ОКСИДНЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
OXIDE SUPERCONDUCTOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления изобретения относятся к оксидному сверхпроводнику и способу его изготовления.
Уровень техники
Существуют ожидания в отношении областей применения сверхпроводников в связи, например, с кабелями для передачи электроэнергии, реакторами термоядерного синтеза, поездами на магнитной подушке, ускорителями элементарных частиц, магнитно-диагностическими устройствами (МRI (МРТ)) и тому подобным. Желательным является увеличение критической плотности тока сверхпроводника. Тем самым, может быть стимулировано протекание большой силы тока через одну и ту же площадь поперечного сечения. Например, желательным является получение высокой критической плотности тока в магнитном поле.
Сверхпроводимость представляет собой явление, при котором величина сопротивления является абсолютно нулевой, открытое при использовании ртути исследователем Kamerring Onnes из Нидерландов, который разработал холодильную машину. Впоследствии температура перехода в сверхпроводящее состояние (Тс) на верхнем пределе в соответствии с теорией БКШ, как это думалось, составляла 39 К. Это было значение Тс сверхпроводника, относящегося к типу I. Сверхпроводник, относящийся к типу II, который был открыт исследователями Bednorz et al. в 1986 г., продемонстрировал результаты, превосходящие 39 К. Это привело к разработке оксидного сверхпроводника, подходящего для использования при температуре жидкого азота. Оксидный сверхпроводник является сверхпроводником, относящимся к типу II, в котором возможно сосуществование сверхпроводящего и несверхпроводящего состояний. На сегодняшний день множество высокотемпературных оксидных сверхпроводников, которые являются подходящими для использования при температуре жидкого азота, продается партиями, которые имеют в длину 500 м. Существуют ожидания в отношении области применения сверхпроводящих материалов в связи с различными крупномасштабными устройствами, такими как сверхпроводящие кабели для передачи электроэнергии, реакторы термоядерного синтеза, поезда на магнитной подушке, ускорители элементарных частиц, магнитно-диагностические устройства (МRI) и тому подобное.
Сверхпроводящий провод на висмутовой основе, который называется первым поколением, и сверхпроводящий провод на иттриевой основе, который называется вторым поколением, являются основными сверхпроводящими проводами, разработанными в качестве высокотемпературных оксидных сверхпроводников. Что касается первого поколения, в котором используют не менее чем 60 об.% серебра, то производители успешно от него отказались; и в настоящий момент в мире имеется мало компаний, производящих его. С другой стороны, что касается второго поколения, у которого основание является недорогостоящим, а физическая прочность является превосходной, то совокупная длина продаваемой жилы превысила 3000 км. Кабельная система для передачи электроэнергии при постоянном токе на 50 МВА, изготовленная при использовании большого количества провода, уже фактически находилась в эксплуатации в течение более двух лет, начиная с августа 2014 г. Кабельная система для передачи электроэнергии при постоянном токе, характеризующаяся пропускной способностью 500 МВА, функционировала с сентября 2014 года. Пропускная способность для передачи электроэнергии 500 МВА отвечает большой электрической мощности, соответствующей приблизительно 50% электрической мощности стандартного ядерного реактора.
В совокупности было продано более чем 3000 км провода. Все из более чем 20 км длины жилы, фактически доставленной и фактически использованной, изготовили при использовании способа TFA-MOD (осаждения в результате разложения металлоорганических соединений при использовании трифторацетатов). Способ TFA-MOD является первым способом, который был фактически использован и может стабильно обеспечивать изготовление провода длиной 500 м и поставку больших количеств [1]. Другие основные способы изготовления второго поколения включают импульсное лазерное осаждение (PLD) и химическое осаждение из паров металлоорганических соединений (MOCVD). Контроль состава в данных способах представляет собой проблему; и в настоящий момент времени не было осуществлено стабильное массовое производство провода длиной 500 м. Поэтому в настоящий момент времени доля рынка проводов для способа TFA-MOD по существу составляет 100%.
Данный факт не отрицает будущего для импульсного лазерного осаждения или химического осаждения из паров металлоорганических соединений. Массовое производство в результате физического осаждения из паровой фазы, при котором контроль состава является затруднительным, было бы возможным в случае разработки технологии таким образом, чтобы три типа элементов могли бы переноситься через вакуум, имели бы атомные массы, различающиеся с коэффициентом, составляющим 2 и более, и могли бы регулироваться при использовании недорогостоящего способа для получения сдвига по составу, составляющего 1% и менее, подобно тому, что имеет место в способе TFA-MOD. Данная проблема была неразрешенной в течение более чем 28 лет с 1987 г.
C другой стороны, провода, изготовленные при использовании импульсного лазерного осаждения и химического осаждения из паров металлоорганических соединений, занимают лидирующее место в областях применения катушек, в которых необходимы высокие характеристики магнитного поля. В результате легкости введения искусственных центров пиннинга для улучшения характеристик магнитного поля провода, изготовленные при использовании данных способов, находятся на один шаг впереди по характеристикам магнитного поля. Как описано выше, контроль состава для данных способов является затруднительным; и отсутствуют какие-либо сообщения о массовом производстве или воплощении провода порядка 500 м при использовании данных способов.
3
3
С другой стороны, способу TFA-MOD, который используют при массовом производстве, в прошлом были свойственны проблемы. В случае непринятия контрмер в способе TFA-MOD максимальная толщина сверхпроводящей пленки, полученной в результате одного пленкообразования, будет составлять приблизительно 0,30 мкм. В данном способе органические вещества, имеющие плотность, составляющую приблизительно 2 г/см, превращаются в оксиды металлов в диапазоне от 3 до 4 г/см в ходе реакции разложения при проведении предварительной термообработки; и молекулярная масса (молекулярная масса по формуле соединения) кардинально уменьшается. Поэтому степень уменьшения объема составляет приблизительно 85%. В соответствии с этим, в результате большого напряжения при высушивании легко образуются трещины. Критическая толщина пленки в высокоочищенном растворе составляет приблизительно 0,30 мкм. В результате наличия потребности в большой величине силы тока в сверхпроводящем кабеле необходима толщина пленки, составляющая приблизительно 1 мкм. Поэтому для способа TFA-MOD была предпринята попытка увеличения толщины пленки в результате многократного нанесения покрытия и тому подобного.
Увеличение толщины пленки в результате многократного нанесения покрытия, использующееся в обычном способе MOD (осаждения в результате разложения металлоорганических соединений), было трудно применить к способу TFA-MOD. Оксиды, которые образуются после проведения предварительной термообработки, вступают в контакт с трифторуксусной кислотой, которая является сильной кислотой, характеризующейся значением рН, близким к 0, при последующем пленкообразовании. В результате прохождения реакции между сильной кислотой и оксидами образуется гетерогенная межфазная поверхность. Характеристики ухудшаются из-за гетерогенной межфазной поверхности в качестве исходной точки. В случае выхода, составляющего 95% для провода в 10 м, при изготовлении провода длиной в 500 м при использовании такой технологии с тремя покрытиями хорошую деталь получали бы только однажды на каждые 200 раз. Для способа TFA-MOD необходима технология получения увеличенной толщины пленки при одном покрытии [2].
