, для целей этого описания, «чрезвычайно низкое сопротивление» представляет собой сопротивление, сходное по величине с сопротивлением течению тока у сверхпроводящих материалов II рода в их сверхпроводящем состоянии, и может обычно быть выражено в единицах сопротивления в интервале от нуля Ом·см до одной пятидесятой (1/50) от удельного сопротивления по существу чистой меди при 293K. Например, как использовано здесь, по существу чистой медью является медь чистотой 99,999%. В различных вариантах реализации изобретения области модифицированных и/или новых ЧНС-материалов имеют удельное сопротивление в интервале от нуля Ом·см до 3,36×10 Ом·см.
(81) Постепенные улучшения в температуре перехода (иногда также называемой критической температурой) ЧНС-материалов и, в частности, сверхпроводящих материалов, представляются основанными на методе проб и ошибок, а не на понимании механизмов, по которым работают ЧНС-материалы. Без такого понимания дальнейшие улучшения температуры перехода (или других рабочих характеристик) известных ЧНС-материалов (или их классов), а также разработка новых ЧНС-материалов ограничены. Как обычно понимается, температура перехода представляет собой температуру, ниже которой ЧНС-материал «вырабатывает» или проявляет (или начинает проявлять) чрезвычайно низкое сопротивление и/или другое явление, связанное с ЧНС-материалами. При работе с чрезвычайно низким сопротивлением ЧНС-материал называют находящимся в ЧНС-состоянии. При температурах выше температуры перехода ЧНС-материал перестает проявлять чрезвычайно низкое сопротивление, и ЧНС-материал называют находящимся в своем не-ЧНС-состоянии. Другими словами, температура перехода соответствует температуре, при которой ЧНС-материал изменяется между его не-ЧНС-состоянием и его ЧНС-состоянием. Следует принимать во внимание, что у некоторых ЧНС-материалов температура перехода может находиться в интервале температур, на протяжении которого ЧНС-материал изменяется между его не-ЧНС-состоянием и его ЧНС-состоянием. Следует также принимать во внимание, что ЧНС-материал может обладать гистерезисом в его температуре перехода с одной температурой перехода, когда ЧНС-материал нагревается, и другой температурой перехода, когда ЧНС-материал охлаждается.
(82) Фигура 31 иллюстрирует систему 3100 координат и обозначений, которая может быть использована для описания различных вариантов реализации изобретения. Система 3100 координат и обозначений включает набор осей, называемых a-осью, b-осью и c-осью. Для целей этого описания ссылка на a-ось включает a-ось и любую другую ось, параллельную ей; ссылка на b-ось включает b-ось и любую другую ось, параллельную ей; и ссылка на c-ось включает c-ось и любую другую ось, параллельную ей. Различные пары осей образуют в системе 3100 координат и обозначений набор плоскостей, называемых a-плоскостью, b-плоскостью и c-плоскостью, где: a-плоскость образована b-осью и c-осью и перпендикулярна a-оси; b-плоскость образована a-осью и c-осью и перпендикулярна b-оси; и c-плоскость образована a-осью и b-осью и перпендикулярна c-оси. Для целей этого описания ссылка на a-плоскость включает a-плоскость и любую плоскость, параллельную ей; ссылка на b-плоскость включает b-плоскость и любую плоскость, параллельную ей; и ссылка на c-плоскость включает c-плоскость и любую плоскость, параллельную ей. Кроме того, в отношении различных «граней» или «поверхностей» кристаллических структур, описанных здесь, грань, параллельная a-плоскости, может иногда называться гранью «b-c»; грань, параллельная b-плоскости, может иногда называться гранью «a-c»; и грань, параллельная c-плоскости, может иногда называться гранью «a-b».
x
2-x
x
4
2
3
7
2
2
2
3
10
2
2
2
3
10
m
2
n-1
n
2n+m+2+δ
2
2
3
x
2
(83) Фигура 1 иллюстрирует кристаллическую структуру 100 примерного ЧНС-материала как перспективный вид с первой стороны, а именно, в направлении, перпендикулярном грани «a-b» кристаллической структуры 100 и параллельном ее c-оси. Фигура 2 иллюстрирует кристаллическую структуру 100 как перспективный вид со второй стороны, а именно, в направлении, перпендикулярном грани «b-c» кристаллической структуры 100 и параллельном ее a-оси. Фигура 22 иллюстрирует дополнительную глубину (а именно, в пределах страницы) для кристаллической структуры 100 примерного ЧНС-материала. Для целей этого описания примерный ЧНС-материал, проиллюстрированный на Фигуре 1, Фигуре 2 и Фигуре 22, является в целом представителем различных ЧНС-материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения примерный ЧНС-материал может быть представителем семейства сверхпроводящих материалов, называемых медьоксидными перовскитами со смешанной валентностью. Медьоксидные перовскиты со смешанной валентностью включают, но не ограничиваясь ими, LaBaCuO, LSCO (например, LaSrCuO и т.п.), YBCO (например, YBaCuO и т.п.), BSCCO (например, BiSrCaCuO и т.п.), TBCCO (например, TlBaCaCuO или TlBaCaCuO), HgBaCaCuO, и другие медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью. Другие медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью могут включать, но не ограничиваясь ими, различные замещения катионов, как это будет понятно. Как это также будет понятно, вышеуказанные медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью могут относиться к родовым классам материалов, в которых существует множество разных составов. В некоторых вариантах реализации изобретения примерные ЧНС-материалы могут включать ВТСП-материал вне семейства медьоксидных перовскитных материалов со смешанной валентностью («неперовскитные материалы»). Такие неперовскитные материалы могут включать, но не ограничиваясь ими, пниктиды железа, диборид магния (MgB), и другие неперовскиты. В некоторых вариантах реализации изобретения примерные ЧНС-материалы могут быть другими сверхпроводящими материалами. В соответствии с различными аспектами изобретения могут быть использованы и другие материалы со щелью 210 в кристаллической структуре, как это будет понятно.
(84) Многие ЧНС-материалы имеют структуру, подобную (хотя и не обязательно идентичную) кристаллической структуре 100 при других атомах, сочетаниях атомов и/или расположениях в решетке, как это будет понятно. Как проиллюстрировано на Фигуре 2, кристаллическая структура 100 изображена двумя полными элементарными ячейками примерного ЧНС-материала, с одной элементарной ячейкой выше базовой линии 110 и одной элементарной ячейкой ниже базовой линии 110. Фигура 21 иллюстрирует отдельную элементарную ячейку 2100 примерного ЧНС-материала.
(85) Говоря в общем и как будет понятно, элементарная ячейка 2100 примерного ЧНС-материала имеет шесть «граней»: две грани «a-b», которые параллельны c-плоскости; две грани «a-c», которые параллельны b-плоскости; и две грани «b-c», которые параллельны a-плоскости (см., например, Фигуру 31). Как также будет понятно, «поверхность» ЧНС-материала в макросмысле может состоять из множества элементарных ячеек 2100 (например, сотен, тысяч или более). Ссылка в этом описании на «поверхность» или «грань» ЧНС-материала, являющуюся параллельной конкретной плоскости (например, a-плоскости, b-плоскости или c-плоскости), указывает на то, что эта поверхность образована преимущественно (т.е. в подавляющем большинстве) гранями элементарной ячейки 2100, которые по существу параллельны данной конкретной плоскости. Более того, ссылка в этом описании на «поверхность» или «грань» ЧНС-материала, являющуюся параллельной другим плоскостям, чем a-плоскость, b-плоскость или c-плоскость, (например, ab-плоскости, как описано ниже, и т.п.), указывает на то, что эта поверхность образована из некоторой смеси граней элементарной ячейки 2100, которая, в совокупном макросмысле, образует поверхность, по существу параллельную таким другим плоскостям.
(86) Исследования показывают, что некоторые ЧНС-материалы демонстрируют явление анизотропной зависимости (т.е. зависимости от направления) сопротивления. Другими словами, сопротивление при данной температуре и плотности тока зависит от направления по отношению к кристаллической структуре 100. Например, в их ЧНС-состоянии некоторые ЧНС-материалы могут переносить значительно больший ток, при нулевом сопротивлении, в направлении a-оси и/или в направлении b-оси, чем такие же материалы в направлении c-оси. Как будет понятно, различные ЧНС-материалы проявляют анизотропию в различных рабочих параметрах, включая явление сопротивления, в иных направлениях, чем те, что были описаны выше, в дополнение к ним или в сочетаниях с ними. Для целей этого описания, ссылка на материал, который склонен проявлять такое явление сопротивления (и сходные формулировки) в первом направлении, указывает на то, что этот материал сохраняет такое явление в первом направлении; и ссылка на материал, который не склонен проявлять такое явление сопротивления (и сходные формулировки) во втором направлении, указывает то, что этот материал не сохраняет такое явление во втором направлении или сохраняет его уменьшенным образом относительно других направлений.
(87) Таким образом, традиционные представления об известных ЧНС-материалах не принимали во внимание то, что щель 210, образованная в кристаллической структуре 100 множеством щелевых атомов 250, ответственна за явление сопротивления. (См., например, Фигуру 21, где щель 210 трудно различима на изображении отдельной элементарной ячейки 2100). Как будет дополнительно описано ниже, щель 210 существует во многих известных ЧНС-материалах. В некотором смысле, щелевые атомы 250 могут рассматриваться как образующие дискретную атомную «границу» или «периметр» вокруг щели 210. В некоторых вариантах реализации изобретения и как проиллюстрировано на Фигуре 2, щель 210 появляется между первой частью 220 и второй частью 230 кристаллической структуры 100, хотя в некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может появляться в других частях различных других кристаллических структур. Хотя щель 210, щель 310 и другие щели проиллюстрированы на Фигуре 2, Фигуре 3 и на некоторых других чертежах базирующимися на изображениях атомов в виде простых «сфер», будет понятно, что такие щели соотносятся с и формообразуются, помимо прочего, электронами и связанными с ними электронными плотностями (не проиллюстрировано) различных атомов в кристаллической структуре 100, включая щелевые атомы 250.
(88) В соответствии с различными аспектами изобретения, щель 210 способствует распространению электрического заряда через кристаллическую структуру 100, и когда щель 210 способствует распространению электрического заряда через кристаллическую структуру 100, ЧНС-материал работает в его ЧНС-состоянии. Для целей этого описания, «распространяет», «распространяющий» и/или «способствующий распространению» (наряду с соответствующими им формами) в целом относятся к «проводит», «проводящий» и/или «способствующий проводимости» и соответствующим им формам; «транспортирует», «транспортирующий» и/или «способствующий транспорту» и соответствующим им формам; «пропускает», «пропускающий» и/или «способствуюший пропусканию» и соответствующим им формам; и/или «переносит», «переносящий» и/или «способствующий переносу» и их соответствующим формам. Для целей этого описания электрический заряд может включать положительный заряд или отрицательный заряд, и/или пары или другие группировки таких зарядов. Для целей этого описания, носители заряда (носители тока) могут включать, но не ограничиваясь ими, электроны. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет отрицательные заряды через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет положительные заряды через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет пары или другие группировки электрических зарядов через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет носители заряда через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет пары или другие группировки носителей заряда через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет электрический заряд в виде одной или более частиц через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет электроны, пары электронов и/или группировки электронов в виде одной или более частиц через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет электрический заряд в виде одной или более волн или волновых пакетов через кристаллическую структуру 100. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 распространяет электроны, пары электронов и/или группировки электронов в виде одной или более волн или волновых пакетов через кристаллическую структуру 100.
(89) В некоторых вариантах реализации изобретения распространение электрического заряда через кристаллическую структуру 100 может происходить аналогичным распространению в волноводе образом. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может быть волноводом в отношении распространения электрического заряда через кристаллическую структуру 100. Волноводы и их работа в общем хорошо изучены. В частности, стенки, окружающие внутреннее пространство волновода могут соответствовать границе или периметру из щелевых атомов 250 вокруг щели 210. Одним из аспектов, имеющих отношение к работе волновода, является его поперечное сечение. Типично, поперечное сечение волновода связано с длиной волны сигналов, способных распространяться через волновод. Соответственно, длина волны электрического заряда, распространяющегося через щель 210, может быть связана с поперечным сечением щели 210. На атомном уровне щель 210 и/или ее поперечное сечение может существенно изменяться при изменениях температуры ЧНС-материала. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения изменения температуры ЧНС-материала могут вызывать изменения в щели 210 и ее рабочих характеристиках, что, в свою очередь, может вызывать переход ЧНС-материала между его ЧНС-состоянием и его не-ЧНС-состоянием. В некоторых вариантах реализации изобретения, по мере того как температура ЧНС-материала увеличивается, щель 210 может ограничивать или затруднять распространение электрического заряда через кристаллическую структуру 100, и соответствующий ЧНС-материал может переходить из его ЧНС-состояния в его не-ЧНС-состояние. В некоторых вариантах реализации изобретения, по мере того как температура ЧНС-материала увеличивается, поперечное сечение щели 210 может изменяться, вследствие чего подавляется работа щели 210 аналогичным волноводу образом, и соответствующий ЧНС-материал может переходить из его ЧНС-состояния в его не-ЧНС-состояние. Таким же образом, по мере того как температура ЧНС-материала уменьшается, в некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может способствовать (в противоположность ограничению или затруднению) распространению электрического заряда через кристаллическую структуру 100, и соответствующие ЧНС-материал может переходить из его не-ЧНС-состояния в его ЧНС-состояние. В некоторых вариантах реализации изобретения поперечное сечение щели 210 может изменяться, способствуя работе щели 210 в качестве волновода (или аналогичным ему образом), и соответствующий ЧНС-материал может переходить из его не-ЧНС-состояния в его ЧНС-состояние.
(90) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что щель 210 «сохраняется» внутри данного ЧНС-материала, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В различных вариантах реализации изобретения, при условии, что щель 210 сохраняется внутри данного ЧНС-материала, щель 210 должна работать в ЧНС-состоянии. В различных вариантах реализации изобретения такое сохранение щели 210 может включать: сохранение щели 210 в ЧНС-состоянии; сохранение способности щели 210 распространять электрический заряд через кристаллическую структуру 100 в ЧНС-состоянии; сохранение щелевых атомов 250 по отношению друг к другу так, что ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии; сохранение щелевых атомов 250 по отношению к другим атомам в кристаллической структуре 100 так, что ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии; сохранение поперечного сечения щели 210 достаточным для распространения через нее электрического заряда, так что ЧНС-материал остается в ЧНС-состоянии; сохранение поперечного сечения щели 210 таким, что она не препятствует, не ограничивает или не мешает иным образом распространению электрического заряда, так что ЧНС-материал остается в ЧНС-состоянии; сохранение поперечного сечения щели 210 достаточным для распространения через нее носителей заряда, так что ЧНС-материал остается в ЧНС-состоянии; сохранение поперечного сечения щели 210 таким, что она не мешает носителям заряда, так что ЧНС-материал остается в ЧНС-состоянии; сохранение щели 210 по существу свободной от препятствий, так что ЧНС-материал остается в ЧНС-состоянии; сохранение щели 210 такой, что ЧНС-материал работает с улучшенными рабочими характеристиками; улучшение щели 210 так, что ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии с улучшенными рабочими характеристиками; улучшение щель 210 так, что улучшенная щель работает в ЧНС-состоянии с улучшенными рабочими характеристиками; и/или другие пути сохранения щели 210 такой, что ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения сохранение щели 210 внутри существующих ЧНС-материалов может улучшать рабочие характеристики этих существующих ЧНС-материалов. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения сохранение щели 210 внутри новых материалов может давать в результате новые ЧНС-материалы, некоторые из которых могут иметь улучшенные рабочие характеристики по сравнению с существующими ЧНС-материалами. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что щель 210 сохраняется внутри данного ЧНС-материала по мере увеличения температуры, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что щель 210 сохраняется такой, чтобы распространять электрический заряд через кристаллическую структуру 100, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что щель 210 сохраняется такой, чтобы распространять носители заряда через кристаллическую структуру 100, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что щелевые атомы 250 сохраняются (поддерживаются) по отношению друг к другу внутри данного ЧНС-материала, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что щелевые атомы 250 сохраняются (поддерживаются) по отношению к другим атомам в кристаллической структуре 100 данного ЧНС-материала, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что поперечное сечение щели 210 сохраняется достаточным для распространения электрического заряда через щель 210 внутри данного ЧНС-материала, ЧНС-материал дожен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что поперечное сечение щели 210 сохраняется достаточным для распространения носителей заряда через щель 210 внутри данного ЧНС-материала, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что поперечное сечение щели 210 сохраняется таким, что электрический заряд испытывает малую помеху или не испытывает никакой помехи со стороны щели 210, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что поперечное сечение щели 210 сохраняется таким, что носители заряда испытывают малую помеху или не испытывают никакой помехи со стороны щели 210, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при условии, что поперечное сечение щели 210 сохраняется по существу свободным от препятствий внутри данного ЧНС-материала, ЧНС-материал должен работать в ЧНС-состоянии.