Предотвращающая растрескивание добавка, использующаяся для одного покрытия, имеющего увеличенную толщину пленки, представляет собой органическое вещество. Как это считается, среди более миллиона типов органических веществ существует множество добавок, предотвращающих растрескивание. Однако, как это известно на основании недавнего исследования, существуют только две системы и приблизительно десять типов материалов, увеличивающих толщину пленку, которые могут быть применены в способе TFA-MOD. Для провода, изготовленного при использовании технологии получения увеличенной толщины пленки при одном покрытии, не существует нестабильной межфазной поверхности, такой как межфазная поверхность, указанная выше; и выход кардинально улучшается. Как это считается, данная технология представляет собой одну движущую силу для быстрого прогресса в способе TFA-MOD, который занял по существу 100%-ную долю рынка.
Области применения сверхпроводящих проводов в широком плане подразделяются на применения кабеля для передачи электроэнергии, которые используются в условиях по существу нулевых магнитных полей, и применения катушек, которые используются в условиях сильного магнитного поля. Применения проводов, изготовленных при использовании способа TFA-MOD, который является первым способом, который сделал возможным поставку больших количеств провода, в настоящий момент времени в основном относятся к кабелям для передачи электроэнергии. Для использования провода, изготовленного при использовании способа TFA-MOD, в магнитном поле необходим искусственный центр пиннинга. В способе TFA-MOD, в котором изготавливают сверхпроводник из гомогенного раствора [3], размер искусственного центра пиннинга легко становится большим, чем то, что имеет место в других способах. Поэтому характеристики магнитного поля не улучшались. Провода, изготовленные при использовании способа TFA-MOD, не могли быть использованы в магнитном поле.
Искусственный центр пиннинга, который улучшает характеристики магнитного поля, представляет собой, например, несверхпроводящую область, образованную внутри сверхпроводника. Сосуществование несверхпроводящей области возможно в сверхпроводнике, относящемся к типу II. Квантованные вихри потока и сильное магнитное поле, создаваемое благодаря сверхпроводимости, захватываются искусственным центром пиннинга. Другие части стабильно функционируют в качестве сверхпроводника; и характеристики в магнитном поле сохраняются. Легкость захватывания квантованного вихря потока искусственным центром пиннинга находится во взаимосвязи с размером искусственного центра пиннинга.
Искусственный центр пиннинга представляет собой несверхпроводящую часть. Сила (сила пиннинга), которая противодействует потоку, генерируется на межфазной поверхности между искусственным центром пиннинга и сверхпроводящей частью. Как это считается, захватывание силой пиннинга реализуется в наибольшей степени по мере приближения размера искусственного центра пиннинга к размеру, при котором существует один квантованный вихрь потока. В случае увеличения размера искусственного центра пиннинга и существования множества квантованных вихрей потока в пределах искусственного центра пиннинга, сила Лоренца будет оказывать воздействие на каждый из множества квантованных вихрей потока и толкать соседний квантованный вихрь потока. Поэтому в таком случае квантованный вихрь потока легко пересекает межфазную поверхность и входит в сверхпроводящую часть. Как это считается, в результате потерь энергии, обусловленных этим, характеристики сверхпроводимости ухудшаются. Почти что во всех сообщениях на сегодняшний день размер искусственного центра пиннинга становится большим при проведении термической обработки.
Увеличение размера искусственного центра пиннинга является невыгодным также и в аспекте количества искусственных центров пиннинга или плотности искусственных центров пиннинга. Как это предполагается, искусственный центр пиннинга имеет конфигурацию частицы; и, как это предполагается, полученный искусственный центр пиннинга имеет радиус, который в два раза превышает целевой радиус. Объем каждого из множества искусственных центров пиннинга в 8 раз превышает предполагаемый размер; и плотность искусственных центров пиннинга при расчете на количество введенного вещества составляет 1/8. В случае осуществления попытки получения искусственного центра пиннинга, имеющего размер 3 нм, но получения искусственного центра пиннинга, имеющего размер 30 нм, объем полученного искусственного центра пиннинга в 1000 раз будет превышать размер, который пытались получить. Это фактическое положение дел для искусственных центров пиннинга, получаемых при использовании способа TFA-MOD, для которого гомогенность является превосходной, но улучшение характеристик магнитного поля является затруднительным.
Оптимальный размер искусственного центра пиннинга может быть сдвинут от 3 нм в результате зависимости от температуры или зависимости от магнитного поля. В прошлом отсутствовали какие-либо фактические результаты или результаты измерений по получению гомогенного искусственного центра пиннинга, имеющего размер 3 нм. Поэтому неясно, будет или нет размер в 3 нм наиболее эффективным.
3
В попытке получения искусственного центра пиннинга, имеющего размер 3 нм, была предпринята попытка образования искусственного центра пиннинга из BaZrO и тому подобного при использовании способов PLD и MOCVD, которые представляют собой физическое осаждение из паровой фазы. Как это считается, искусственные центры пиннинга, которые могут быть получены при использовании способа PLD, в широком плане подразделяют на два типа. Одним является искусственный центр пиннинга, для которого рост частиц и тому подобное осуществляются независимо без оказания воздействия на структуру перовскита. Другим является искусственный центр пиннинга, демонстрирующий наличие корреляции со структурой перовскита.
Для типа, в котором искусственный центр пиннинга образуется в качестве инородного материала при отсутствии корреляции со структурой перовскита, температура пленкообразования является высокой температурой, составляющей 700°С или более. Поэтому становится серьезным разделение между искусственным центром пиннинга и сверхпроводником, обладающим структурой перовскита. Как это считается, причина по существу отсутствия сообщений такого типе обуславливается размером искусственного центра пиннинга в диапазоне от 100 нм до 1 мкм и отсутствием воздействия как на размер, так и на количество.
3
С другой стороны, для способа PLD существуют вещества, которые образуют искусственный центр пиннинга при одновременном наличии корреляции со структурой перовскита. Такое вещество, например, представляет собой BaZrO. Размер искусственного центра пиннинга может быть относительно маленьким для образования искусственного центра пиннинга при одновременном наличии корреляции. Несмотря на наличие сообщения о наблюдаемом изображении, характеризующемся минимумом в 6 нм, как это считается, среднее значение составляет 10 нм или более. Однако в результате наличия корреляции между данным типом вещества и слоем YBCO, данный тип вещества оказывает воздействие на слой YBCO и вызывает уменьшение количества атомов кислорода и ухудшение характеристик сверхпроводимости для сверхпроводника. Стимулируется проявление уменьшения критической температуры (Тс), что, как это можно сказать, является критическим моментом для сверхпроводника. Для гетерогенного провода, у которого критическая температура Тс уменьшается в зависимости от местоположения, конструктивное исполнение и воплощение катушек являются затруднительными.
3
Также существует сообщение о том, что значение Тс по существу не уменьшается при чрезмерно маленьком количестве BaZrO. В сообщении измерение Тс проводят при использовании слабой силы тока. Для провода, которому свойственно наличие причины нестабильности во внутренней структуре провода, имеет место неоднородность при увеличении силы тока; и ухудшение характеристик становится большим. Как это считается, это одна причина того, что в области применения катушек не обнаруживается прогресса для проводов, которые получаются в результате физического осаждения из паровой фазы и имеют нестабильные длины.
В общем случае нагревание проводят до не более чем 700°С, когда сверхпроводящий кабель представляет собой пленку при пленкообразовании в результате физического осаждения из паровой фазы, такого как в случае способов PLD, MOCVD и тому подобное. При образовании искусственного центра пиннинга, который не оказывает воздействия на структуру перовскита сверхпроводника, отсутствует какое-либо воздействие на улучшение характеристик магнитного поля в соответствии с представленным выше указанием. В случае образования искусственного центра пиннинга, который оказывает воздействие на структуру перовскита, значение Тс будет уменьшаться; и будет иметь место неоднородность внутреннего пространства. Как это считается, размер искусственного центра пиннинга имеет среднее значение в диапазоне от приблизительно 10 нм до минимума, составляющего приблизительно 6 нм, что не представляет собой размер, который оказывает воздействие на улучшение характеристик магнитного поля. Поэтому, как это считается, для массового производства практичного провода в результате физического осаждения из паровой фазы, такого как в случае способов PLD, MOCVD и тому подобное, необходима новая технология, не существующая в прошлом.
2
3
2
3
С другой стороны, даже для способа TFA-MOD, который занимает по существу 100%-ную долю рынка в областях применения кабелей, реализация искусственного центра пиннинга все еще далека от определенности. При образовании искусственного центра пиннинга из DyO сохраняется значение Тс 90,7 К. Это обуславливается ростом DyO отдельно от YBCO. Размер искусственного центра пиннинга находится в диапазоне от 20 нм до 30 нм; и по существу отсутствуют какие-либо эффекты.
3
С другой стороны, в случае введения вещества, которое оказывает воздействие на структуру перовскита, воздействия на внутреннюю структуру, полученную при использовании способа TFA-MOD, начиная с гомогенной гелевой пленки, являются предельно большими. Поэтому сама структура перовскита не образуется, а образуется несверхпроводник. На сверхпроводник, изготовленный при использовании способа TFA-MOD, примеси и тому подобное оказывают воздействие легче, чем то, что имеет место для физического осаждения из паровой фазы. При использовании способа TFA-MOD, если начинать с него, образование искусственного центра пиннинга из BaZrO и тому подобного является затруднительным. Даже в случае образования искусственного центра пиннинга будет уменьшаться значение Тс, или более интенсивно будет проявляться гетерогенность.
Для сверхпроводящего провода на Y-основе, как описано выше, необходимо улучшить характеристики Jc-B в результате введения искусственного центра пиннинга при одновременном сохранении значения Тс. Однако все размеры искусственных центров пиннинга становятся большими для искусственных центров пиннинга при сохранении структуры перовскита и значения Тс. В системе, которая оказывает воздействие на структуру перовскита, имеют место различные негативные эффекты; и это не является практичным. Поэтому желательным является совершенно новый способ для сверхпроводника, у которого сохраняется структура перовскита, и только часть сверхпроводника исполняет функцию искусственного центра пиннинга.
В настоящее время в качестве решений разрабатываются два способа. Для части из них была подана заявка. Оба базируются на искусственном центре пиннинга, имеющем размер элементарной ячейки. Оба представляют собой искусственные центры пиннинга, относящиеся к типу атомного замещения, которые становятся искусственными центрами пиннинга в результате атомного замещения. Это обозначается как ARP (пиннинг с замещением атома). В одном элементарную ячейку SmBCO диспергируют в структуре перовскита YBCO; и замещение проводят для Ba и Sm из SmBCO. В данном способе в качестве несверхпроводника используют элементарную ячейку, обусловленную так называемым Ва-замещением.
В другом способе в структуре перовскита YBCO образуют элементарную ячейку PrBCO. Несмотря на широкую известность того, что PrBCO не обладает сверхпроводимостью, принцип превращения в несверхпроводник неясен. На современном уровне техники принцип превращения Pr в несверхпроводник временно рассматривается следующим образом. Как это считается, PrBCO является трехвалентным в окрестности 800°С для образования структуры перовскита. Образуется нормальная структура перовскита. Однако, при охлаждении он, как это считается, представляет собой материал, промежуточный между трехвалентным и четырехвалентным. В таком случае количество атомов кислорода между двумя элементарными ячейками увеличивается; и длина с-оси становится короткой. Результаты измерений при использовании метода XRD (рентгеноструктурного анализа) подтверждают данную гипотезу. Увеличение количества атомов кислорода вызывает ухудшение характеристик сверхпроводимости. В случае Pr при одновременной неясности детального механизма с очень большой вероятностью PrBCO полностью становится несверхпроводящим, и для четырех соседних элементарных ячеек в плоскости a/b имеет место стимулирование перехода в несверхпроводимость.
В случае корректности указанного выше способа будет иметь место ухудшение характеристик, соответствующее приблизительно 5-кратному введенному количеству Pr. Кроме того, ухудшение характеристик в 5 раз было много раз подтверждено на основании экспериментальных результатов. Однако, даже в случае размера, соответствующего только трем элементарным ячейкам, в направлении ширины искусственный центр пиннинга будет иметь размер 1,2 нм. Несмотря на отсутствие какого-либо примера в прошлом для такого маленького размера искусственного центра пиннинга это слишком мало для целевого значения в 3 нм; и эффект является маленьким.
Сверхпроводник, полученный в результате стимулирования сосуществования PrBCO и YBCO, находится в предельно диспергированном состоянии. В предельно диспергированном состоянии PrBCO диспергируется в изолированных элементарных ячейках. Как это известно, на основании экспериментальных результатов, элементарные ячейки SmBCO, образованные в результате смешивания SmBCO с YBCO, также характеризуются наличием предельного диспергирования. В случае замещения элементарной ячейки SmBCO при использовании Ва и Sm элементарная ячейка в совокупности может быть несверхпроводящим искусственным центром пиннинга. Кроме того, в случае оказания воздействия на соседние элементарные ячейки искусственным центром пиннинга может стать элементарная ячейка, увеличившаяся как максимум в 5 раз. Однако даже в таком случае размер искусственного центра пиннинга составляет только 1,2 нм.
В результате образования искусственного центра пиннинга на атомном уровне при использовании любого из способов размер является предельно маленьким. В результате агрегирования данных искусственных центров пиннинга размер может попадать в окрестности 3 нм; и поэтому может ожидаться более высокая критическая плотность тока в магнитном поле.
Перечень цитирования
Непатентная литература
T. Araki, Bull. Chem. Soc. Jpn., 77 (20049, 1051-1061)
Сущность изобретения
Техническая проблема
Вариант осуществления изобретения предлагает оксидный сверхпроводник и способ изготовления оксидного сверхпроводника, который может увеличить критическую плотность тока в магнитном поле.