(91) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения щель 210 может сохраняться и/или быть предназначенной сохраняться такой, что щель 210 распространяет через себя электрический заряд при небольшой помехе или без помех. В некоторых вариантах реализации изобретения распространяющийся через щель 210 электрический заряд упруго сталкивается с границей или «стенками» щели 210, аналогично тому, как происходит отражение в оптическом волноводе. Более конкретно, распространяющийся через щель 210 электрический заряд упруго сталкивается с разными щелевыми атомами 250, которые составляют границу или стенки щели 210. При условии, что такие столкновения являются упругими, электрический заряд будет претерпевать минимальные потери (т.е. «сопротивление») при его распространении через щель 210.
(92) Щели, такие как щель 210 на Фигуре 2, но не ограничиваясь ею, существуют в различных ЧНС-материалах, таких как, но не ограничиваясь ими, различные ЧНС-материалы, проиллюстрированные на Фигуре 3, Фигуре 17, Фигуре 18, Фигуре 19, Фигуре 45, Фигуре 46 и т.п. и описанные ниже. Как проиллюстрировано, такие щели характерны для кристаллической структуры некоторых или всех ЧНС-материалов. В ЧНС-материалах существуют различные виды, формы, размеры и количества щелей 210 в зависимости от точной конфигурации кристаллической структуры, атомного состава и расположения атомов в кристаллической структуре ЧНС-материала, как будет понятно в свете этого описания.
(93) Наличие и отсутствие щелей 210, которые простираются в направлении различных осей через кристаллические структуры 100 различных ЧНС-материалов, согласуется с анизотропной зависимостью, демонстрируемой такими ЧНС-материалами. Например, как будет обсуждено более подробно ниже, различные ЧНС-материалы, проиллюстрированные на Фигуре 3, Фигуре 17, Фигуре 18, Фигуре 19, Фигуре 45, Фигуре 46 и т.п., имеют щели, простирающиеся в тех направлениях, в которых эти материалы демонстрируют явление сопротивления; аналогичным образом, эти ЧНС-материалы склонны к отсутствию щелей, простирающихся в тех направлениях, в которых эти материалы не демонстрируют явление сопротивления. Например, YBCO-123 проявляет явление сопротивления в направлении a-оси и b-оси, однако склонен не проявлять явление сопротивления в направлении c-оси. ЧНС-Материал 360, который проиллюстрирован на Фигуре 3, Фигуре 11 и Фигуре 30, соответствует YBCO-123. Согласуясь с анизотропной зависимостью явления сопротивления, демонстрируемого YBCO-123, Фигура 3 иллюстрирует, что щели 310 простираются через кристаллическую структуру 300 в направлении a-оси; Фигура 30 иллюстрирует, что щели 310 и щели 3010 простираются через кристаллическую структуру 300 в направлении b-оси; и Фигура 11 иллюстрирует, что отсутствуют подходящие щели, простирающиеся через кристаллическую структуру 300 в направлении c-оси.
(94) Щель 210 и/или ее поперечное сечение могут зависеть от различных атомных характеристик щелевых атомов 250. Такие атомные характеристики включают, но не ограничиваясь ими, размер атома, атомную массу, числа электронов, число связей, длины связей, прочности связей, углы связей между щелевыми атомами, углы связей между щелевыми атомами и нещелевыми атомами, и/или изотопическое число. Щелевые атомы 250 могут быть выбраны на основании их соответствующих атомных характеристик, чтобы оптимизировать щель 210 в отношении ее размера, формы, жесткости и видов колебаний (в отношении амплитуды, частоты и направления) по отношению к кристаллической структуре и/или атомам в ней.
(95) В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере некоторые из щелевых атомов 250 включают атомы, обладающие высокой электроотрицательностью, например, но не ограничиваясь им, кислорода. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере некоторые из щелевых атомов 250 включают атомы элемента, известного как имеющий некоторую степень электропроводности в его объемной форме. В некоторых вариантах реализации изобретения некоторые из щелевых атомов 250 включают атомы, обладающие высокой электроотрицательностью, а некоторые другие из щелевых атомы 250 включают атомы элемента, известного как имеющеий некоторую степень электропроводности. В некоторых вариантах реализации изобретения щелевые атомы 250 могут обеспечивать источник электрического заряда (например, электроны и т.п.), который распространяется через щель 210. В некоторых вариантах реализации изобретения щелевые атомы 250 могут обеспечивать легкодоступный источник электрического заряда для протекания такого электрического заряда через щель 210.
(96) Щель 210 и/или ее поперечное сечение могут зависеть от различных атомных характеристик «нещелевых атомов» (т.е. иных атомов в кристаллической структуре 100, чем щелевые атомы 250). Такие атомные характеристики включают, но не ограничиваясь ими, размер атома, атомную массу, числа электронов, электронную структуру, число связей, типы связей, различающиеся связи, кратные связи, длины связей, прочности связей, и/или изотопическое число. Нещелевые атомы могут также быть выбраны на основании их соответствующих атомных характеристик, чтобы оптимизировать щель 210 в отношении ее размера, формы, жесткости и видов ее колебаний (в отношении амплитуды, частоты и направления) по отношению к кристаллической структуре и/или атомам в ней. В некоторых вариантах реализации изобретения нещелевые атомы могут обеспечивать источник электрического заряда (например, электроны и т.п.), который распространяется через щель 210. В некоторых вариантах реализации изобретения нещелевые атомы могут обеспечивать легкодоступный источник электрического заряда для того, чтобы происходило протекание такого электрического заряда через щель 210.
(97) В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может зависеть от различных атомных характеристик нещелевых атомов по отношению к щелевым атомам 250. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может зависеть от различных атомных характеристик щелевых атомов 250 по отношению к нещелевым атомам. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может зависеть от различных атомных характеристик щелевых атомов 250 по отношению к другим щелевым атомам 250. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может зависеть от различных атомных характеристик нещелевых атомов по отношению к другим нещелевым атомам.
(98) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения изменения в щели 210 в кристаллической структуре 110 могут оказывать влияние на явление сопротивления. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения изменения в поперечном сечении щели 210 могут оказывать влияние на явление сопротивления. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения изменения в препятствиях внутри щели 210, включая изменения в размере препятствия, числе препятствий или же частоте или вероятности, с которой такие препятствия возникают, могут оказывать влияние на явление сопротивления. В некоторых вариантах реализации изобретения такие препятствия могут зависеть от различных атомных характеристик щелевых атомов 250. В некоторых вариантах реализации изобретения такие препятствия могут зависеть от различных атомных характеристик нещелевых атомов. Атомные характеристики включают, но не ограничиваясь ими, размер атома, атомную массу, числа электронов, электронную структуру, число связей, типы связей, различающиеся связи, кратные связи, длины связей, прочности связей, и/или изотопическое число.
(99) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения изменения в физической структуре щели 210, включая изменения в форме или размере ее поперечного сечения, могут оказывать влияние на явление сопротивления. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения изменения в электронной структуре щели 210 могут оказывать влияние на явление сопротивления. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения изменения в кристаллической структуре 100, влияющие на щелевые атомы 250, могут оказывать влияние на явление сопротивления. Изменения, влияющие на щелевые атомы 250, могут включать, но не ограничиваясь ими: 1) смещение ядра щелевого атома по отношению к другим щелевым атомам; 2) смещение ядра нещелевого атома по отношению к щелевым атомам; 3) изменение возможных энергетических состояний щелевых и/или нещелевых атомов; и 4) изменение заселенности таких возможных энергетических состояний. Любые из таких изменений или сочетания таких изменений могут влиять на щель 210. Например, по мере того как температура кристаллической структуры 100 увеличивается, поперечное сечение щели 210 может быть изменено вследствие колебаний различных атомов в кристаллической структуре 100, а также изменений в энергетических состояниях, или их заселенности, атомов в кристаллической структуре 100. Физическое сгибание, растяжение или сжатие кристаллической структуры 100 может также влиять на положения различных атомов в кристаллической структуре 100 и, тем самым, на поперечное сечение щели 210. Магнитные поля, приложенные к кристаллической структуре 100, могут также влиять на положения различных атомов в кристаллической структуре 100 и, тем самым, на поперечное сечение щели 210.
(100) Фононы соответствуют различным видам колебаний в кристаллической структуре 100. Фононы в кристаллической структуре 100 могут взаимодействовать с электрическим зарядом, распространяющимся через кристаллическую структуру 100. Более конкретно, фононы в кристаллической структуре 100 могут заставлять атомы в кристаллической структуре 100 (например, щелевые атомы 250, нещелевые атомы и т.п.) взаимодействовать с электрическим зарядом, распространяющимся через кристаллическую структуру 100. Более высокие температуры приводят к большей амплитуде фонона и могут иметь следствием увеличенное взаимодействие между фононами, атомами в кристаллической структуре 100 и таким электрическим зарядом. Различные варианты реализации изобретения могут минимизировать, уменьшать или иным образом модифицировать такое взаимодействие между фононами, атомами в кристаллической структуре 100 и таким электрическим зарядом в кристаллической структуре 100.
(101) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть проделаны модификации кристаллической структуры 100 существующего ЧНС-материала, чтобы сохранять щель 210 в кристаллической структуре 100, тем самым позволяя существующему ЧНС-материалу работать с улучшенными рабочими характеристиками. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть проделаны модификации кристаллической структуры 100 существующего ЧНС-материала, чтобы сохранять щель 210 в кристаллической структуре 100 при более высоких температурах, тем самым позволяя существующему ЧНС-материалу работать с улучшенными рабочими характеристиками. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть проделаны модификации кристаллической структуры 100 существующего ЧНС-материала, чтобы сохранять щель 210 в кристаллической структуре 100 при более высоких температурах, тем самым позволяя существующему ЧНС-материалу оставаться в ЧНС-состоянии при более высоких температурах и/или с увеличенной токонесущей способностью и/или с другими улучшенными рабочими характеристиками. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть разработаны новые ЧНС-материалы с кристаллическими структурами, которые образуют и сохраняют щель 210 при более высоких температурах и/или с увеличенной токонесущей способностью и/или с другими улучшенными рабочими характеристиками. Могут быть использованы различные механизмы, чтобы модифицировать кристаллическую структуру 100 для того, чтобы сохранять щель 210.
(102) В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 сохраняется при температурах на уровне, вблизи или выше температуры жидкого азота. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 сохраняется при температурах на уровне, вблизи или выше температуры твердого диоксида углерода («сухого льда»). В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 сохраняется при температурах на уровне, вблизи или выше температуры жидкого аммиака. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 сохраняется при температурах на уровне, вблизи или выше температуры различных составов жидкого фреона. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 сохраняется при температурах на уровне, вблизи или выше температуры замерзания воды. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 сохраняется при температурах на уровне, вблизи или выше комнатной температуры (например, 21°C).
(103) Соответственно, различные новые ЧНС-материалы могут быть созданы либо как модификации существующих ЧНС-материалов, либо в результате разработки и формирования новых ЧНС-материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии при температурах на уровне, вблизи или выше температуры жидкого азота. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии при температурах на уровне, вблизи или выше температуры твердого диоксида углерода. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии при температурах на уровне, вблизи или выше температуры жидкого аммиака. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии при температурах на уровне, вблизи или выше температуры различных составов жидкого фреона. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии при температурах на уровне, вблизи или выше температуры замерзания воды. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал работает в ЧНС-состоянии при температурах на уровне, вблизи или выше комнатной температуры (например, 21°C). В некоторых вариантах реализации изобретения часть ЧНС-материала работает в ЧНС-состоянии при, вблизи или выше любой одной или более из этих температур.
(104) Фигура 3 иллюстрирует кристаллическую структуру 300 примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны. Примерный ЧНС-материал 360 представляет собой сверхпроводящий материал, обычно называемый «YBCO», который, при определенных составах, имеет температуру перехода приблизительно 90K. В частности, примерный ЧНС-материал 360, изображенный на Фигуре 3 представляет собой YBCO-123. Кристаллическая структура 300 примерного ЧНС-материала 360 включает разные атомы иттрия («Y»), бария («Ba»), меди («Cu») и кислорода («O»). Как проиллюстрировано на Фигуре 3, щель 310 образована в кристаллической структуре 300 щелевыми атомами 350, а именно, атомами иттрия, меди и кислорода. Расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами иттрия в щели 310 составляет приблизительно 0,389 нм, расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами кислорода в щели 310 составляет приблизительно 0,285 нм, а расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами меди в щели 310 составляет приблизительно 0,339 нм.
(105) Фигура 30 иллюстрирует кристаллическую структуру 300 примерного ЧНС-материала 360 как перспективный вид с третьей стороны. Подобно тому, как было описано выше в отношении Фигуры 3, примерный ЧНС-материал 360 представляет собой YBCO-123, и щель 310 образована в кристаллической структуре 300 щелевыми атомами 350, а именно, атомами иттрия, меди и кислорода. В этой ориентации расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами иттрия в щели 310 составляет приблизительно 0,382 нм, расстояние в поперечном сечении между щелыми атомами кислорода в щели 310 составляет приблизительно 0,288 нм, а расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами меди в щели 310 составляет приблизительно 0,339 нм. В этой ориентации, в дополнение к щели 310, кристаллическая структура 300 примерного ЧНС-материала 360 включает щель 3010. Щель 3010 имеет место в направлении b-оси кристаллической структуры 300. Более конкретно, щель 3010 имеет место между индивидуальными элементарными ячейками примерного ЧНС-материала 360 в кристаллической структуре 300. Щель 3010 образована в кристаллической структуре 300 щелевыми атомами 3050, а именно, атомами бария, меди и кислорода. Расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами 3050 бария в щели 3010 составляет приблизительно 0,430 нм, расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами 3050 кислорода в щели 3010 составляет приблизительно 0,382 нм, а расстояние в поперечном сечении между щелевыми атомами 3050 меди в щели 3010 составляет приблизительно 0,382 нм. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 3010 работает аналогично тому, что описано в этом документе в отношении щели 310. Для целей этого описания, щель 310 в YBCO может быть названа «иттриевой щелью», тогда как щель 3010 в YBCO может быть названа «бариевой щелью», на основании составов соответствующих им щелевых атомов 350, 3050.