Решение проблемы
2
3
7 - х
2
3
7-x
16
19
3
18
20
3
В соответствии с вариантом осуществления изобретения предлагается оксидный сверхпроводник. Оксидный сверхпроводник включает: REBaCuO (при этом RE представляет собой один элемент, выбираемый из «группы элементов RE (редкоземельных)» в виде Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu) с включением фтора и углерода, при этом фтор имеет концентрацию в диапазоне от не менее, чем 2,0 × 10 до не более чем 5,0 × 10 атом/см, причем углерод имеет концентрацию в диапазоне от не менее чем 1,0 × 10 до не более чем 5,0 × 10 атом/см, при этом RE включает по меньшей мере три типа металлических элементов (М1, М2 и М3), причем три типа металлических элементов представляют собой любой элемент из группы элементов RE, выбираемый в порядке следования, при этом удовлетворяются соотношения R(M1) ≤ 20% (мол.) и R(M2) ≥ 60% (мол.) и R(M3) ≤ 20% (мол.), причем R(M1) представляет собой среднюю долю металлического элемента М1 в комбинации М1 + М2 + М3. REBaCuO обладает единственной структурой перовскита, ориентированной в направлении с-оси. Удовлетворяется соотношение SD(Ms) > 0,15 в позиции 50% средней толщины пленки в поперечном сечении, включающем с-ось, при этом Ms представляет собой металлический элемент, соответствующий не более, чем R(M1) или R(M3), причем SD(Ms) представляет собой среднеквадратическое отклонение/среднее значение для концентрации Ms.
Краткое описание чертежей
Фигура 1А и 1В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие оксидный сверхпроводник, соответствующий варианту осуществления.
Фигура 2A - 2D представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 6 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 7 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 8А и 8В представляют собой диаграммы, демонстрирующие результат анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 9 представляет собой диаграмму результатов анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 10 представляет собой полученное при использовании просвечивающего электронного микроскопа изображение для оксидного сверхпроводника.
Фигура 11 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 12 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 13 представляет собой график, демонстрирующий оксидный сверхпроводник.
Фигура 14 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 15А - 15F представляют собой схематические изображения, демонстрирующие элементарные ячейки оксидного сверхпроводника.
Фигура 16А - 16F представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способы образования оксидного сверхпроводника.
Фигура 17А и 17В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие конфигурации сверхпроводника.
Фигура 18 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 19 представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 20 представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 21 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 22 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 23 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 24 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 25 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 26 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 27 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Описание вариантов осуществления
Один вариант осуществления изобретения относится, например, к оксидному сверхпроводящему материалу кабелю и областям применения катушек. Вариант осуществления относится, например, к областям применения в магнитном поле. Вариант осуществления относится к сверхпроводящей катушке, сверхпроводящему магниту, устройству MRI, поезду на магнитной подушке, устройству SMES (сверхпроводящему индуктивному накопителю энергии) и тому подобному. Например, вариант осуществления относится к кабелю для передачи электроэнергии, применяющемуся в условиях, в которых используется магнитное поле. Вариант осуществления относится, например, к оксидному сверхпроводящему кабелю на Y-основе. Оксидный сверхпроводящий кабель на Y-основе используют в таких применениях.
Фигура 1А и 1В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие оксидный сверхпроводник, соответствующий варианту осуществления.
Фигура 1А представляет собой изображение в перспективе; а фигура 1В представляет собой изображение в поперечном разрезе.
Как это продемонстрировано на фигуре 1А, оксидный сверхпроводник 110, соответствующий варианту осуществления, включает основание 15 и оксидный слой 50. Оксидный слой 50 предусматривается на основании 15.
В примере основание 15 включает подложку 10 и грунтовочный слой 11. Грунтовочный слой 11 предусмотрен в промежутке между подложкой 10 и оксидным слоем 50. Другими словами, грунтовочный слой 11 предусмотрен на подложке 10; а оксидный слой 50 предусмотрен на грунтовочном слое 11.
Как это продемонстрировано на фигуре 1А, оксидный слой 50 имеет первую поверхность 50а и вторую поверхность 50b. Первая поверхность 50а является поверхностью на стороне основания 15. Первая поверхность 50а противолежит основанию 15. Вторая поверхность 50b является поверхностью на стороне, противоположной первой поверхности 50а. Первая поверхность 50а является, например, нижней поверхностью; а вторая поверхность 50b является, например, верхней поверхностью.
Первое направление от первой поверхности 50а ко второй поверхности 50b принимается, например, за направление Z-оси. Одно направление, перпендикулярное направлению Z-оси, принимается за направление Х-оси. Направление, перпендикулярное направлению Z-оси и направлению Х-оси, принимается за направление Y-оси.
Расстояние вдоль первого направления между первой поверхностью 50а и второй поверхностью 50b соответствует толщине оксидного слоя 50. На поверхности оксидного слоя 50, изготовленной при использовании способа TFA-MOD, в результате механизма роста поверхности оксидного слоя 50 образуется неровность, имеющая максимум, составляющий приблизительно 70 нм. Также существуют флуктуация способов изготовления и тому подобное. В результате данных причин существуют случаи, в которых толщина оксидного слоя 50 является неоднородной. В таком случае используют среднее значение толщины оксидного слоя 50. Например, расстояние вдоль первого направления между первой поверхностью 50а и второй поверхностью 50b определяют во множестве позиций оксидного слоя 50. Например, толщину определяют, используя полученное при использовании электронного микроскопа изображение для поперечного сечения оксидного слоя 50 и тому подобного. Толщину также определяют исходя из площади поверхности при пленкообразовании и количества вещества в результате анализа при использовании метода ICP (индуктивно-связанной плазмы) для еще одного образца. Среднее значение определяют исходя из множества значений, которые определяют. Тем самым, получают среднюю толщину t50 оксидного слоя 50.
Оксидный слой 50 занимает позицию 50р на 1/2 средней толщины t50. Расстояние d50p вдоль первого направления между позицией 50р и первой поверхностью 50а составляет 1/2 средней толщины t50.
Оксидный слой 50 включает множество областей (например, первую область 51, вторую область 52 и тому подобное), расположенные в позиции 50р. Расстояния вдоль первого направления между первой поверхностью 50а и центром каждой из данных областей составляют 1/2 средней толщины t50.
Например, в поперечном сечении оксидного слоя 50 данные области имеют первую сторону вдоль первого направления и вторую сторону вдоль направления, ортогонального первому направлению. Длина вдоль первого направления первой стороны составляет, например, 5 нм. Длина второй стороны вдоль направления, ортогонального первому направлению, составляет, например, 5 нм. Данные области соответствуют, например, 5 нм в квадрате.
Например, анализ и тому подобное могут быть проведены, например, для указанного выше множества областей (например, первой области 51, второй области 52 и тому подобного), включенных в оксидный слой 50.