2
4
(106) Фигура 17 иллюстрирует кристаллическую структуру 1700 примерного ЧНС-материала 1760 как перспективный вид со второй стороны. Примерный ЧНС-материал 1760 представляет собой ВТСП-материал, обычно обозначаемый как «HgBaCuO», который имеет температуру перехода приблизительно 94K. Кристаллическая структура 1700 примерного ЧНС-материала 1760 включает разные атомы ртути («Hg»), бария («Ba»), меди («Cu») и кислорода («O»). Как проиллюстрировано на Фигуре 17, щель 1710 образована в кристаллической структуре 1700 щелевыми атомами, которые включают атомы бария, меди и кислорода.
2
2
2
3
10
(107) Фигура 18 иллюстрирует кристаллическую структуру 1800 примерного ЧНС-материала 1860 как перспективный вид со второй стороны. Примерный ЧНС-материал 1860 представляет собой ВТСП-материал, обычно обозначаемый как «TlCaBaCuO», который имеет температуру перехода приблизительно 128K. Кристаллическая структура 1800 примерного ЧНС-материала 1860 включает разные атомы таллия («Tl»), кальция («Ca»), бария («Ba»), меди («Cu») и кислорода («O»). Как проиллюстрировано на Фигуре 18, щель 1810 образована в кристаллической структуре 1800 щелевыми атомами, которые включают атомы кальция, бария, меди и кислорода. Как также проиллюстрировано на Фигуре 18, в кристаллической структуре 1800 может также быть образована вторичная щель 1820 вторично-щелевыми атомами, которые включают атомы кальция, меди и кислорода. Вторичные щели 1820 могут работать аналогично щелям 1810.
2
4
(108) Фигура 19 иллюстрирует кристаллическую структуру 1900 примерного ЧНС-материала 1960 как перспективный вид со второй стороны. Примерный ЧНС-материал 1960 представляет собой ВТСП-материал, обычно обозначаемый как «LaCuO», который имеет температуру перехода приблизительно 39K. Кристаллическая структура 1900 примерного ЧНС-материала 1960 включает разные атомы лантана («La»), меди («Cu») и кислорода («O»). Как проиллюстрировано на Фигуре 19, щель 1910 образована в кристаллической структуре 1900 щелевыми атомами, которые включают атомы лантана и кислорода.
2
0,34
2
0,66
(109) Фигура 45 иллюстрирует кристаллическую структуру 4500 примерного ЧНС-материала 4560 как перспективный вид со второй стороны. Примерный ЧНС-материал 4560 представляет собой ВТСП-материал, обычно обозначаемый как «AsBaFeK», который имеет температуру перехода приблизительно 38K. Примерный ЧНС-материал 4560 является представителем семейства ЧНС-материалов, иногда называемых «пниктидами железа». Кристаллическая структура 4500 примерного ЧНС-материала 4560 включает разные атомы мышьяка («As»), бария («Ba»), железа («Fe») и калия («K»). Как проиллюстрировано на Фигуре 45, щель 4510 образована в кристаллической структуре 4500 щелевыми атомами, которые включают атомы калия и мышьяка.
2
(110) Фигура 46 иллюстрирует кристаллическую структуру 4600 примерного ЧНС-материала 4660 как перспективный вид со второй стороны. Примерный ЧНС-материал 4660 представляет собой ВТСП-материал, обычно обозначаемый как «MgB», который имеет температуру перехода приблизительно 39K. Кристаллическая структура 4600 примерного ЧНС-материала 4660 включает разные атомы магния («Mg») и бора («B»). Как проиллюстрировано на Фигуре 46, щель 4610 образована в кристаллической структуре 4600 щелевыми атомами, которые включают атомы магния и бора.
(111) Каждый из вышеуказанных примерных ЧНС-материалов, проиллюстрированных на Фигуре 3, Фигуре 17, Фигуре 18, Фигуре 19, Фигуре 30, Фигуре 45 и Фигуре 46, демонстрирует наличие разных щелей в таких материалах. Различные другие ЧНС-материалы имеют подобные щели. Поскольку они считаются связанными с явлением сопротивления, щели и их соответствующие кристаллические структуры могут быть использованы для того, чтобы улучшать рабочие характеристики существующих ЧНС-материалов, получать улучшенные ЧНС-материалы из существующих ЧНС-материалов и/или разрабатывать и создавать составы новых ЧНС-материалов.
(112) В некоторых вариантах реализации изобретения щели и их кристаллические структуры могут быть смоделированы, при использовании различных компьютерных средств моделирования, чтобы улучшить рабочие характеристики различных ЧНС-материалов. Для удобства описания, ЧНС-материал 360 (и сопутствующие ему характеристики и структуры) далее в целом относится к различным ЧНС-материалам, включая, но не ограничиваясь ими, ЧНС-материал 1760, ЧНС-материал 1860 и другие ЧНС-материалы, проиллюстрированные на чертежах, а не только к тому ЧНС-материалу, который проиллюстрирован и описан со ссылкой на Фигуру 3.
1
F
2
1
2
1
1
1
1
1
1
F
F
F
1
2
2
F
2
2
2
2
(113) Фигура 4 иллюстрирует концептуальную механическую модель 400 кристаллической структуры 100. Концептуальная модель 400 включает три пружины, а именно, пружину S, пружину S и пружину S, и две массы, а именно, массу M и массу M. Для целей этого описания, пружина S может быть смоделирована прикрепленной к жесткой стенке 410 на одной стороне и массе M на другой. Совместно пружина S и масса M могут быть использованы, чтобы моделировать первую часть 220 кристаллической структуры 100. Масса M присоединена между пружиной S и пружиной S. Пружина S может быть использована, чтобы моделировать щель 210 кристаллической структуры 100 (т.е. силы, действующие между первой частью 220 и второй частью 230). Пружина S присоединена между массой M и массой M. Масса M присоединена между пружиной S и пружиной S. Совместно пружина S и масса M могут быть использованы, чтобы моделировать вторую часть 230 кристаллической структуры 100. Опять же, для целей этого описания, пружина S может быть смоделирована прикрепленной к жесткой стенке 420. Могут быть смоделированы и другие кристаллические структуры, как это очевидно.
(114) Пружины на Фигуре 4 представляют силы, действующие между группами атомов в кристаллической структуре 100. Каждая из этих сил может быть смоделирована пружиной в соответствии с устоявшимися методами моделирования. Хотя пружины на Фигуре 4 изображены в одном измерении, следует принимать во внимание, что пружины могут быть смоделированы в трех измерениях, как это очевидно; однако, такое трехмерное отображение не является необходимым для целей понимания изобретения или вариантов его реализации.
1
2
F
1
2
(115) Как это будет понятно, температура и колебания атомов (например, фононы) взаимно связаны. В частности, температура ЧНС-материала возрастает по мере того, как увеличиваются колебания атомов ЧНС-материалов. Амплитуда и частота этих колебаний связаны с разными силами и массами, присутствующими в данном ЧНС-материале. В отношении кристаллической структуры 100, пружины S, S и S и массы M и M влияют на колебания механической модели, которые, в свою очередь, имитируют колебания, претерпеваемые кристаллической структурой 100 по мере увеличения температуры, что может, в свою очередь, влиять на щель 210.
(116) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения эти колебания влияют на щель 210. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при температурах выше температуры перехода, колебания изменяют или иным образом влияют на щель 210 так, что ЧНС-материал работает в его не-ЧНС-состоянии (например, поперечное сечение щели 210 ограничивает, препятствует или по-другому не способствует распространению электрического заряда через щель 210); тогда как при температурах ниже температуры перехода колебания не мешают работе ЧНС-материала в его ЧНС-состоянии (например, поперечное сечение щели 210 способствует распространению электрического заряда через щель 210).
(117) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при температурах выше температуры перехода, колебания изменяют или по-другому влияют на щелевые атомы 250 так, что ЧНС-материал переходит в свое не-ЧНС-состояние и/или работает в своем не-ЧНС-состоянии (или, другими словами, перестает работать в своем ЧНС-состоянии). В соответствии с различными вариантами реализации изобретения, при температурах выше температуры перехода, колебания изменяют или иным образом влияют на нещелевые атомы так, что ЧНС-материал переходит в свое не-ЧНС-состояние и/или работает в своем не-ЧНС-состоянии.
(118) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения кристаллическая структура различных известных ЧНС-материалов может быть модифицирована (тем самым давая новые производные материалов) таким образом, что модифицированный ЧНС-материал работает с улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с известным ЧНС-материалом. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения кристаллическая структура различных известных ЧНС-материалов может быть модифицирована таким образом, что щель 210 сохраняется при более высоких температурах. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения кристаллическая структура различных известных ЧНС-материалов может быть модифицирована (тем самым давая новые производные ЧНС-материалов) таким образом, что щель 210 распространяет электрический заряд при более высоких температурах. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения кристаллическая структура различных новых и ранее неизвестных ЧНС-материалов может быть разработана и изготовлена таким образом, что новые ЧНС-материалы работают с улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с существующими ЧНС-материалами. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения кристаллическая структура различных новых и ранее неизвестных ЧНС-материалов может быть разработана и изготовлена таким образом, что щель 210 сохраняется при более высоких температурах. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения кристаллическая структура различных новых и ранее неизвестных ЧНС-материалов может быть разработана и изготовлена таким образом, что щель 210 распространяет электрический заряд при более высоких температурах.
(119) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения щели 210 в кристаллической структуре 100 имеют поперечное сечение достаточного размера, чтобы распространять электрический заряд через кристаллическую структуру 100 таким образом, что ЧНС-материал 360 работает в ЧНС-состоянии. В некоторых вариантах реализации изобретения щели 210 в кристаллической структуре 100, имеющие поперечное сечение в интервале размеров от 0,20 нм до 1,00 нм, могут распространять электрический заряд через кристаллическую структуру 100 таким образом, что ЧНС-материал 360 работает в ЧНС-состоянии. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения щели 210 в кристаллической структуре 100 имеют поперечное сечение достаточного размера, чтобы распространять электрический заряд через кристаллическую структуру 100 таким образом, что щель 210 работает в ЧНС-состоянии. В некоторых вариантах реализации щели 210 в кристаллической структуре 100, имеющие поперечное сечение в интервале размеров от 0,20 нм до 1,00 нм, могут распространять электрический заряд через кристаллическую структуру 100 таким образом, что щель 210 работает в ЧНС-состоянии.
(120) В некоторых вариантах реализации изобретения улучшение и разработка ЧНС-материала, который работает с улучшенными рабочими характеристиками, могут включать в себя анализирование механических аспектов (например, сил, расстояний, масс, видов колебаний и т.п.) щели 210 и кристаллической структуры 100 с тем, чтобы щель 210 сохранялась в достаточной степени, чтобы оставаться в ЧНС-состоянии при более высоких температурах. В некоторых вариантах реализации изобретения улучшение и разработка ЧНС-материалов, которые работают с улучшенными рабочими характеристиками, могут включать в себя анализирование электронных аспектов (например, атомных сил притяжения и отталкивания, проводимости, электроотрицательности и т.п.) атомов в кристаллической структуре 100 (включая, но не ограничиваясь ими, щелевые атомы 250) с тем, чтобы щель 210 сохранялась в достаточной степени, чтобы оставаться в ЧНС-состоянии при более высоких температурах. В некоторых вариантах реализации изобретения улучшение и разработка ЧНС-материалов, которые работают с улучшенными рабочими характеристиками, могут включать в себя анализирование как электрических, так и механических аспектов щели 210 и кристаллической структуры 100, и атомов в них, для того, чтобы щель 210 сохранялась в достаточной степени, чтобы работать в ЧНС-состоянии при более высоких температурах.
1
1
1
1
(121) В некоторых вариантах реализации изобретения, в принципе говоря, динамическая жесткость пружины S может быть изменена так, что S'≠S, как проиллюстрировано на Фигуре 5. Измененная динамическая жесткость склонна изменять амплитуду, виды, частоту, направление и/или другие колебательные характеристики колебаний механической модели. Измененная динамическая жесткость может вызывать соответствующее изменение в кристаллической структуре 100, например, изменение в жесткости первой части 220 кристаллической структуры 100. Жесткость первой части 220 кристаллической структуры 100 может быть изменена посредством изменения различных атомов внутри первой части 220, чтобы повлиять на длины связей, прочности связей, углы связей, число связей или другие атомные характеристики атомов внутри первой части 220. Жесткость первой части 220 кристаллической структуры 100 можно изменять посредством присоединения большего или меньшего числа атомов к первой части 220, тем самым фактически изменяя динамическую жесткость пружины S, как будет понятно.
2
2
2
1
2
(122) В некоторых вариантах реализации изобретения, в принципе говоря, динамическая жесткость пружины S может быть изменена так, что S'≠S, как проиллюстрировано на Фигуре 6. Как описано выше, измененная динамическая жесткость склонна изменять амплитуду, виды, частоту, направление и/или другие колебательные характеристики колебаний механической модели. Измененная динамическая жесткость может вызывать соответствующее изменение в кристаллической структуре 100, например, изменение в жесткости второй части 230 кристаллической структуры 100 аналогично описанному выше в отношении пружины S. Жесткость второй части 230 кристаллической структуры 100 можно изменить посредством присоединения большего или меньшего числа атомов ко второй части 230, тем самым фактически изменяя динамическую жесткость пружины S, как будет понятно.
F
F
F
F
F
(123) В некоторых вариантах реализации изобретения, опять же говоря в принципе, динамическая жесткость пружины S может быть изменена так, что S'≠S, как проиллюстрировано на Фигуре 7. Как описано выше, измененная динамическая жесткость склонна изменять амплитуду, виды, частоту, направление и/или другие колебательные характеристики колебаний механической модели. Измененная динамическая жесткость может вызывать соответствующее изменение в кристаллической структуре 100, например, изменение в жесткости щели 210, образовавшейся в кристаллической структуре 100. Это может быть выполнено различными путями, включая, но не ограничиваясь ими, изменение формы щели 210 на такую, которая структурно отличается по прочности по сравнению с другими формами, изменение прочностей связей между щелевыми атомами, изменение углов связей, изменение видов колебаний кристаллической структуры 100, изменение щелевых атомов 250, или другими путями. Это может также быть выполнено, например, наслаиванием материала поверх кристаллической структуры 100 таким образом, что атомы этого материала перекрывают щель 210 посредством формирования одной или более связей между первой частью 220 и второй частью 230, тем самым фактически изменяя динамическую жесткость пружины S, как будет понятно. Другими словами, перекрывающие щель 210 атомы привносят дополнительную пружину S параллельно S, которая, в сущности, изменяет динамическую жесткость между первой частью 220 и второй частью 230. Эта модификация наслаиванием материала поверх кристаллической структуры 100 описывается более подробно ниже в связи с различными экспериментальными результатами испытаний.
1
1
1
2
(124) В некоторых вариантах реализации изобретения, опять же говоря в принципе, масса массы M может быть уменьшена, так что M'<M, как проиллюстрировано на Фигуре 8. Уменьшенная масса склонна изменять различные параметры из амплитуды, видов, частоты, направления и/или других колебательных характеристик колебаний механической модели. Уменьшенная масса может вызывать соответствующее изменение в кристаллической структуре 100, которое может в конечном счете приводить к сохранению и/или стабилизации щели 210 в кристаллической структуре 100 при более высоких температурах. Это может быть выполнено, например, посредством использования более мелких молекул и/или атомов в первой части 220 кристаллической структуры 100 или замены различных более крупных молекул и/или атомов на более мелкие молекулы и/или атомы. Подобные эффекты могут быть достигнуты уменьшением массы массы M.
1
1
1
2
(125) В некоторых вариантах реализации изобретения, опять же говоря в принципе, масса массы M может быть увеличена, так что M'>M, как проиллюстрировано на Фигуре 9. Увеличенная масса склонна изменять различные параметры из амплитуды, видов, частоты, направления и/или других колебательных характеристик колебаний механической модели. Увеличенная масса может вызывать соответствующее изменение в кристаллической структуре 100, которое может в конечном счете приводить к сохранению и/или стабилизации щели 210 в кристаллической структуре 100 при более высоких температурах. Это может быть выполнено, например, посредством использования более крупных атомов в первой части 220 кристаллической структуры 100 или замены различных более мелких атомов на более крупные. Подобные эффекты могут быть достигнуты увеличением массы массы M.
(126) В различных вариантах реализации изобретения может быть проделано любое сочетание различных изменений, описанных выше в отношении Фигур 5-9, чтобы изменить колебания механической модели, что может вызывать соответствующие изменения в кристаллической структуре 100 для того, чтобы сохранять щель 210 при более высоких температурах. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть необходимы компромиссы между различными изменениями для того, что обеспечить суммарное улучшение в сохранении щели 210.
(127) В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использована трехмерная компьютерная модель кристаллической структуры 100 для разработки ЧНС-материала с подходящей щелью 210, которая сохраняется при более высоких температурах. Такие модели могут быть использованы для анализа взаимодействий между щелевыми атомами 250 и/или нещелевыми атомами и их соответствующего влияния на щель 210 с температурой, как это очевидно. Например, различные компьютерные средства моделирования могут быть использованы для того, чтобы визуализировать и проанализировать кристаллическую структуру 100 и, в частности, визуализировать и проанализировать щели 210 в кристаллической структуре 100. Одно из таких компьютерных средств моделирования называется программой «Jmol», которая представляет собой открытый Java вьювер для просмотра и манипулирования химическими структурами в 3D. Jmol доступна на http://www.jmol.org.
(128) В некоторых вариантах реализации изобретения различные трехмерные компьютерные модели кристаллической структуры 100 могут быть смоделированы, чтобы определять и оценивать кристаллические структуры 100 и взаимодействие атомов в них. Такие компьютерные модели могут использовать теорию функционала плотности («ТФП»). Компьютерные модели с применением ТФП могут быть использованы для разработки новых ЧНС-материалов и модификации существующих ЧНС-материалов на основании сохранения щели 210 таким образом, что эти ЧНС-материалы работают в ЧНС-состоянии в соответствии с различными принципами изобретения, описанными в этом документе, и как это будет понятно.
(129) В некоторых вариантах реализации изобретения сочетания пружин и масс могут быть подобраны, чтобы изменять колебания (включая связанные с ними колебательные характеристики), которые влияют на щель 210 в кристаллической структуре 100, в соответствии с различными известными методами. Другими словами, пружины и массы могут быть модифицированы и/или выбраны так, чтобы изменять амплитуду, виды, частоту, направление и/или другие колебательные характеристики различных колебаний в кристаллической структуре 100, чтобы минимизировать их влияние на щель 210. В качестве примера, пружины и массы могут быть модифицированы и/или выбраны так, чтобы сделать возможными колебания в кристаллической структуре 100 в направлениях, параллельных (или по существу параллельных) распространению электрического заряда через щель 210, посредством чего уменьшается влияние таких колебаний на щель 210. В качестве другого примера, пружины и массы могут быть модифицированы и/или выбраны так, чтобы регулировать различные резонансные частоты в кристаллической структуре 100 для того, чтобы распространять электрический заряд через щель 210 при разных температурах.
(130) В некоторых вариантах реализации изобретения сочетания пружин и масс могут быть выбраны так, чтобы сохранять щель 210 в кристаллической структуре 100 независимо от колебаний, имеющих место в кристаллической структуре 100. Другими словами, уменьшение, увеличение и/или иное изменение колебаний в кристаллической структуре 100 могут не влиять иным образом на явление сопротивления при условии, что сама щель 210 сохраняется.
F
F
(131) Фигура 10 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру 1010 модифицированного ЧНС-материала 1060 как перспективный вид со второй стороны, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Фигура 11 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру 1010 модифицированного ЧНС-материала 1060 как перспективный вид с первой стороны, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. ЧНС-Материал 360 (например, как проиллюстрировано на Фигуре 3 и на некоторых других чертежах) модифицирован, чтобы образовать модифицированный ЧНС-материал 1060. Модифицирующий материал 1020 образует связи с атомами кристаллической структуры 300 (по Фигуре 3) ЧНС-материала 360, образуя модифицированную кристаллическую структуру 1010 модифицированного ЧНС-материала 1060, как проиллюстрировано на Фигуре 11. Как проиллюстрировано, модифицирующий материал 1020 наводит мостик через зазор между первой частью 320 и второй частью 330, тем самым изменяя, помимо прочего, колебательные характеристики модифицированной кристаллической структуры 1010, особенно в области щели 310. При этом, модифицирующий материал 1020 сохраняет щель 310 при более высоких температурах. При обращении к Фигуре 7, модифицирующий материал 1020 служит для модифицирования эффективной динамической жесткости пружины S, действуя, например, в качестве одной или более дополнительных пружин параллельно пружине S. Соответственно, в некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 специально выбирается для того, чтобы приспосабливаться к и связываться с соответствующими атомами в кристаллической структуре 300.
(132) В некоторых вариантах реализации изобретения и как проиллюстрировано на Фигуре 10, модифицирующий материал 1020 связан с гранью кристаллической структуры 300, которая параллельна b-плоскости (например, грани «a-c»). В таких вариантах реализации, где модифицирующий материал 1020 связан гранью «a-c», сохраняются щели 310, простирающиеся в направлении a-оси и с поперечными сечениями, лежащими в a-плоскости. В таких вариантах реализации носители заряда проходят через щель 310 в направлении a-оси.
(133) В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 связан с гранью кристаллической структуры 300, которая параллельна a-плоскости (например, грани «b-c»). В таких вариантах реализации, где модифицирующий материал 1020 связан гранью «b-c», сохраняются щели 310, простирающиеся в направлении b-оси и с поперечными сечениями, лежащими в b-плоскости. В таких вариантах реализации носители заряда проходят через щель 310 в направлении b-оси.
(134) Различные варианты реализации изобретения включают наслаивание на конкретную поверхность ЧНС-материала 360 модифицирующим материалом 1020 (т.е. модифицирование конкретной поверхности ЧНС-материала 360 модифицирующим материалом 1020). Как будет уяснено из этого описания, ссылка на «модифицирование поверхности» ЧНС-материала 360 в конечном счете включает модифицирование грани (а в некоторых случаях - более чем одной грани) одной или более элементарных ячеек 2100 ЧНС-материала 360. Другими словами, модифицирующий материал 1020 фактически связывается с атомами в элементарной ячейке 2100 ЧНС-материала 360.
(135) Например, модифицирование поверхности ЧНС-материала 360, параллельной a-плоскости, включает модифицирование граней «b-c» элементарных ячеек 2100. Таким же образом, модифицирование поверхности ЧНС-материала 360, параллельной b-плоскости, включает модифицирование граней «a-c» элементарных ячеек 2100. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 связывается с поверхностью ЧНС-материала 360, которая является по существу параллельной любой плоскости, которая параллельна c-оси. Для целей этого описания, плоскости, которые параллельны c-оси, называются в целом ab-плоскостями и, как будет понятно, включают a-плоскость и b-плоскость. Как будет понятно, поверхность ЧНС-материала 360, параллельная ab-плоскости, образована из некоторой смеси граней «a-c» и граней «b-c» элементарных ячеек 2100. В таких вариантах реализации, где модифицирующий материал 1020 связан с поверхностью, параллельной ab-плоскости, сохраняются щели 310, простирающиеся в направлении a-оси, и щели 310, простирающиеся в направлении b-оси.
(136) В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 может быть проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 может быть материалом с высоким сродством к кислороду (т.е. материалом, который легко связывается с кислородом) («связывающим кислород материалом»). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 может быть проводящим материалом, который легко связывается с кислородом («связывающие кислород проводящие материалы»). Такие связывающие кислород проводящие материалы могут включать, но не ограничиваясь ими, хром, медь, висмут, кобальт, ванадий и титан. Такие связывающие кислород проводящие материалы могут также включать, но не ограничиваясь ими, родий или бериллий. Другие модифицирующие материалы могут включать галлий или селен. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть хром (Cr). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть медь (Cu). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть висмут (Bi). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть кобальт (Co). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть ванадий (V). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть титан (Ti). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть родий (Rh). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть бериллий (Be). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть галлий (Ga). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть селен (Se). В некоторых вариантах реализации изобретения в качестве модифицирующего материала 1020 могут быть использованы другие элементы. В некоторых вариантах реализации изобретения в качестве модифицирующего материала 1020 могут быть использованы сочетания различных материалов (например, соединений, композиций, молекул, сплавов и т.п.). В некоторых вариантах реализации изобретения различные слои материалов и/или сочетаний материалов могут быть использованы совместно в качестве модифицирующего материала 1020. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 соответствует атомам, обладающим подходящим связыванием с кислородом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 включает атомы, которые имеют длины связей с различным(и) атомом(ами) в кристаллической структуре 1010 по меньшей мере такой же величины, как и половина расстояния между атомами первой части 320 и атомами второй части 330. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 включает атомы, которые связываются с различным(и) атомом(ами) в кристаллической структуре 1010. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 включает атомы, которые хорошо связываются с различным(и) атомом(ами) в кристаллической структуре 1010.
x
y
x
y
(137) В некоторых вариантах реализации изобретения могут образовываться оксиды модифицирующего материала 1020 во время различных операций, связанных с модифицированием ЧНС-материала 360 модифицирующим материалом 1020. Соответственно, в некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 может содержать по существу чистую разновидность модифицирующего материала 1020 и различные оксиды модифицирующего материала 1020. Другими словами, в некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 модифицируют модифицирующим материалом 1020 и различными оксидами модифицирующего материала 1020. В качестве примера, но не ограничения, в некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 может содержать хром и оксид хрома (CrO). В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 модифицируют различными оксидами модифицирующего материала 1020. В качестве примера, но не ограничения, в некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 модифицируют оксидом хрома (CrO).
(138) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы и другие материалы, чтобы модифицировать кристаллическую структуру 1010. Например, может быть выбран модифицирующий материал 1020, имеющий увеличенные прочности связей по отношению к слою оксида меди, чтобы замещать иттрий (один из щелевых атомов). Также, например, может быть выбран модифицирующий материал 1020, имеющий увеличенные прочности связей по отношению к иттрию, чтобы замещать слой оксида меди. Например, может быть выбран оксид хрома (CrO), чтобы замещать оксид меди (CuO). Также, например, может быть выбран модифицирующий материал 1020, имеющий увеличенные прочности связей по отношению к слою оксида меди, чтобы замещать барий. Хотя эти примеры относятся к прочностям связей, различные модифицирующие материалы 1020 могут быть выбраны на основании других атомных характеристик или их сочетаний, которые склонны сохранять щель 310 при более высоких температурах, например, но не ограничиваясь ими, модифицирующие материалы 1020, которые могут давать чистые (результирующие) изменения колебаний в кристаллической структуре 1010.
(139) В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть YBCO, а модифицирующий материал 1020 может быть связывающим кислород проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть хром, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть медь, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть висмут, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть кобальт, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть ванадий, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть титан, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть родий, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть бериллий, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 является другим связывающим кислород проводящим материалом, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO.
(140) В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть галлий, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующим материалом 1020 может быть селен, а ЧНС-материалом 360 может быть YBCO.
(141) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы различные другие сочетания медьоксидных перовскитных материалов со смешанной валентностью и связывающих кислород проводящих материалов. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 соответствует медьоксидному перовскитному материалу со смешанной валентностью, обычно называемому «BSCCO». BSCCO включает различные атомы висмута («Bi»), стронция («Sr»), кальция («Ca»), меди («Cu») и кислорода («O»). Сам по себе, BSCCO имеет температуру перехода приблизительно 100K. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть BSCCO, и модифицирующий материал 1020 может быть связывающим кислород проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть BSCCO, а модифицирующий материал 1020 может быть выбран из группы, включающей, но не ограниченной ими, хром, медь, висмут, кобальт, ванадий, титан, родий или бериллий. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть BSCCO, а модифицирующий материал 1020 может быть выбран из группы, состоящей из хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия и бериллия.
(142) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы различные сочетания других ЧНС-материалов и модифицирующих материалов. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 соответствует материалу пниктиду железа. Пниктиды железа, сами по себе, имеют температуры перехода, которые находятся в интервале от приблизительно 25-60K. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть пниктид железа, а модифицирующий материал 1020 может быть связывающим кислород проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть пниктид железа, а модифицирующий материал 1020 может быть выбран из группы, включающей, но не ограниченной ими: хром, медь, висмут, кобальт, ванадий, титан, родий или бериллий. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть пниктид железа, а модифицирующий материал 1020 может быть выбран из группы, состоящей из хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия и бериллия.
2
(143) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы различные сочетания других ЧНС-материалов и модифицирующих материалов. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть диборид магния («MgB»). Сам по себе, диборид магния имеет температуру перехода приблизительно 39K. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть диборид магния, а модифицирующий материал 1020 может быть связывающим кислород проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть диборид магния, а модифицирующий материал 1020 может быть выбран из группы, включающей, но не ограниченной ими: хром, медь, висмут, кобальт, ванадий, титан, родий или бериллий. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 может быть диборид магния, а модифицирующий материал 1020 может быть выбран из группы, состоящей из хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия и бериллия.
(144) В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1020 может быть наслоен на образец ЧНС-материала 360 с использованием различных методов наслаивания одной композиции на другую композицию, как это будет понятно. Например, такие методы наслаивания включают, но не ограничиваясь ими, импульсное лазерное осаждение, испарение, включая совместное испарение, испарение электронным пучком и активированное реакционное испарение, распыление, включая магнетронное распыление, распыление ионным пучком и ионно-стимулированное распыление, катодно-дуговое осаждение, CVD, CVD с применением металлоорганических соединений, плазмостимулированное CVD, молекулярно-лучевую эпитаксию, золь-гелевый процесс, жидкофазную эпитаксию и/или другие методы наслаивания. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 может быть наслоен на образец модифицирующего материала 1020 с использованием различных методов наслаивания одной композиции на другую композицию. В некоторых вариантах реализации изобретения одноатомный слой модифицирующего материала 1020 (т.е. слой модифицирующего материала 1020, имеющий толщину, по существу равную единственному атому или молекуле модифицирующего материала 1020) может быть наслоен (нанесен) на образец ЧНС-материала 360. В некоторых вариантах реализации изобретения слой в одну структурную единицу модифицирующего материала (т.е. слой модифицирующего материала, имеющий толщину, по существу равную одной структурной единице (например, атому, молекуле, кристаллу или другой структурной единице) модифицирующего материала) может быть наслоен (нанесен) на образец ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал может быть наслоен на слой в одну структурную единицу модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения на ЧНС-материал могут быть наслоены (нанесены) слои в две или более структурных единицы модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал может быть наслоен на слои в две или более структурных единицы модифицирующего материала.