3
3
3
2
3
Подложкой 10 является, например, монокристаллическая подложка. Подложка 10 включает, например по меньшей мере одного представителя, выбираемого из LaAlO, SrTiO, NdGaO, AlO, MgO или YSZ (диоксида циркония, стабилизированного при использовании оксида иттрия).
2
3
3
3
2
2
3
В случае, когда предусмотрено наличие грунтовочного слоя 11, грунтовочный слой 11 будет включать, например по меньшей мере одного представителя, выбираемого из CeO, LaMnO, SrTiO или LaAlO. Грунтовочным слоем 11 может быть, например, один слой. Грунтовочный слой 11 может включать множество слоев. Грунтовочный слой 11 может включать, например, уложенное в стопку тело из слоя СеО, слоя YSZ и слоя YO.
Например, постоянная решетки основания 15 по существу согласуется с постоянной решетки оксидного слоя 50. Постоянная решетки представляет собой длину решетки вдоль одного направления, по существу перпендикулярного первому направлению (направлению Z-оси). В данном случае существуют три типа согласования.
Например, постоянная решетки основания 15 является по существу той же самой, что и постоянная решетки оксидного слоя 50. Другими словами, постоянная решетки основания 15 соответствует постоянной решетки оксидного слоя 50 с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,93 до не более,чем 1,07.
1/2
Либо постоянная решетки основания 15 является по существу той же самой, что и постоянная решетки оксидного слоя 50 с кратностью 2. Другими словами, постоянная решетки основания 15 соответствует постоянной решетки оксидного слоя 50 с кратностью в диапазоне от не менее чем 1,32 до не более чем 1,54.
1/2
Либо постоянная решетки основания 15 является по существу той же самой, что и постоянная решетки оксидного слоя 50 с кратностью (1/(2)). Другими словами, постоянная решетки основания 15 соответствует постоянной решетки оксидного слоя 50 с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,649 до не более чем 0,758.
Постоянная решетки оксидного слоя 50 вдоль направления, перпендикулярного первому направлению от первой поверхности 50а ко второй поверхности 50b, является первой постоянной решетки. В таком случае, основание 15 характеризуется одним представителем, выбираемым из второй постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,93 до не более чем 0,107, третьей постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 1,32 до не более чем 1,54, или четвертой постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,649 до не более чем 0,758.
Например, подложка 10 характеризуется одним представителем, выбираемым из постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,93 до не более чем 0,107, постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 1,32 до не более чем 1,54, или постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,649 до не более чем 0,758.
Например, грунтовочный слой 11 характеризуется одним представителем, выбираемым из постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,93 до не более чем 0,107, постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 1,32 до не более чем 1,54, или постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,649 до не более чем 0,758.
16
19
3
18
20
3
Оксидный слой 50 включает, например, фтор, имеющий концентрацию в диапазоне от не менее чем 2,0 × 10 до не более чем 5,0 × 10 атом/см, и углерод, имеющий концентрацию в диапазоне от не менее чем 1,0 × 10до не более чем 5,0 × 10 атом/см.
Указанные выше концентрация фтора (например, остаточное количество фтора) и концентрация углерода (например, остаточное количество углерода) представляют собой, например, количества, полученные при использовании способа TFA-MOD (осаждения в результате разложения металлоорганических соединений при использовании трифторацетатов). Характеристики ухудшаются при увеличении остаточного количества углерода. При использовании схемы термической обработки и тому подобного в соответствии с вариантом осуществления остаточное количество углерода может быть подавлено; и получают хорошие характеристики сверхпроводимости. Хорошие характеристики проводимости получают при нечрезмерной избыточности остаточного количества фтора.
2
3
7-х
В варианте осуществления оксидный слой 50 включает REBaCuO (при этом RE представляет собой один элемент, выбираемый из «группы элементов RE» в виде Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu). RE включает по меньшей мере три типа металлических элементов (М1, М2 и М3). Также три типа металлических элементов представляют собой любой элемент из группы элементов RE, выбираемый в порядке следования. Удовлетворяются количественные характеристики R(M1) ≤ 20% (мол.), R(M2) ≥ 60% (мол.) и R(M3) ≤ 20% (мол.), где R(M1) представляет собой среднюю долю металлического элемента М1 в комбинации М1 + М2 + М3. Оксидный слой 50 имеет оксидную основу.
2
3
7-x
Указанный выше материал REBaCuO обладает единственной структурой перовскита, ориентированной в направлении с-оси. Угол (абсолютное значение) между с-осью и направлением Z-оси составляет, например, 4° и менее. Ms представляет собой металлический элемент не более чем R(M1) или R(M3). SD(Ms) представляет собой среднеквадратическое отклонение/среднее значение для концентрации Ms в позиции при 50% средней толщины пленки в поперечном сечении, включающем с-ось. SD (стандартное распределение) представляет собой индекс отклонения. Проводят анализ концентраций, например, в 10 точках, например, при 50% средней толщины пленки в поперечном сечении, включающем с-ось; и удовлетворяется соотношение SD(Ms) > 0,15 в варианте осуществления, в котором определяют концентрацию Ms. Например, удовлетворяется соотношение SD(Ms) > 0,25.
Удовлетворяется соотношение Msmax ≥ 1,5 × Msmin, где Msmax и Msmin, соответственно, представляют собой максимальное значение и минимальное значение концентрации Ms. Например, удовлетворяется соотношение Msmax ≥ 2,3 × Msmin.
Например, оксидный слой 50 предусматривается на основании 15 или предусматривается на основании 15, включающем промежуточный слой 11. Например, указанный выше элемент М1 представляет собой Pr, Nd или Sm.
Плоскостью a/b является плоскость, определяемая а-осью и b-осью. Плоскость а/b является плоскостью, которая включает а-ось и b-ось. Плоскостью а/b является, например, с-плоскость.
2
3
7-x
16
19
3
18
20
3
Оксидный сверхпроводник 110, соответствующий варианту осуществления, включает оксидный слой 50 ReBaCuO. Оксидный слой 50 включает, например, фтор, имеющий концентрацию в диапазоне от не менее чем 2,0 × 10 до не более чем 5,0 × 10 атом/см, и углерод, имеющий концентрацию в диапазоне от не менее чем 1,0 × 10 до не более чем 5,0 × 10 атом/см.
2
3
7-x
В ReBaCuO оксидного слоя 50 RE включает элементы от первого до третьего. Первый элемент является элементом, выбираемым из группы элементов RE, состоящей из Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Второй элемент является элементом, выбираемым из любого представителя из группы элементов RE после первого элемента. Третий элемент является элементом, выбираемым из любого представителя из группы элементов RE после второго элемента.
Оксидный слой 50 характеризуется первой долей в композиции (например, (мол.%)), которая представляет собой среднее значение для первого элемента в оксидном слое 50, второй долей в композиции (например, мол.%), которая представляет собой среднее значение для второго элемента в оксидном слое 50, и третьей долей в композиции (например, мол.%), которая представляет собой среднее значение для третьего элемента в оксидном слое 50. Соотношение между первой долей в композиции и совокупностью из первой доли в композиции, второй доли в композиции и третьей доли в композиции составляет 20% или менее. Соотношение между второй долей в композиции и совокупностью составляет 60% или более. Соотношение между третьей долей в композиции и совокупностью составляет 20% или менее.