(145) Другие пытались наслаивать различные композиции (например, золота, меди, кремния и т.п.) на известные ЧНС-материалы с целью улучшения их применимости в различных областях применения. Однако выбор таких композиций не был основан на намерении изменить, улучшить или иным образом сохранить щель 210, особенно в отношении: различных геометрических характеристик кристаллической структуры 100 и щели 210 (например, но не ограничиваясь ими, ширины зазора между первой частью 220 и второй частью 230, размера щели 210 и т.п.); атомных характеристик щелевых атомов 250 в кристаллической структуре 100, их взаимодействия друг с другом и их влияния на щель 210 по мере изменения температуры; и атомных характеристик атомов в кристаллической структуре 100 и их взаимодействия с модифицирующим материалом 1020 (например, но не ограничиваясь ими, различных свойств связывания модифицирующего материала 1020 с атомами в кристаллической структуре 100).
(146) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть проделаны изменения в решетках, используемых в кристаллической структуре 100. Например, могут быть использованы решетки, имеющие моноклинные кристаллографические симметрии, орторомбические кристаллографические симметрии или кубические кристаллографические симметрии, чтобы улучшить различные другие решетки в кристаллической структуре 100. В дополнение, могут быть использованы объемно-центрированная кубическая симметрия или гранецентрированная кубическая симметрия, чтобы улучшить простую кубическую симметрию в кристаллической структуре 100. В некоторых вариантах реализации более широкое разнообразие решеток в кристаллической структуре 100 может сохранять щель 210 при более высоких температурах. В некоторых вариантах реализации более сложные решетки в кристаллической структуре 100 могут сохранять щель 210 при более высоких температурах.
(147) В некоторых вариантах реализации изобретения кристаллическая структура 100 может быть разработана так, что фононы (т.е. колебания решетки) в кристаллической структуре 100 преимущественно распространяются через кристаллическую структуру 100 в единственном направлении, которое параллельно распространению электрического заряда через щель 210 (как, например, на Фигуре 2). Такие фононы не проявляют тенденции к влиянию на щель 210, тем самым позволяя щели 210 работать в ЧНС-состоянии при более высоких температурах. Любое распространение фононов ортогонально распространению электрического заряда через щель 210 может быть минимизировано так, чтобы избежать влияния на щель 210.
(148) Фигуры 12 и 13A-13I теперь используются для описания модифицирования образца 1310 ЧНС-материала 360, чтобы получить модифицированный ЧНС-материал 1060 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Фигура 12 представляет собой технологическую схему модифицирования образца 1310 ЧНС-материала 360 модифицирующим материалом 1020, чтобы получить модифицированный ЧНС-материал 1060 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Фигуры 13A-13J иллюстрируют образец 1310 ЧНС-материала 360, подвергаемый модификациям, чтобы получить модифицированный ЧНС-материал 1060 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом 360 является медьоксидный перовскитный материал со смешанной валентностью, а модифицирующий материал 1380 является связывающим кислород проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 360 представляет собой ВТСП-материал, обычно обозначаемый как YBCO, а модифицирующий материал 1380 представляет собой хром.
(149) Как проиллюстрировано на Фигуре 13A, образец 1310 представляет собой множество элементарных кристаллических ячеек ЧНС-материала 360 и ориентирован своей непроводящей осью (или, более конкретно, своей не-ЧНС-осью или несверхпроводящей осью) вдоль c-оси. В некоторых вариантах реализации изобретения образец 1310 имеет размеры приблизительно 5 мм×10 мм×10 мм. Для целей этого описания, образец 1310 ориентирован так, что гравная ось проводимости ЧНС-материала 360 ориентирована вдоль a-оси. Как будет понятно, если ЧНС-материал 360 включает две главных оси проводимости, то образец 1310 может быть ориентирован вдоль либо a-оси, либо b-оси. Как будет также понятно, в некоторых вариантах реализации образец 1310 может быть ориентирован вдоль любой линии в c-плоскости (т.е. грани, параллельной любой ab-плоскости). При операции 1210 и как проиллюстрировано на Фигуре 13B и Фигуре 13C, получают срез 1320 разрезанием образца 1310 вдоль плоскости, по существу параллельной a-плоскости образца 1310. В некоторых вариантах реализации изобретения срез 1320 имеет толщину приблизительно 3 мм, хотя могут быть использованы и другие толщины. В некоторых вариантах реализации изобретения это может быть выполнено при помощи прецизионного диска с алмазной режущей кромкой.
(150) При необязательной операции 1220 и как проиллюстрировано на Фигуре 13D, Фигуре 13E и Фигуре 13F, получают клин 1330 разрезанием среза 1320 вдоль диагонали a-плоскости среза 1320, чтобы открыть (вскрыть) разные щели в образце 1310. В некоторых вариантах реализации изобретения это выполняют при помощи прецизионного диска с алмазной режущей кромкой. Эта операция дает грань 1340 на диагональной поверхности клина 1330, имеющую открытые щели. В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 соответствует любой плоскости, по существу параллельной c-оси. В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 соответствует плоскости, по существу перпендикулярной a-оси (т.е. a-плоскости кристаллической структуры 100). В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 соответствует плоскости, по существу перпендикулярной b-оси (т.е. b-плоскости кристаллической структуры 100). В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 соответствует плоскости, по существу перпендикулярной любой линии в ab-плоскости. В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 соответствует любой плоскости, которая не является по существу перпендикулярной c-оси. В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 соответствует любой плоскости, которая не является по существу перпендикулярной любой по существу непроводящей оси (или не-ЧНС-оси или несверхпроводящей оси) ЧНС-материала 360. Как будет понятно, операция 1220 может не быть необходимой, так как срез 1320 может иметь открытые щели и/или другие характеристики, подобные тем, что обсуждены выше со ссылкой на грань 1340.
(151) При операции 1230 и как проиллюстрировано на Фигуре 13G и Фигуре 13J, на грань 1340 осаждают модифицирующий материал 1380 (например, модифицирующий материал 1020, как проиллюстрировано на Фигуре 10 и на некоторых других чертежах), чтобы получить грань 1350 из модифицирующего материала 1380 на клине 1330 и модифицированную область 1360 модифицированного ЧНС-материала 1060 на поверхности раздела между гранью 1340 и модифицирующим материалом 1380. Модифицированная область 1360 в клине 1330 соответствует области в клине 1330, где модифицирующий материал 1380 связывается с кристаллической структурой 300 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, чтобы улучшить кристаллическую структуру 300 поблизости от щели 310. Могут быть использованы другие виды связывания модифицирующего материала 1380 с ЧНС-материалом 360. Операция 1230 описывается более подробно ниже со ссылкой на Фигуру 14.
(152) Обращаясь к Фигуре 14, при операции 1410 грань 1340 полируют. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использовано одно или более полирующих средств. В некоторых вариантах реализации изобретения, которые включают YBCO в качестве ЧНС-материала, может быть использовано одно или более полирующих средств на неводной основе, включая, но не ограничиваясь ими, изопропиловый спирт, гептан, неорганические или стабильные органические суспензии. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы полирующие средства на водной основе. В некоторых вариантах реализации изобретения грань 1340 подвергают конечному полированию коллоидной суспензией 20 нм. В некоторых вариантах реализации изобретения полирование грани 1340 выполняют в направлении, по существу параллельном a-оси клина 1330 (т.е. вдоль направления щелей 310). В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использовано кислородно-плазменное травление, как это будет понятно. В некоторых вариантах реализации изобретения чистота грани 1340 (т.е. отсутствие примесей или другие материалов, композиций или соединений) непосредственно перед наслаиванием на нее модифицирующего материала 1380 может быть важной для достижения улучшенных рабочих характеристик в модифицированном ЧНС-материале по сравнению с характеристиками немодифицированного ЧНС-материала.
-6
(153) При операции 1420 маскируют одну или более поверхностей, иных, чем грань 1340. В некоторых вариантах реализации маскируют все поверхности, иные, чем грань 1340. При операции 1430 модифицирующий материал 1380 осаждают на грань 1340 с использованием осаждения из паровой фазы. В некоторых вариантах реализации изобретения на грань 1340 осаждают приблизительно 40 нм модифицирующего материала 1380 с использованием осаждения из паровой фазы, хотя могут быть использованы меньшие или большие количества модифицирующего материала 1380. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1380 осаждают на грань 1340 с использованием осаждения из паровой фазы в вакууме, который может иметь давление 5×10 торр или менее.
(154) Обращаясь к Фигуре 12, Фигуре 13H и Фигуре 13I, при необязательной операции 1240 в некоторых вариантах реализации изобретения часть клина 1330 удаляют, чтобы уменьшить размер клина 1330, получив клин 1390. При операции 1250 наносят двусторонние выводы на каждую из двух a-плоскостей (т.е. граней «b-c») клина 1390 с использованием связующего агента. В некоторых вариантах реализации изобретения для нанесения двусторонних выводов на две a-плоскости (т.е. грани «b-c») клина 1390 используют серебряную пасту (серебряную пасту Alfa Aesar #42469). При операции 1260 связующий агент отверждают. В некоторых вариантах реализации, использующих серебряную пасту в качестве связующего агента, эту серебряную пасту отверждают в течение одного часа при 60°C и затем отверждают в течение дополнительного часа при 150°C. Могут быть использованы другие протоколы отверждения, как это очевидно. В некоторых вариантах реализации изобретения проводящий материал, такой как серебро, но не ограничиваясь им, напыляют или наносят иным образом на каждую из двух b-c граней клина 1390 и прикрепляют к нему двусторонние выводы, как это очевидно. Могут быть использованы другие механизмы для прикрепления двусторонних выводов к клину 490. После операции 1250 клин 1390 с модифицированной областью 1360 (проиллюстрированной на Фигуре 13J) готов к испытаниям.
(155) Фигура 15 иллюстрирует испытательный стенд 1500, применимый для определения различных рабочих характеристик клина 1390. Испытательный стенд 1500 включает корпус 1510 и четыре зажима 1520. Клин 1390 размещают в корпусе 1510 и каждый из двусторонних выводов прижимают к корпусу 1510 при помощи зажимов 1520, как это проиллюстрировано. Выводы прижимают к корпусу 1510 для обеспечения снятия напряжений для того, чтобы предотвратить изгибание и/или разрыв отвержденной серебряной пасты. Источник тока присоединяют к одному концу пары двусторонних выводов, и вольтметр измеряет напряжение на другом конце пары двусторонних выводов. Эта конфигурация предусматривает многоточечный метод определения сопротивления клина 1390 и, в частности, модифицированного ЧНС-материала 1060, как это понятно.
(156) Фигуры 16A-16G иллюстрируют результаты испытаний 1600, полученные как описано выше. Результаты испытаний 1600 включают график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). Более конкретно, результаты испытаний 1600 соответствуют модифицированному ЧНС-материалу 1060, причем модифицирующий материал 1380 соответствует хрому, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. Фигура 16A включает результаты испытаний 1600 по полному температурному интервалу, на протяжении которого измеряли сопротивление модифицированного ЧНС-материала 1060, а именно, от 84K до 286K. Для того чтобы предоставить дополнительные подробности, результаты испытаний 1600 были разбиты на разные температурные интервалы и проиллюстрированы. В частности, Фигура 16B иллюстрирует результаты испытаний 1600 в температурном интервале от 240K до 280K; Фигура 16C иллюстрирует результаты испытаний 1600 в температурном интервале от 210K до 250K; Фигура 16D иллюстрирует результаты испытаний 1600 в температурном интервале от 180K до 220K; Фигура 16E иллюстрирует результаты испытаний 1600 в температурном интервале от 150K до 190K; Фигура 16F иллюстрирует результаты испытаний 1600 в температурном интервале от 120K до 160K; и Фигура 16G иллюстрирует результаты испытаний 1600 в температурном интервале от 84,5K до 124,5K.
(157) Результаты испытаний 1600 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 внутри клина 1390 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. С использованием клина 1390 выполняли шесть тестовых прогонов по анализу образца. Для каждого тестового прогона образца испытательный стенд 1510 с установленным в него клином 1390 медленно охлаждали от приблизительно 286K до 83K. Во время охлаждения источник тока подавал ток +60 нА и -60 нА в конфигурации с дельта-режимом через клин 1390 для того, чтобы уменьшить влияние каких-либо смещений постояннотоковой составляющей и/или термоэлектрических эффектов. При регулярных временных интервалах измеряли напряжение на клине 1390 вольтметром. Для каждого тестового прогона по анализу образца временные ряды значений измеренного напряжения фильтровали с применением 512-точечного быстрого преобразования Фурье («БПФ»). Все, кроме наиболее низких 44 частот от БПФ, удаляли из данных, и отфильтрованные данные возвращали во временную область. Отфильтрованные данные от каждого тестового прогона по анализу образца затем объединяли, получив результаты испытаний 1600. Более конкретно, все результаты измерений сопротивления от шести тестовых прогонов по анализу образца организовали в последовательности температурных интервалов (например, 80K-80,25K, от 80,25K до 80,50K, от 80,5K до 80,75K и т.п.) таким образом, который называют «биннингом» (суммированием). Затем результаты измерений сопротивления в каждом температурном интервале усредняли, что получить среднюю измеренную величину сопротивления для каждого температурного интервала. Эти средние измеренные величины сопротивления образуют результаты испытаний 1600.
(158) Результаты испытаний 1600 включают различные дискретные скачки 1610 на графике сопротивления в зависимости от температуры, причем каждый из таких дискретных скачков 1610 представляет собой сравнительно быстрое изменение сопротивления в сравнительно узком интервале температур. При каждом из этих дискретных скачков 1610 отдельные части модифицированного ЧНС-материала 1060 начинают распространять электрический заряд вплоть до способности к распространению заряда таких частей при соответствующих температурах. Это поведение описывается со ссылкой на Фигуру 13J, которая иллюстрирует поверхность раздела между модифицирующим материалом 1380 и ЧНС-материалом 360. При очень малых масштабах грань 1340 не является совершенно ровной. К тому же, как проиллюстрировано, лишь части щелей 310 открыты в пределах грани 1340 и, соответственно, лишь небольшие части ЧНС-материала 360 могут быть модифицированы. Поэтому щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 обычно не простираются на всю ширину или длину клина 1390. Соответственно, в некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 1380 покрывает всю поверхность ЧНС-материала 360 и может действовать как проводник, который переносит электрический заряд между щелями 310.
(159) Перед более подробным обсуждением результатов испытаний 1600 рассматриваются различные характеристики ЧНС-материала 360 и модифицирующего материала 1380. Профили сопротивления в зависимости от температуры («R-T») этих материалов по отдельности в целом хорошо известны. Индивидуальные профили R-T этих материалов не предполагаются включающими признаки, подобные найденным в результатах испытаний 1600 дискретным скачкам 1610. На самом деле, немодифицированные образцы ЧНС-материала 360 и образцы модифицирующего материала 1380 самого по себе были испытаны при подобных и часто идентичных условиях испытания и измерения. В каждом случае, профиль R-T немодифицированных образцов ЧНС-материала 360 и профиль R-T модифицирующего материала самого по себе не включал каких-либо признаков, подобных дискретным скачкам 1610. Соответственно, дискретные скачки 1610 являются результатом модифицирования ЧНС-материала 360 модифицирующим материалом 1380, чтобы сохранять щель 310 при увеличенных температурах, тем самым позволяя модифицированному материалу 1380 оставаться в ЧНС-состоянии при таких увеличенных температурах в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(160) При каждом из дискретных скачков 1610 различные из щелей 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 начинают распространять электрический заряд вплоть до способности к распространению заряда каждой щели 310. Как измерено вольтметром, каждая распространяющая заряд щель 310 представляется как короткое замыкание, понижающее наблюдаемое напряжение на клине 1390 на небольшую величину. Наблюдаемое напряжение продолжает падать по мере того, как дополнительные из щелей 310 начинают распространять электрический заряд, до тех пор, пока температура клина 1390 не достигает температуры перехода ЧНС-материала 360 (т.е. температуры перехода немодифицированного ЧНС-материала, которая в случае YBCO составляет приблизительно 90K).