Оксидный слой 50 обладает структурой перовскита. Структура перовскита ориентирована в направлении с-оси. Абсолютное значение угла между с-осью и направлением Z-оси (первым направлением от первой поверхности 50а ко второй поверхности 50b) составляет, например, 4° и менее. Например, структура перовскита является единственной. Например, ось кристалла первой области 51 является выровненной с осью кристалла второй области 52. Например, кристалл из первой области 51 демонстрирует непрерывность с кристаллом из второй области 52.
Как это продемонстрировано на фигуре 1В, оксидный слой 50 занимает позицию 50р на 1/2 средней толщины t50 оксидного слоя 50. Позиция 50р является, например, множественной. Количество позиций 50р, например, составляет 10. Например, множество позиций 50р включается в поперечное сечение, включающее с-ось. Например, множество позиций 50р скомпоновано вдоль направления (например, направления Х-оси, направления Y-оси и тому подобного), перпендикулярного направлению Z-оси.
Оксидный слой 50 характеризуется концентрациями элементов в каждой из множества позиций 50р. Оксидный слой 50 характеризуется множеством первых концентраций С1 первого элемента во множестве позиций 50р и множеством третьих концентраций С3 третьего элемента во множестве позиций 50р. Например, в случае количества множества позиций 50р, составляющего 10, оксидный слой 50 будет характеризоваться множеством первых концентраций С1 первого элемента в десяти позициях 50р и множеством третьих концентраций С3 третьего элемента в десяти позициях 50р.
Множество первых значений V1 определяют следующим образом. Множество первых значений V1, соответственно, представляет собой множество первых концентраций С1 при первой доле в композиции (средней доле в композиции для первого элемента), не большей, чем третья доля в композиции (средняя доля в композиции для третьего элемента). Множество первых значений V1, соответственно, представляет собой множество третьих концентраций С3 при первой доле в композиции, большей, чем третья доля в композиции. В случае количества множества позиций 50р, составляющего 10, количество множества первых значений V1 будет составлять 10.
В варианте осуществления множество первых значений V1 представляет собой нижеследующее. Соотношение между среднеквадратическим отклонением sV1 для множества первых значений V1 и средним значением AV1 для множества первых значений V1 (sV1/AV1) составляет более чем 0,15. В варианте осуществления, например, соотношение (sV1/AV1) между среднеквадратическим отклонением sV1 для множества первых значений V1 и средним значением AV1 может составлять более чем 0,25.
В варианте осуществления, например, максимальное значение для множества первых значений V1 соответствует минимальному значению для множества первых значений V1 при кратности, составляющей не менее чем 1,5. В варианте осуществления максимальное значение для множества первых значений V1 соответствует минимальному значению для множества первых значений V1 при кратности, составляющей не менее, чем 2,3.
В варианте осуществления указанный выше первый элемент представляет собой, например, Pr, Nd или Sm. Указанный выше третий элемент представляет собой, например, Lu. Указанный выше второй элемент представляет собой Y.
В варианте осуществления совокупность из доли в виде указанной выше первой доли в композиции, доли в виде указанной выше второй доли в композиции и доли в виде указанной выше третьей доли в композиции составляет по существу 100%. Например, различие между первой долей в композиции и третьей долей в композиции составляет не более чем 1/10 от первой доли в композиции. Различие может составлять не более чем 1/15.
В варианте осуществления в оксидный сверхпроводник 110 (оксидный слой 50) вводят искусственный центр пиннинга, имеющий надлежащий размер. Тем самым, например, могут быть улучшены характеристики магнитного поля. Например, искусственный центр пиннинга вводят в сверхпроводящий провод на Y-основе при одновременном сохранении высокой критической температуры (Тс). Тем самым, улучшается характеристика плотность тока-магнитное поле (характеристика Jc-B). При осуществлении попытки введения искусственного центра пиннинга при одновременном сохранении структуры перовскита, для которой сохраняется значение Тс, размер искусственного центра пиннинга легко становится избыточно большим. Поэтому на структуру перовскита оказывается воздействие; и имеют место отрицательные воздействия на характеристики. В варианте осуществления может быть введен маленький искусственный центр пиннинга.
В варианте осуществления размер искусственного центра пиннинга составляет, например, по существу приблизительно 3 нм. Высокой является вероятность того, что элементарная ячейка, которая является несверхпроводящей, может превратить в несверхпроводящие и четыре ячейки, соседние в плоскости а/b. Подобная тенденция наблюдается для материала PrBCO, который является несверхпроводящим и обладает структурой перовскита, и для сверхпроводника SmВСО, который становится несверхпроводящим в результате Ва-замещения.
В варианте осуществления в оксидном слое 50 предусматривается наличие кластера. В кластере поочередно компонуются элементарная ячейка, которая является несверхпроводящей, и сверхпроводник. Как это считается, весь кластер является несверхпроводящим.
Например, оксидный слой 50, соответствующий варианту осуществления, получают при использовании способа TFA-MOD (осаждения в результате разложения металлоорганических соединений при использовании трифторацетатов). Nd или Sm легко становятся искусственным центром пиннинга. В случае Pr элементарная ячейка становится искусственным центром пиннинга с начала. Желательный искусственный центр пиннинга, использующий Nd, Sm или Pr, затруднительно образовывать при использовании способа TFA-MOD. Искусственные центры пиннинга, которые включают данные элементы, являются кластеризованными. Также могут быть использованы и другие элементы в случае превращения таких элементов в несверхпроводящие. Подобно Nd, Sm и Pr имеется возможность того, что четыре элементарные ячейки в окрестности других элементов могут стать несверхпроводящими. В варианте осуществления реализуется кластеризация, при которой элементы агрегируются. Размер искусственного центра пиннинга можно контролировать.
Осуществляют переработку в виде основной термообработки, например, в отношении материала основания, использующегося для получения оксидного слоя 50, например, при температуре в диапазоне от 725 до 850°С. В данное время элементарную ячейку образуют из псевдоожиженного слоя. В данное время в сверхпроводнике предусматривают наличие области (области с большим размером ячейки), которая характеризуется размером ячейки, большим, чем у элементарной ячейки сверхпроводника, и области (области с маленьким размером ячейки), которая характеризуется размером ячейки, меньшим, чем у элементарной ячейки.
Элемент, который соответствует большому размеру ячейки, используется в качестве М1. Элемент, который соответствует маленькому размеру ячейки, используется в качестве М3. Элемент, который соответствует среднему размеру ячейки, используется в качестве М2. Элемент М2 используется в качестве матричной фазы оксидного слоя 50. Доля М2 в матричной фазе составляет, например, 60 мол.% или более. Доли М1 и М3 составляют, например, 20 мол.% иди менее в каждом случае. В случае превышения долями М1 и М3 20 мол.% матричная фаза будет нестабильной, и увеличатся количества необычных фаз.