(161) Результаты испытаний 1600 указывают, что определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 97K. Другими словами, результаты испытаний указывают, что определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд через кристаллическую структуру модифицированного ЧНС-материала 1060 при приблизительно 97K. Результаты испытаний 1600 также указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 100K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 103K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 113K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 126K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 140K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 146K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 179K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 183,5K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 200,5K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 237,5K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 250K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах в пределах полного температурного интервала, как это будет понятно.
(162) Результаты испытаний 1600 включают различные другие сравнительно быстрые изменения сопротивления на протяжении сравнительно узкого интервала температур, не идентифицируемые иначе как дискретный скачок 1610. Некоторые из этих других изменений могут соответствовать артефактам из-за методов обработки данных, используемых в отношении результатов измерений, полученных при проведении тестовых прогонов (например, методов БПФ, фильтрации и т.п.). Некоторые из этих других изменений могут соответствовать изменениям сопротивления вследствие резонансных частот в модифицированной кристаллической структуре 1010, оказывающих влияние на щель 310 при различных температурах. Некоторые из этих других изменений могут соответствовать дополнительным дискретным скачкам 1610. Кроме того, изменения сопротивления в температурном интервале 270-274K, вероятно, связаны с присутствием воды в модифицированном ЧНС-материале 1060, некоторая часть которой могла быть введена во время приготовления клина 1380, например, но не ограничиваясь этим, во время операции 1410.
(163) В дополнение к дискретным скачкам 1610, результаты испытаний 1600 отличаются от профиля R-T ЧНС-материала 360 тем, что модифицирующий материал 1380 хорошо проводит при температурах выше температуры перехода ЧНС-материала 360, тогда как ЧНС-материал 360 обычно нет.
(164) Фигура 24 иллюстрирует дополнительные результаты испытаний 2400 для образцов ЧНС-материала 360 и модифицирующего материала 1380. Более конкретно, в случае результатов испытаний 2400, модифицирующий материал 1380 соответствует хрому, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. В случае результатов испытаний 2400, образцы ЧНС-материала 360 приготавливали, используя различные рассмотренные выше методы, чтобы открыть грань кристаллической структуры 300, параллельную a-плоскости или b-плоскости. Результаты испытаний 2400 собирали, используя синхронный усилитель и источник тока K6221, который подавал ток 10 нА при 24,0 Гц к модифицированному ЧНС-материалу 1060. Результаты испытаний 2400 включают график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). Фигура 24 включает результаты испытаний 2400 по полному интервалу температуры, на протяжении которого измеряли сопротивление модифицированного ЧНС-материала 1060, а именно, от 80K до 275K. Результаты испытаний 2400 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. С образцом модифицированного ЧНС-материала 1060 выполняли пять тестовых прогонов по анализу образца. Для каждого тестового прогона по анализу образца образец модифицированного ЧНС-материала 1060 медленно нагревали от 80K до 275K. При нагревании напряжение на образце модифицированного ЧНС-материала 1060 измеряли на регулярных временных интервалах и рассчитывали сопротивление на основании тока источника. Для каждого тестового прогона по анализу образца временные ряды значений измеренного сопротивления фильтровали с применением 1024-точечного БПФ. Все, кроме наиболее низких 15 частот от БПФ, удаляли из данных, и отфильтрованные значения измеренного сопротивления возвращали во временную область. Отфильтрованные значения измеренного сопротивления от каждого тестового прогона по анализу образца затем объединяли с применением указанного выше процесса биннинга, получив результаты испытаний 2400. Затем результаты измерений сопротивления в каждом температурном интервале усредняли, чтобы получить среднюю измеренную величину сопротивления для каждого температурного интервала. Эти средние измеренные величины сопротивления образуют результаты испытаний 2400.
(165) Результаты испытаний 2400 включают различные дискретные скачки 2410 на графике сопротивления в зависимости от температуры, причем каждый из таких дискретных скачков 2410 представляет собой сравнительно быстрое изменение сопротивления в сравнительно узком интервале температур, подобно дискретным скачкам 1610, рассмотренным выше в отношении Фигур 16A-16G. При каждом из этих дискретных скачков 2410 отдельные части модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд вплоть до способности к распространению заряда таких частей при соответствующих температурах.
(166) Результаты испытаний 2400 указывают, что определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 120K. Другими словами, результаты испытаний 2400 указывают, что определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд через кристаллическую структуру модифицированного ЧНС-материала 1060 при приблизительно 120K. Результаты испытаний 2400 также указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 145K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 175K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 200K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 225K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 250K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах в пределах полного температурного интервала, как это будет понятно.
(167) Фигуры 25-29 иллюстрируют дополнительные результаты испытаний для образцов ЧНС-материала 360 и различных модифицирующих материалов 1380. Для этих дополнительных результатов испытаний образцы ЧНС-материала 360 приготавливали с применением различных рассмотренных выше методов, чтобы открыть грань кристаллической структуры 300, по существу параллельную a-плоскости или b-плоскости или некоторому сочетанию a-плоскости или b-плоскости, и модифицирующий материал наслаивали на эти открытые грани. Каждый из этих модифицированных образцов медленно охлаждали от приблизительно 300K до 80K. Во время нагревания источник тока подавал ток в дельта-режиме через модифицированный образец, как описано ниже. На регулярных временных интервалах измеряли напряжение на модифицированном образце. Для каждого тестового прогона по анализу образца временные ряды значений измеренного напряжения фильтровали в частотной области с применением БПФ посредством удаления всех, кроме наиболее низких, частот, и отфильтрованные измеренные значения возвращали во временную область. Число сохраняемых частот обычно различно для каждого набора данных. Отфильтрованные данные от каждого из тестовых прогонов затем подвергали биннингу и усредняли, чтобы получить результаты испытаний, проиллюстрированные на Фигурах 25-29.
(168) Фигура 25 иллюстрирует результаты испытаний 2500, включая график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). В случае результатов испытаний 2500, модифицирующий материал 1380 соответствует ванадию, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. Результаты испытаний 2500 получили от 11 тестовых прогонов с применением источника тока 20 нА, выполнили 1024-точечное БПФ и удалии информацию от всех, кроме наиболее низких 12 частот. Результаты испытаний 2500 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. Результаты испытаний 2500 включают различные дискретные скачки 2510 на графике сопротивления в зависимости от температуры, подобные тем, что рассматривались выше в отношении Фигур 16A-16G. Результаты испытаний 2500 указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 267K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 257K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 243K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 232K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 219K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах.
(169) Фигура 26 иллюстрирует результаты испытаний 2600, включающие график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). В случае результатов испытаний 2600, модифицирующий материал 1380 соответствует висмуту, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. Результаты испытаний 2600 получили от 5 тестовых прогонов с применением источника тока 400 нА, выполнили 1024-точечное БПФ и удалии информацию от всех, кроме наиболее низких 12 частот. Результаты испытаний 2600 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. Результаты испытаний 2600 включают различные дискретные скачки 2610 на графике сопротивления в зависимости от температуры, подобные тем, что рассматривались выше в отношении Фигур 16A-16G. Результаты испытаний 2600 указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 262K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 235K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 200K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 172K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 141K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах.
(170) Фигура 27 иллюстрирует результаты испытаний 2700, включающие график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). В случае результатов испытаний 2700, модифицирующий материал 1380 соответствует меди, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. Результаты испытаний 2500 получили от 6 тестовых прогонов с применением источника тока 200 нА, выполнили 1024-точечное БПФ и удалии информацию от всех, кроме наиболее низких 12 частот. Результаты испытаний 2700 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. Результаты испытаний 2710 включают различные дискретные скачки 2710 на графике сопротивления в зависимости от температуры, подобные тем, что рассматривались выше в отношении Фигур 16A-16G. Результаты испытаний 2700 указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 268K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 256K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 247K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 235K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 223K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах.
(171) Фигура 28 иллюстрирует результаты испытаний 2800, включающие график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). В случае результатов испытаний 2800, модифицирующий материал 1380 соответствует кобальту, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. Результаты испытаний 2500 получили от 11 тестовых прогонов с применением источника тока 400 нА, выполнили 1024-точечное БПФ и удалили информацию от всех, кроме наиболее низких 12 частот. Результаты испытаний 2800 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. Результаты испытаний 2800 включают различные дискретные скачки 2810 на графике сопротивления в зависимости от температуры, подобные тем, что рассматривались выше в отношении Фигур 16A-16G. Результаты испытаний 2800 указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 265K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 236K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 205K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 174K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 143K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах.
(172) Фигура 29 иллюстрирует результаты испытаний 2900, включающие график сопротивления модифицированного ЧНС-материала 1060 как функцию температуры (в K). В случае результатов испытаний 2900, модифицирующий материал 1380 соответствует титану, а ЧНС-материал 360 соответствует YBCO. Результаты испытаний 2500 получили от 25 тестовых прогонов с применением источника тока 100 нА, выполнили 512-точечное БПФ и удалили информацию от всех, кроме наиболее низких 11 частот. Результаты испытаний 2900 демонстрируют, что разные части модифицированного ЧНС-материала 1060 работают в ЧНС-состоянии при более высоких температурах по сравнению с ЧНС-материалом 360. Результаты испытаний 2900 включают различные дискретные скачки 2910 на графике сопротивления в зависимости от температуры, подобные тем, что рассматривались выше в отношении Фигур 16A-16G. Результаты испытаний 2900 указывают, что: определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 266K; определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 242K; и определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 распространяют электрический заряд при приблизительно 217K. Определенные щели 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 могут распространять электрический заряд при других температурах.
(173) В других экспериментах модифицирующий материал 1020 наслоили на поверхность ЧНС-материала 360, по существу параллельную c-плоскости кристаллической структуры 300. Эти результаты испытаний (иначе не проиллюстрированы) демонстрируют, что наслаивание поверхности ЧНС-материала 360, параллельной c-плоскости, модифицирующим материалом 1020 не давало каких-либо дискретных скачков, таких как описанные выше (например, дискретные скачки 1610). Эти результаты испытаний указывают, что модифицирование поверхности ЧНС-материала 360, которая перпендикулярна направлению, в котором ЧНС-материал 360 не проявляет (или склонен не проявлять) явление сопротивления, не улучшает рабочие характеристики немодифицированного ЧНС-материала. Другими словами, модифицирование таких поверхностей ЧНС-материала 360 не может сохранять щель 310. В соответствии с различные принципами изобретения, модифицирующий материал должен быть наслоен на поверхности ЧНС-материала, которые параллельны направлению, в котором ЧНС-материал не проявляет (или склонен не проявлять) явление сопротивления. Более конкретно, и, например, в отношении ЧНС-материал 360 (проиллюстрированного на Фигуре 3), модифицирующий материал 1020 должен быть связан с гранью «a-c» или гранью «b-c» кристаллической структуры 300 (обе эти грани параллельны c-оси) в ЧНС-материале 360 (который не склонен проявлять явление сопротивления в направлении c-оси) для того, чтобы сохранять щель 310.
(174) Фигура 20 иллюстрирует компоновку (расположение) 2000, включая чередующиеся слои ЧНС-материала 360 и модифицирующего материала 1380, полезную для распространения дополнительного электрического заряда в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Такие слои могут быть осаждены один на другой при использовании различных методов осаждения. Различные методы могут быть использованы, чтобы улучшить выстраивание (выравнивание) кристаллических структур 300 в слоях ЧНС-материала 360. Улучшенное выстраивание кристаллических структур 300 может давать в результате щели 310 увеличенной длины через кристаллическую структуру 300, что, в свою очередь, может обеспечивать работу при более высоких температурах и/или с увеличенной способностью к распространению заряда. Компоновка 2000 обеспечивает увеличенные числа щелей 310 внутри модифицированного ЧНС-материала 1060 на каждой поверхности раздела между смежными слоями модифицирующего материала 1380 и ЧНС-материала 360. Увеличенные числа щелей 310 могут увеличивать способность к распространению заряда компоновки 2000.
(175) В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использовано любое число слоев. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы другие ЧНС-материалы и/или другие модифицирующие материалы. В некоторых вариантах реализации изобретения дополнительные слои других материалов (например, изоляторы, проводники или другие материалы) могут быть использованы между спаренными слоями ЧНС-материала 360 и модифицирующего материала 1380, чтобы смягчить различные эффекты (например, магнитные эффекты, миграцию материалов или другие эффекты) или чтобы улучшить характеристики модифицированного ЧНС-материала 1060, сформированного внутри таких спаренных слоев. В некоторых вариантах реализации изобретения не все слои спарены. Другими словами, компоновка 2000 может иметь один или более вспомогательных (т.е. неспаренных) слоев ЧНС-материала 360 или один или более дополнительных слоев модифицирующего материала 1380.
(176) Фигура 23 иллюстрирует дополнительные из слоев 2310 (проиллюстрированные как слой 2310A, слой 2310B, слой 2310C и слой 2310D) модифицированной кристаллической структуры 1010 в модифицированном ЧНС-материале 1060 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано, модифицированный ЧНС-материал 1060 включает различные щели 310 (проиллюстрированные как щель 310A, щель 310B и щель 310C) при разных расстояниях в материал 1060 от модифицирующего материала 1020, который образует связи с атомами кристаллической структуры 300 (по Фигуре 3). Щель 310A является ближайшей к модифицирующему материалу 1020, за ней следует щель 310B, за которой, в свою очередь, следует щель 310C и т.д. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения влияние модифицирующего материала 1020 является наибольшим по отношению к щели 310A, затем следует меньшее влияние по отношению к щели 310B, за которым, в свою очередь, следует меньшее влияние по отношению к щели 310C и т.д. В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения модифицирующий материал 1020 должен лучше сохранять щель 310A, чем либо щель 310B, либо щель 310C, вследствие большей близости щели 310A к модифицирующему материалу 1020; таким же образом, модифицирующий материал 1020 должен лучше сохранять щель 310B, чем щель 310C, вследствие большей близости щели 310B к модифицирующему материалу 1020 и т.д. В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения модифицирующий материал 1020 должен лучше сохранять поперечное сечение щели 310A, чем поперечные сечения щели 310B или щели 310C, вследствие большей близости щели 310A к модифицирующему материалу 1020; таким же образом, модифицирующий материал 1020 должен лучше сохранять поперечное сечение щели 310B, чем поперечное сечение щели 310C, вследствие большей близости щели 310B к модифицирующему материалу 1020 и т.д. В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения модифицирующий материал 1020 должен оказывать большее влияние на способность к распространению заряда щели 310A при конкретной температуре, чем на способность к распространению заряда щели 310B или щели 310C при этой конкретной температуре вследствие большей близости щели 310A к модифицирующему материалу 1020; таким же образом, модифицирующий материал 1020 должен оказывать большее влияние на способность к распространению заряда щели 310B при конкретной температуре, чем на способность к распространению заряда щели 310C при этой конкретной температуре вследствие большей близости щели 310B к модифицирующему материалу 1020 и т.д. В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения модифицирующий материал 1020 должен улучшать распространение электрического заряда через щель 310A в большей степени, чем распространение электрического заряда через щель 310B или щель 310C, вследствие большей близости щели 310A к модифицирующему материалу 1020; таким же образом, модифицирующий материал 1020 должен улучшать распространение электрического заряда через щель 310B в большей степени, чем распространение электрического заряда через щель 310C, вследствие большей близости щели 310B к модифицирующему материалу 1020 и т.д.
(177) Различные результаты испытаний, описанные выше, например, результаты испытаний 1600 по Фигуре 16, помимо прочих, поддерживают эти аспекты различных вариантов реализации изобретения, т.е., в целом, то, что влияние модифицирующего материала 1020 на щели 310 меняется в зависимости от их близости друг к другу. В частности, каждый дискретный скачок 1610 в результатах испытаний 1600 может соответствовать изменению в электрическом заряде, переносимом модифицированным ЧНС-материалом 1060 по мере того, как эти щели 310 в конкретном слое 2310 (или, более точно, эти щели 310, образовавшиеся между смежными слоями 2310, как проиллюстрировано) распространяют электрический заряд вплоть до способности к распространению заряда таких щелей 310. Тем щелям 310 в слоях 2310, которые ближе к модифицирующему материалу 1020, соответствуют дискретные скачки 1610 при более высоких температурах, в то время как тем щелям 310 в слоях 2310, которые дальше от модифицирующего материала 1020, соответствуют дискретные скачки 1610 при более низких температурах. Дискретные скачки 1610 являются «дискретными» в том смысле, что щели 310 при неком данном относительном расстоянии до модифицирующего материала 1020 (т.е. щели 310A между слоями 2310A и 2310B) распространяют электрический заряд при конкретной температуре и быстро достигают своей максимальной способности к распространению заряда. Другой дискретный скачок 1610 достигается, когда щели 310 при увеличенном расстоянии от модифицирующего материала 1020 (т.е. щели 310B между слоями 2310B и 2310C) распространяют электрический заряд при более низкой температуре в результате увеличенного расстояния и, соответственно, уменьшенного влияния модифицирующего материала 1020 на эти щели 310. Каждый дискретный скачок 1610 соответствует другому набору щелей 310, начинающих переносить электрический заряд с учетом их расстояния от модифицирующего материала 1020. При некотором расстоянии, однако, модифицирующий материал 1020 может оказывать недостаточное влияние на некоторые щели 310, чтобы заставлять их переносить электрический заряд при более высокой температуре, чем они переносили бы в ином случае; соответственно, такие щели 310 распространяют электрический заряд при температуре, согласующейся с температурой ЧНС-материала 360.
(178) В некоторых вариантах реализации изобретения расстояние между модифицирующим материалом 1020 и щелями 310 уменьшено с тем, что увеличить влияние модифицирующего материала 1020 на большее число щелей 310. Фактически, большее число щелей 310 должно распространять электрический заряд при дискретных скачках 1610, относящихся к более высоким температурам. Например, в компоновке 2000 по Фигуре 20 и в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, слои ЧНС-материала 360 могут быть выполнены имеющими толщину лишь в несколько элементарных ячеек для того, чтобы уменьшить расстояние между щелями 310 в ЧНС-материале 360 и модифицирующим материалом 1380. Уменьшение этого расстояния должно увеличивать число щелей 310, на которые оказывается влияние модифицирующим материалом 1380 при данной температуре. Уменьшение этого расстояния также увеличивает число чередующихся слоев ЧНС-материала 360 при данной общей толщине компоновки 2000, тем самым увеличивая общую способность компоновки 2000 к распространению заряда.
(179) Фигура 32 иллюстрирует пленку 3200 ЧНС-материала 3210, сформированную на подложке 3220, хотя подложка 3220 может не являться необходимой в различных вариантах реализации изобретения. В различных вариантах реализации изобретения пленка 3200 может быть сформирована в виде ленты с длиной, например, больше чем 10 см, 1 м, 1 км или более. Такие ленты могут быть применимы, например, в качестве ЧНС-проводников или ЧНС-проводов. Как будет понятно, несмотря на то, что различные варианты реализации описаны в отношении ЧНС-пленок, такие варианты реализации применимы также к ЧНС-лентам.
(180) Для целей этого описания и как проиллюстрировано на Фигуре 32, пленка 3200 имеет первичную поверхность 3230 и главную ось 3240. Главная ось 3240 соответствует оси, простирающейся вдоль длины пленки 3200 (в противоположность ширине пленки 3200 или толщине пленки 3200). Главная ось 3240 соответствует первичному направлению, в котором электрический заряд протекает через пленку 3200. Первичная поверхность 3230 соответствует доминирующей поверхности пленки 3200, как проиллюстрировано на Фигуре 32, и соответствует поверхности, ограниченной шириной и длиной пленки 3200. Следует принимать во внимание, что пленки 3200 могут иметь разные длины, ширины и/или толщины без отклонения от объема изобретения.
(181) В некоторых вариантах реализации изобретения во время изготовления пленки 3200 кристаллические структуры ЧНС-материала 3210 могут быть ориентированы таким образом, что их c-ось по существу перпендикулярна первичной поверхности 3230 пленки 3200, и либо a-ось, либо b-ось их соответствующих кристаллических структур по существу параллельна главной оси 3240. Соответственно, как проиллюстрировано на Фигуре 32, c-ось обозначена своим названием, а a-ось и b-ось конкретно не обозначены, что отражает их взаимозаменяемость для целей описания различных вариантов реализации изобретения. В некоторых процессах изготовления пленки 3200 кристаллические структуры ЧНС-материала могут быть ориентированы таким образом, что любая данная линия в c-плоскости может быть по существу параллельна главной оси 3240.
(182) Для целей этого описания пленки 3200, имеющие c-ось их соответствующих кристаллических структур, ориентированную по существу перпендикулярно первичной поверхности 3230 (включая пленку 3200, изображенную на Фигуре 32) называют «c-пленками» (т.е. c-пленкой 3200). C-пленка 3200 с ЧНС-материалом 3210, состоящим из YBCO, коммерчески доступна, например, от American Superconductors™ (например, 344 сверхпроводник - Тип 348C) или от Theva Dünnschichttechnik GmbH (например, проводники, покрытые ВТСП).
(183) В некоторых вариантах реализации изобретения подложка 3220 может включать материал подложки, включая, но не ограничиваясь ими, MgO, STO, LSGO, поликристаллический материал, такой как металл или керамика, инертный оксидный материал, кубический оксидный материал, редкоземельный оксидный материал, или другой материал подложки, как это будет понятно.
(184) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения (и как описано более подробно ниже), модифицирующий материал (например, модифицирующий материал 1020, 1380) наслаивается на подходящую поверхность ЧНС-материала 3210, при этом подходящая поверхность ЧНС-материала 3210 соответствует любой поверхности, которая не является по существу перпендикулярной c-оси кристаллической структуры ЧНС-материала 3210. Другими словами, подходящая поверхность ЧНС-материала 3210 может соответствовать любой поверхности, которая не является по существу параллельной первичной поверхности 3230. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящая поверхность ЧНС-материала 3210 может соответствовать любой поверхности, которая по существу параллельна c-оси кристаллической структуры ЧНС-материала 3210. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящая поверхность ЧНС-материала 3210 может соответствовать любой поверхности, которая не является по существу перпендикулярной c-оси кристаллической структуры ЧНС-материала 3210. Для того чтобы модифицировать подходящую поверхность c-пленки 3200 (первичная поверхность 3230 которой по существу перпендикулярна c-оси кристаллической структуры ЧНС-материала 3210), подходящая поверхность ЧНС-материала 3210 может быть сформирована на или в c-пленке 3200. В некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 может быть обработана, чтобы открыть подходящую(ие) поверхность(и) ЧНС-материала 3210 на или в c-пленке 3200, на которую следует наслаивать модифицирующий материал. В некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 может быть обработана, чтобы открыть одну или более щелей 210 ЧНС-материала 3210 на или в c-пленке 3200, на которую следует наслаивать модифицирующий материал. Следует принимать во внимание, что в различных вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть наслоен на первичную поверхность 3230 в дополнение к указанным выше подходящим поверхностям.
(185) Обработка первичной поверхности 3230 c-пленки 3200, чтобы открыть подходящие поверхности и/или щели 210 ЧНС-материала 3210, может включать различные методы литографии, включая различные влажные процессы или сухие процессы. Различные влажные процессы могут включать процессы обратной литографии, химического травления или другие процессы, любой из которых может включать в себя применение химикатов и которые могут открывать различные другие поверхности внутри c-пленки 3200. Различные сухие процессы могут включать облучение пучком ионов или электронов, непосредственное формирование рисунка лазером, лазерную абляцию или лазерное реактивное формирование рисунка или другие процессы, которые могут открывать различные подходящие поверхности и/или щели 210 ЧНС-материала 3210 внутри c-пленки 3200.
(186) Как проиллюстрировано на Фигуре 33, первичная поверхность 3230 c-пленки 3200 может быть обработана, чтобы открыть подходящую поверхность внутри c-пленки 3200. Например, c-пленка 3200 может быть обработана, чтобы открыть грань внутри c-пленки 3200, по существу параллельную b-плоскости кристаллической структуры 100, или грань внутри c-пленки 3200, по существу параллельную a-плоскости кристаллической структуры 100. В более общем смысле, в некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 c-пленки 3200 может быть обработана, чтобы открыть подходящую поверхность внутри c-пленки 3200, соответствующую a/b-c грани (т.е. грани, по существу параллельной ab-плоскости). В некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 c-пленки может быть обработана, чтобы открыть любую грань внутри c-пленки 3200, которая не является по существу параллельной первичной поверхности 3230. В некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 c-пленки может быть обработана, чтобы открыть любую грань внутри c-пленки 3200, которая не является по существу параллельной первичной поверхности 3230 и также по существу параллельна главной оси 3240. Любая из этих граней, включая сочетания этих граней, может соответствовать подходящим поверхностям ЧНС-материала 3210 на или в c-пленке 3200. В соответствии с различными вариантами реализации изобретения подходящие поверхности ЧНС-материала 3210 обеспечивают доступ или иным образом «открывают» щели 210 в ЧНС-материале 3210 в целях сохранения таких щелей 210.
(187) В некоторых вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фигуре 33, первичную поверхность 3230 обрабатывают, чтобы сформировать одну или более канавок 3310 в первичной поверхности 3230. Канавки 3310 включают одну или более подходящих поверхностей (т.е. поверхностей, иных, чем поверхность, по существу параллельная первичной поверхности 3230), на которых следует осаждать модифицирующий материал. Несмотря на то, что канавки 3310 проиллюстрированы на Фигуре 33 как имеющие поперечное сечение по существу прямоугольной формы, могут быть использованы другие формы поперечных сечений, как это будет понятно. В некоторых вариантах реализации изобретения ширина канавок 3310 может быть больше, чем 10 нм. В некоторых вариантах реализации изобретения и как проиллюстрировано на Фигуре 33, глубина канавок 3310 может быть меньше, чем полная толщина ЧНС-материала 3210 c-пленки 3200. В некоторых вариантах реализации изобретения и как проиллюстрировано на Фигуре 34, глубина канавок 3310 может быть по существу равна толщине ЧНС-материала 3210 c-пленки 3200. В некоторых вариантах реализации изобретения канавки 3310 могут простираться через ЧНС-материал 3210 c-пленки 3200 в подложку 3220 (иначе не проиллюстрировано). В некоторых вариантах реализации изобретения глубина канавок 3310 может соответствовать толщине одной или более структурных единиц ЧНС-материала 3210 (иначе не проиллюстрировано). Канавки 3310 могут быть сформированы в первичной поверхности 3230 с применением различных методов, таких как, но не ограничиваясь ими, лазерное травление, или другими методами.
(188) В некоторых вариантах реализации изобретения длина канавок 3310 может соответствовать полной длине c-пленки 3200. В некоторых вариантах реализации изобретения канавки 3310 по существу параллельны одна другой и главной оси 3240. В некоторых вариантах реализации изобретения канавки 3310 могут принимать различные конфигурации и/или компоновки в соответствии с различными аспектами изобретения. Например, канавки 3310 могут простираться любым образом и/или в любом направлении и могут включать прямые линии, кривые и/или другие геометрические формы в поперечном сечении при различных размерах и/или формах вдоль всей их протяженности.
(189) Несмотря на то, что различные аспекты изобретения описаны как формирование канавок 3310 в первичной поверхности 3230, будет понятно, что на подложке 3220 могут быть сформированы неровности, углы или выступы, которые включают подходящие поверхности ЧНС-материала 3210, для достижения сходных геометрий.
(190) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения c-пленка 3200 может быть модифицирована с образованием различных модифицированных c-пленок. Например, обращаясь к Фигуре 35, модифицирующий материал 3520 (т.е. модифицирующий материал 1020, модифицирующий материал 1380) может быть наслоен на первичную поверхность 3230 и в канавки 3310, сформированные в первичной поверхности 3230 немодифицированной c-пленки (например, c-пленки 3200), и, следовательно, на различные подходящие поверхности 3510, образуя модифицированную c-пленку 3500. Подходящие поверхности 3510 могут включать любые подходящие поверхности, рассмотренные выше. Несмотря на то, что подходящие поверхности 3510 проиллюстрированы на Фигуре 35 как являющиеся перпендикулярными первичной поверхности 3230, это не является необходимым, как будет понятно из этого описания.
(191) В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может быть наслоен на первичную поверхность 3230 и в канавки 3310, как проиллюстрировано на Фигуре 35. В некоторых вариантах реализации, таких как проиллюстрированный на Фигуре 36, модифицирующий материал 3520 может быть удален с первичной поверхности 3230 для образования модифицированной c-пленки 3600 с использованием различных методов так, что модифицирующий материал 3520 остается лишь в канавках 3310 (например, различных методов полировки). В некоторых вариантах реализации модифицированная c-пленка 3600 может быть получена наслаиванием модифицирующего материала 3520 лишь в канавки 3310. Другими словами, в некоторых вариантах реализации модифицирующий материал 3520 может быть наслоен лишь в канавки 3310 и/или на подходящие поверхности 3510 без наслаивания модифицирующего материала 3520 на первичную поверхность 3230 или может быть наслоен таким образом, что модифицирующий материал 3520 не связывается или не сцепляется иным образом с первичной поверхностью 3230 (например, с применением различных методов маскирования). В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы различные методы селективного осаждения для наслаивания модифицирующего материала 3520 непосредственно на подходящие поверхности 3510.
(192) Толщина модифицирующего материала 3520 в канавках 3310 и/или на первичной поверхности 3230 может варьироваться в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения на подходящие поверхности 3510 канавок 3310 и/или на первичную поверхность 3230 может быть нанесен слой в одну структурную единицу модифицирующего материала 3520 (т.е. слой, имеющий толщину, по существу равную одной структурной единице модифицирующего материала 3520). В некоторых вариантах реализации изобретения на подходящие поверхности 3510 канавок 3310 и/или на первичную поверхность 3230 могут быть нанесены слои в две или более структурных единицы модифицирующего материала 3520.
(193) Модифицированные c-пленки 3500, 3600 (т.е. c-пленка 3200, модифицированная модифицирующим материалом 3520) в соответствии с различными вариантами реализации изобретения могут быть полезны для достижения одной или более улучшенных рабочих характеристик по сравнению с немодифицированной c-пленкой 3200.
(194) Как проиллюстрировано на Фигуре 37, в некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 немодифицированной c-пленки 3200 может быть модифицирована посредством химического травления, чтобы открыть или иным образом увеличить площадь подходящих поверхностей 3510, доступных на первичной поверхности 3230. В некоторых вариантах реализации изобретения один из способов характеризации увеличенной площади подходящих поверхностей 3510 в первичной поверхности 3230 может быть основан на среднеквадратичной (RMS) шероховатости первичной поверхности 3230 c-пленки 3200. В некоторых вариантах реализации изобретения в результате химического травления первичная поверхность 3230 c-пленки 3200 может включать травленую поверхность 3710 с шероховатостью в интервале от примерно 1 нм до примерно 50 нм. RMS-шероховатость поверхности может быть определена при помощи, например, атомно-силового микроскопа (АСМ), сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) или сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и может быть основана на статистическом среднем R-интервала, где R-интервал может быть интервалом радиусов (r) размеров зерен, как это будет понятно. После химического травления травленая поверхность 3710 c-пленки 3700 может соответствовать подходящей поверхности 3510 ЧНС-материала 3210.