М1, М2 и М3 смешивают в растворе. Например, в качестве М1 используют по меньшей мере одного представителя, выбираемого из Pr, Nd или Sm, который имеет большой атомный радиус и легко разлагается. В таком случае желательными являются использование пентафторпропионовой кислоты (PFP) и использование способа, который подавляет разложение. В результате последующего замещения кислоты PFP трифторуксусной кислотой (TFA) уменьшают воздействие остаточной кислоты PFP; и легко получают хорошие характеристики. В случае использования элемента, который отличается от Pr, Nd и Sm, возможен синтез с солью кислоты TFA. Для раствора на основе соли кислоты TFA возможным является смешивание при любой доле.
После получения смешанного раствора проводят термообработку. В качестве условий термообработки при проведении термообработки используют, например, те же самые условия, что и надлежащие условия при использовании М2 матричной фазы; или используют условия, подобные таким надлежащим условиям. В соответствии с долей компонентов в смеси для М1 и/или М3 могут быть использованы условия, которые отличаются от надлежащих условий при использовании М2. Основание 15, которое используют при пленкообразовании, представляет собой, например, монокристалл. Основание 15 может представлять собой металлическую ленту. На металлической ленте может быть предусмотрено наличие, например, промежуточного слоя (например, грунтовочного слоя 11).
В варианте осуществления, как это считается, искусственные центры пиннинга, которые включают М1 и М3, могут быть кластеризованными в результате различия между размерами элементарных ячеек при образовании структуры перовскита. В случае чрезмерно маленького различия имеет место состояние частичной кластеризации. В состоянии частичной кластеризации кластеры образуются в части областей. Даже когда в области с частичной кластеризацией существует непроводящая элементарная ячейка, эффект искусственного центра пиннинга становится маленьким.
Уменьшение ионного радиуса не является большим даже при увеличении атомного номера, например, для элементов, у которых размер ионного радиуса является меньшим, чем ионный радиус Tb, то есть, например, элементов, идущих следом в порядке, перечисленном в группе из Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Поэтому различие размеров является маленьким; и реализация кластеризации является затруднительной. Кластеризация реализуется легче при использовании двух элементов, которые не являются соседними в порядке следования, приведенном в группе из Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu, но берутся с отступом через два или с более значительным отступом в приведенном порядке следования.
С другой стороны, различие между атомными радиусами является большим для Pr, Nd и Sm. Для данных элементов кластеризация реализуется легко даже при использовании двух элементов, соседних в приведенном порядке следования. Однако, атомные радиусы Pr, Nd и Sm являются большими. Поэтому в случае использования Pr, Nd и Sm в растворном синтезе и/или при пленкообразовании для сверхпроводящей пленки легко будет протекать разложение. Поэтому нежелательным является использование Pr, Nd или Sm в качестве М2. В качестве элемента М2 желательным является использование Eu или элемента, идущего следом, (то есть Eu, Gd, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu). Хотя Y не является лантаноидом, элемент Y может рассматриваться как по существу имеющий размер Gd.
В варианте осуществления используют раствор, который удовлетворяет указанным выше условиям. Образуется кластер, в котором соседствуют друг с другом области, включающие М1, и области, включающие М3. Благодаря данному явлению кластеры образуются во внутреннем пространстве оксидного слоя 50. Например, в качестве М1 используют Sm; и Sm становится несверхпроводящим в результате Ва-замещения. Например, в качестве М1 используют Pr; и Pr замещают при использовании Ва. Получают несверхпроводящие области. В таком случае, как это считается, например, в кластере поочередно компонуются области, включающие М1, и области, включающие М3. Как это считается, несверхпроводящими также становятся и области в элементарных ячейках, соседних друг с другом. В варианте осуществления получают искусственный центр пиннинга надлежащего размера.
Кластеризация имеет место для областей, включающих М1, и областей, включающих М3, в результате незначительного различия размеров ячеек. В варианте осуществления, например, уменьшение количества примесей в растворе (метанольном растворе), использующемся при получении, является неизбежным [4]. В случае избыточного присутствия в растворе воды или уксусной кислоты, например, на межфазную поверхность роста будут оказывать воздействие примеси. Существуют случаи, в которых хорошей кластеризации не получают. Эффект улучшения характеристик магнитного поля также является ограниченным.
В варианте осуществления в структуре перовскита кластеризуется множество элементарных ячеек, характеризующихся различными размерами ячеек. Несмотря на возможность подтверждения наличия постоянного воздействия даже для искусственного центра пиннинга на атомном уровне больший эффект получают в результате кластеризации. Вариант осуществления реализует более значительные характеристики магнитного поля в результате кластеризации искусственных центров пиннинга на атомном уровне.
Теперь будет описываться один пример способа изготовления оксидного сверхпроводника 110, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 2А - 2D представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 2А представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 2В - 2D представляют собой схематические изображения в поперечном разрезе, иллюстрирующие способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Как это продемонстрировано на фигуре 2А, способ изготовления включает способ первого пленкообразования (стадию S110), способ первой термической обработки (стадию S120), способ второй термической обработки (стадию S130) и способ третьей термической обработки (стадию S140).
В способе первого пленкообразования, как это продемонстрировано на фигуре 2В, на основании 15 получают первую пленку 50f в результате нанесения покрытия из раствора на основание 15. Первая пленка 50f включает по меньшей мере часть раствора (компонент, включенный в раствор). Раствор включает первый трифторацетат, включающий первый элемент, второй трифторацетат, включающий второй элемент, третий трифторацетат, включающий третий элемент, и метанол.
Первым элементом является элемент, выбираемый из группы элементов RE, состоящей из Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Вторым элементом является элемент, выбираемый из любого представителя из группы элементов RE после первого элемента. Третьим элементом является элемент, выбираемый из любого представителя из группы элементов RE после второго элемента.
В способе первой термической обработки, как это продемонстрировано на фигуре 2С, в результате проведения термической обработки первой пленки 50f при первой температуре получают вторую пленку 50g. Вторая пленка 50g включает указанные выше элементы от первого до третьего и фтор.
В способе второй термической обработки, как это продемонстрировано на фигуре 2D, из второй пленки 50g получают третью пленку 50h в результате проведения термической обработки второй пленки 50g после указанного выше способа первой термической обработки в атмосфере, включающей воду при второй температуре, которая является большей, чем первая температура.
Впоследствии в способе третьей термической обработки из третьей пленки 50h в результате проведения нагревания третьей пленки 50h после способа второй термической обработки в атмосфере, включающей кислород, получают оксидный слой 50, который обладает структурой перовскита, содержащей количество атомов кислорода 6,0.
Теперь будут описываться эксперименты, проведенные изобретателем заявки.
Фигура 3 - 5 представляют собой технологические схемы, иллюстрирующие способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Данные фигуры также представляют собой технологические схемы, соответствующие экспериментам.
Фигура 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ получения раствора для нанесения покрытия.