(195) Как проиллюстрировано на Фигуре 38, после химического травления модифицирующий материал 3520 может быть наслоен на травленую поверхность 3710 c-пленки 3700 с образованием модифицированной c-пленки 3800. Модифицирующий материал 3520 может покрывать по существу всю поверхность 3710, а толщина модифицирующего материала 3520 может варьироваться в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения на травленую поверхность 3710 может быть нанесен слой в одну структурную единицу модифицирующего материала 3520. В некоторых вариантах реализации изобретения на травленую поверхность 3710 может быть нанесен слой в две или более структурных единицы модифицирующего материала 3520.
(196) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы пленки, имеющие другие ориентации кристаллической структуры ЧНС-материала, чем у c-пленки 3200. Например, при обращении к Фигуре 39 и в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, вместо c-оси, ориентированной перпендикулярно первичной поверхности 3230, как в случае c-пленки 3200, пленка 3900 может иметь c-ось, ориентированную перпендикулярно главной оси 3240, и b-ось ЧНС-материала 3910, ориентированную перпендикулярно первичной поверхности 3230. Аналогичным образом, пленка 3900 может иметь c-ось, ориентированную перпендикулярно главной оси 3240, и a-ось ЧНС-материала 3910, ориентированную перпендикулярно первичной поверхности 3230. В некоторых вариантах реализации изобретения пленка 3900 может иметь c-ось, ориентированную перпендикулярно главной оси 3240, и любую параллельную c-плоскости линию, ориентированную вдоль главной оси 3240. Как проиллюстрировано на Фигуре 39, в этих вариантах реализации изобретения пленка 3900 включает ЧНС-материал 3910 с c-осью его кристаллической структуры, ориентированной перпендикулярно главной оси 3240 и параллельно первичной поверхности 3930, и такие пленки в этом документе обычно называют a-b пленками 3900. Несмотря на то, что Фигура 39 иллюстрирует другие две оси кристаллической структуры в конкретной ориентации, такая ориентация не является необходимой, как это будет понятно. Как проиллюстрировано, a-b пленки 3900 могут включать необязательную подложку 3220 (как в случае c-пленок 3200).
4
4
2
4
4
(197) В некоторых вариантах реализации изобретения a-b пленка 3900 является a-пленкой, имеющей c-ось кристаллической структуры ЧНС-материала 3910, ориентированную так, как проиллюстрировано на Фигуре 39, и a-ось, перпендикулярную первичной поверхности 3930. Такие a-пленки могут быть сформированы различными методами, включая те, что описаны в докладе Selvamanickam, V., et al., «High Current Y-Ba-Cu-O Coated Conductor using Metal Organic Chemical Vapor Deposition and Ion Beam Assisted Deposition», Proceedings of the 2000 Applied Superconductivity Conference, Virginia Beach, Virginia, September 17-22, 2000, который включен в этот документ посредством ссылки во всей его полноте. В некоторых вариантах реализации a-пленки могут быть выращены на подложках 3220, сформированных из следующих материалов: LGSO, LaSrAlO, NdCaAlO, NdCuO или CaNdAlO. Могут быть использованы другие материалы подложек, как это будет понятно.
(198) В некоторых вариантах реализации изобретения a-b пленка 3900 является b-пленкой, имеющей c-ось кристаллической структуры ЧНС-материала 3910, ориентированную так, как проиллюстрировано на Фигуре 39, и b-ось, перпендикулярную первичной поверхности 3930.
(199) В соответствии с различными вариантами реализации изобретения первичная поверхность 3930 a-b пленки 3900 соответствует подходящей поверхности 3510. В некоторых вариантах реализации, которые используют a-b пленку 3900, формирование подходящей поверхности ЧНС-материала 3910 может включать формирование a-b пленки 3900. Соответственно, для вариантов реализации изобретения, которые включают a-b пленку 3900, модифицирующий материал 3520 может быть наслоен на первичную поверхность 3930 a-b пленки 3900, чтобы создать модифицированную a-b пленку 4000, как проиллюстрировано на Фигуре 40. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может покрывать первичную поверхность 3930 a-b пленки 3900 полностью или частично. В некоторых вариантах реализации изобретения толщина модифицирующего материала 3520 может варьироваться, как рассмотрено выше. Более конкретно, в некоторых вариантах реализации изобретения на первичную поверхность 3930 a-b пленки 3900 может быть нанесен слой в одну структурную единицу модифицирующего материала 3520; а в некоторых вариантах реализации изобретения на первичную поверхность 3930 a-b пленки 3900 может быть нанесен слой в две или более структурных единицы модифицирующего материала 3520. В некоторых вариантах реализации изобретения a-b пленка 3900 может быть снабжена канавками или модифицирована иным образом, как рассмотрено выше в отношении c-пленки 3200, например, чтобы увеличить общую площадь подходящих поверхностей 3510 ЧНС-материала 3910, на которые следует наслаивать модифицирующий материал 3520.
(200) Как это будет понятно, вместо использования a-b пленки 3900, некоторые варианты реализации изобретения могут использовать слой ЧНС-материала 3210 с его кристаллической структурой, ориентированной аналогично a-b пленке 3900.
(201) В некоторых вариантах реализации изобретения (иначе не проиллюстрировано) на модифицирующий материал 3520 любой из вышеуказанных пленок может быть затем наслоен буферный или изолирующий материал. В этих вариантах реализации буферный или изолирующий материал и подложка образуют «сандвич» с ЧНС-материалом 3210, 3910 и модифицирующим материалом 3520 между ними. Буферный или изолирующий материал может быть наслоен на модифицирующий материал 3520, как это будет понятно.
(202) Любой из вышеуказанных материалов может быть наслоен на любой другой материал. Например, ЧНС-материалы могут быть наслоены на модифицирующие материалы. Таким же образом, модифицирующие материалы могут быть наслоены на ЧНС-материалы. Кроме того, наслаивание может включать комбинирование, формирование или осаждение материала на другой материал, как это будет понятно. Для наслаивания могут быть использованы любые общеизвестные методы формирования слоев, включая, но не ограничиваясь ими, импульсное лазерное осаждение, испарение, включая совместное испарение, испарение электронным пучком и активированное реакционное испарение, распыление, включая магнетронное распыление, распыление ионным пучком и ионно-стимулированное распыление, катодно-дуговое осаждение, CVD, CVD с применением металлоорганических соединений, плазмо-стимулированное CVD, молекулярно-лучевую эпитаксию, золь-гелевый процесс, жидкофазную эпитаксию и/или другие методы формирования слоев.
(203) В различных вариантах реализации изобретения могут быть скомпонованы множественные слои ЧНС-материала 3210, 3910, модифицирующего материала 3520, буферных или изолирующих слоев, и/или подложек 1120. Фигура 41 иллюстрирует различные примерные компоновки (расположения) этих слоев в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации некий данный слой может содержать модифицирующий материал 3520, который также действует в качестве буферного или изолирующего слоя или подложки. Могут быть использованы и другие компоновки или сочетания компоновок, как это будет понятно при прочтении этого описания. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения различные слои ЧНС-материала могут иметь отличающиеся друг от друга ориентации в данной компоновке. Например, один слой ЧНС-материала в некой компоновке может иметь a-ось его кристаллической структуры, ориентированную вдоль главной оси 3240, а другой слой ЧНС-материала в этой компоновке может иметь b-ось его кристаллической структуры, ориентированную вдоль главной оси 3240. Другие ориентации могут быть использованы в пределах данной компоновки в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
(204) Фигура 42 иллюстрирует способ создания модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. При операции 4210 формируют подходящую поверхность 3510 на или в ЧНС-материале. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материал существует в виде ЧНС-материала 3210 c-пленки 3200, подходящую поверхность 3510 формируют посредством открывания подходящей(их) поверхности(ей) 3510 на или в первичной поверхности 3230 c-пленки 3200. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности ЧНС-материала 3210 могут быть открыты посредством модификации первичной поверхности 3230 с применением обсуждавшихся выше влажных или сухих методов обработки или их сочетаний. В некоторых вариантах реализации изобретения первичная поверхность 3230 может быть модифицирована химическим травлением, как рассмотрено выше.
(205) В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материал существует в виде ЧНС-материала 3910 a-b пленки 3900 (с подложкой 3220 или без нее), подходящую поверхность 3510 формируют наслаиванием ЧНС-материала 3910 (с надлежащей ориентацией, как описано выше) на поверхность, которая может включать или не включать подложку 3220.
(206) В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности 3510 включают поверхности ЧНС-материала, параллельные ab-плоскости. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности 3510 включают параллельные b-плоскости грани ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности 3510 включают параллельные a-плоскости грани ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности 3510 включают одну или более граней ЧНС-материала, параллельных разным ab-плоскостям. В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности 3510 включают одну или более граней, по существу не перпендикулярных c-оси ЧНС-материала.
(207) В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть выполнены различные необязательные операции. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения подходящие поверхности 3510 или ЧНС-материал могут быть подвергнуты отжигу. В некоторых вариантах реализации изобретения этот отжиг может быть отжигом в печи или отжигом с быстрой термической обработкой (RTP). В некоторых вариантах реализации изобретения такой отжиг может быть выполнен за одну или более операций отжига в пределах заданных периодов времени, интервалов температуры и других параметров. Кроме того, как будет понятно, отжиг может быть выполнен в камере химического осаждения из паровой или газовой фазы (CVD) и может включать подвергание подходящих поверхностей 3510 воздействию любого сочетания температуры и давления в течение заданного времени, которые могут улучшать подходящие поверхности 3510. Такой отжиг может быть выполнен в газовой атмосфере и с применением плазмы или без нее.
(208) При операции 4220 модифицирующий материал 3520 может быть наслоен на одну или более подходящих поверхностей 3510. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может быть наслоен на подходящие поверхности 3510 с применением различных методов формирования слоев, включая различные описанные выше методы.
(209) Фигура 43 иллюстрирует пример дополнительной обработки, которая может быть выполнена во время операции 4220 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. При операции 4310 подходящие поверхности 3510 могут быть отполированы. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы одно или более полирующих средств, как рассмотрено выше.
(210) При операции 4320 различные поверхности, иные, чем подходящие поверхности 3510, могут быть маскированы с использованием любых общеизвестных методов маскирования. В некоторых вариантах реализации могут быть маскированы все поверхности, иные, чем подходящие поверхности 3510. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть маскированы одна или более поверхностей, иных, чем подходящие поверхности 3510.
-6
(211) При операции 4330 модифицирующий материал 3520 может быть наслоен на (или в некоторых вариантах реализации, и как проиллюстрировано на Фигуре 43, осажден на) подходящие поверхности 3510 с использованием любых общеизвестных методов формирования слоев, рассмотренных выше. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может быть осажден на подходящие поверхности 3510 с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может быть осажден на подходящие поверхности 3510 с использованием импульсного лазерного осаждения (PLD). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может быть осажден на подходящие поверхности 3510 с использованием химического осаждения из паровой или газовой фазы (CVD). В некоторых вариантах реализации изобретения на подходящие поверхности 3510 можно осаждить приблизительно 40 нм модифицирующего материала 3520, хотя был испытан и слой толщиной всего лишь 1,7 нм определенных модифицирующих материалов 3520 (например, кобальта). В различных вариантах реализации изобретения могут быть использованы много меньшие количества модифицирующих материалов 3250, например, порядка нескольких ангстрем. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал 3520 может быть осажден на подходящие поверхности 3510 в камере под вакуумом, который может иметь давление 5×10 торр или менее. Могут быть использованы различные камеры, включая те, что используются для обработки полупроводниковых пластин. В некоторых вариантах реализации изобретения описанные в этом документе процессы CVD могут быть выполнены в CVD-реакторе, таком как реакционная камера, поставляемая на рынок под торговым наименованием 7000 компанией Genus, Inc. (Саннивейл, Калифорния), реакционная камера, поставляемая на рынок под торговым наименованием 5000 компанией Applied Materials, Inc. (Санта-Клара, Калифорния), или реакционная камера, поставляемая на рынок под торговым наименованием Prism компанией Novelus, Inc. (Сан-Хосе, Калифорния). Тем не менее, может быть использована любая реакционная камера, пригодная для выполнения MBE, PLD или CVD.
(212) Фигура 44 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. В частности, Фигура 44 иллюстрирует процесс формирования и/или модифицирования a-b пленки 3900. При необязательной операции 4410 на подложку 3220 осаждают буферный слой. В некоторых вариантах реализации изобретения буферный слой включает PBCO или другой пригодный буферный материал. В некоторых вариантах реализации изобретения подложка 3220 включает LSGO или другой пригодный материал подложки. При операции 4420 ЧНС-материал 3910 наслаивают на подложку 3220 с надлежащей ориентацией, как описано выше в отношении Фигуры 39. Как будет понятно, в зависимости от необязательной операции 4410, ЧНС-материал 3910 наслаивают на подложку 3220 или буферный слой. В некоторых вариантах реализации изобретения слой ЧНС-материала 3910 является слоем толщиной в две или более структурных единицы. В некоторых вариантах реализации изобретения слой ЧНС-материала 3910 является слоем толщиной в небольшое число структурных единиц. В некоторых вариантах реализации изобретения слой ЧНС-материала 3910 является слоем толщиной в несколько структурных единиц. В некоторых вариантах реализации изобретения слой ЧНС-материала 3910 является слоем толщиной большое число структурных единиц. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 3910 наслаивают на подложку 3220 с использованием способа осаждения с поддержкой ионным пучком (IBAD). В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал 3910 наслаивают на подложку 3220 при воздействии магнитного поля, чтобы улучшить выстраивание кристаллических структур в ЧНС-материале 3910.
(213) При необязательной операции 4430, подходящую(ие) поверхность(и) 3510 (которая по отношению к a-b пленкам 3900 соответствует первичной поверхности 3930) ЧНС-материала 3910 полируют с использованием различных описанных выше методов. В некоторых вариантах реализации изобретения полировку осуществляют без введения примесей на подходящие поверхности 3510 ЧНС-материала 3910. В некоторых вариантах реализации изобретения полировку осуществляют без вскрытия чистой камеры. При операции 4440 модифицирующий материал 3520 наслаивают на подходящие поверхности 3510. При необязательной операции 4450 поверх всего модифицирующего материала 3520 наслаивают покровный материал, такой как, но не ограничиваясь им, серебро.
(214) Технологические схемы, иллюстрации и блок-схемы на фигурах иллюстрируют архитектуру, функциональные возможности и функционирование возможных вариантов реализации способов и продуктов в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Следует также заметить, что в некоторых альтернативных вариантах реализации указанные в блоках функции могут происходить не в том порядке, что указан на фигурах. Например, два показанные подряд блока могут, в действительности, быть выполнены по существу одновременно, или же эти блоки могут иногда быть выполнены в обратном порядке, в зависимости от задействованных функциональных возможностей.
(215) Кроме того, хотя представленное выше описание направлено на различные варианты реализации изобретения, следует заметить, что другие вариации и модификации будут очевидны специалистам в данной области техники и могут быть проделаны без отклонения от сути или объема изобретения. Более того, различные признаки, описанные в связи с одним вариантом реализации изобретения, могут быть использованы совместно или в сочетании с различными другими признаками или другими вариантами реализации, описанными в данном документе, даже если это не указано в явной форме выше.