Фигура 3 представляет собой технологическую схему получения раствора для нанесения покрытия или полураствора. В случае раствора для нанесения покрытия из ReBCO (при этом RE представляет собой Y или элемент от Eu до Lu) раствор для нанесения покрытия получают в результате смешивания всех разновидностей металлов в металлическом ацетате на фигуре 3 таким образом, чтобы Re : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. В качестве фторкарбоновой кислоты используют пентафторпропионовую кислоту. Либо в качестве фторкарбоновой кислоты используют трифторуксусную кислоту.
Фигура 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления раствора, использующегося для получения оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 4 представляет собой технологическую схему, в которой фторкарбоновую кислоту в основном замещают трифторуксусной кислотой.
Проводят множество обогащений. При начальном обогащении фторкарбоновая кислота на стадии hCs-a является только пентафторпропионовой кислотой. При втором обогащении и последующих обогащениях фторкарбоновая кислота на стадии hCs-a представляет собой смесь из пентафторпропионовой кислоты и трифторуксусной кислоты.
Фигура 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника.
Фигура 5 представляет собой технологическую схему для участка от раствора для нанесения покрытия до получения сверхпроводника.
В результате нанесения покрытия из раствора для нанесения покрытия (стадия Sc-a) получают гелевую пленку. Проводят первую термическую обработку (предварительную термообработку, стадию Sc-d) и вторую термическую обработку (основную термообработку, стадию Sc-f). Впоследствии, например, проводят переработку в виде «отжига в чистом кислороде» (стадию Sc-g). Тем самым, получают сверхпроводник. При отжиге в чистом кислороде концентрация кислорода, включенного в атмосферу, находится в диапазоне, например, от не менее чем 10 до не более чем 100%. В варианте осуществления концентрация кислорода в атмосфере чистого кислорода находится в диапазоне, например, от не менее чем 10 до не более чем 100%.
Фигура 6 и 7 представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.
Фигура 6 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее первую термическую обработку.
Фигура 6 демонстрирует один пример профиля предварительной термообработки, проиллюстрированной на фигуре 3.
Горизонтальная ось на фигуре 6 представляет собой время tp (минуты); а вертикальная ось представляет собой температуру Тр (°С). Температуру увеличивают в сухой атмосфере кислорода DO во временном интервале от 0 до ta1. Температуру увеличивают во влажной атмосфере кислорода WO во временном интервале от ta1 до ta5. В данное время скорость увеличения температуры различается между взаимно различающимися временными интервалами от ta1 до ta2, от ta2 до ta3, от ta3 до ta4 и от ta4 до ta5. Момент времени ta1 соответствует, например, 7 минутам; а момент времени ta2 соответствует, например 35 мин. Продолжительность может быть модифицирована между временными интервалами от ta2 до ta3, от ta3 до ta4 и от ta4 до ta5. Температура, которая соответствует моментам времени от ta2 до ta4, соответствует температурному диапазону, где протекает реакция разложения. Существует множество случаев, в которых переработка, которая соответствует данным интервалам, представляет собой термическую обработку, характеризующуюся наиболее продолжительным временем проводимой переработки. Также интервал может быть укорочен в результате задания высокой температуры разложения. Фигура 6 представляет собой один пример термической обработки для разложения; и до тех пор, пока термическая обработка будет соответствовать термической обработке, проиллюстрированной на фигуре 6, данные интервалы и температуры могут быть промодифицированы. Проводят охлаждение в печи FC в сухой атмосфере кислорода DO от момента времени ta5.
Фигура 7 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее вторую термическую обработку.
Фигура 7 демонстрирует один пример профиля основной термообработки, проиллюстрированной на фигуре 3.
2
2
2
2
Горизонтальная ось на фигуре 7 представляет собой время tp (мин); а вертикальная ось представляет собой температуру Тр (°С). Температуру увеличивают во временном интервале от 0 до tb1 в сухой атмосфере Ar/O DOMA, включающей Ar и О. Термическую обработку проводят во временном интервале от tb1 до tb4 во влажной атмосфере Ar/O WOMA. Температуру уменьшают во временном интервале от tb4 до tb6 в сухой атмосфере Ar/O DOMA. Проводят охлаждение в печи FC в сухой атмосфере кислорода DO от момента времени tb6.
Теперь будут описываться экспериментальные примеры, относящиеся к сверхпроводнику.
Первый экспериментальный пример
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника YBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме фигуры 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Y(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Y : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Получают полупрозрачное синее вещество 1MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную в первом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 1MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 1MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 1MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1МА. Полупрозрачное синее вещество 1МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 1Cs-Y (первый экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Y-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника LuBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3, используя способ, подобный способу, указанному выше. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Lu(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Lu : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1MВi (вещество материала В, содержащее примесь, описанную в первом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 1MВi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 1MВi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 1MВi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1МВ. Полупрозрачное синее вещество 1МВ растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 1Cs-Lu (первый экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Lu-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника DyBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3, используя способ, подобный способу, указанному выше. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Dy(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Dy : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1MCi (вещество материала C, содержащее примесь, описанную в первом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 1MCi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 1MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 1MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1МСi. Полупрозрачное синее вещество 1МCi растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 1Cs-Dy (первый экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Dy-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
2
3
2
3
Отдельно от того, что было указано выше, полураствор, включающий Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1MDi. В полупрозрачное синее вещество 1MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 1MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 1MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 1МDi. Полупрозрачное синее вещество 1МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 1hCs-BaCu (первый экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
В дополнение к тому, что было указано выше, полураствор, который включает Sm, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Sm(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 1MЕi.
- 3
3
Вещество 1MЕi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 1MЕi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 часов проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 1МЕi. Полупрозрачное желтое вещество 1МЕ растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 1hCs-Sm1 (первый экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Sm стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 1,20 × 10 моль/м.
- 3
3
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 1hCs-Sm1. Полураствор для нанесения покрытия 1hCs-Sm1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают 1hCs-Sm2 (то же самое, что и выше, стадия 2). Полураствор для нанесения покрытия 1hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 1hCs-Sm2 смешивают таким образом, чтобы Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 1Cs-Sm. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,41 × 10 моль/м.
1Cs-Y, 1Cs-Sm и 1Cs-Lu смешивают таким образом, чтобы молярное соотношение металлических ионов представляло бы собой 80 : 10 : 10. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 1Cs-X1 (первый экспериментальный пример, смешанный раствор для нанесения покрытия 1).
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании раствора для нанесения покрытия 1Cs-X1. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образец 1FS-X1 (первый экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, из смешанного раствора 1) сверхпроводящей пленки.
3
1Cs-Y, 1Cs-Lu и 1Cs-Dy смешивают таким образом, чтобы молярное соотношение металлических ионов представляло бы собой 80 : 10 : 10. Получают раствор для нанесения покрытия 1Cs-X2 (первый экспериментальный пример, смешанный раствор для нанесения покрытия 2). Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании способа, продемонстрированного на фигуре 5, используя раствор для нанесения покрытия 1Cs-X2. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7.
Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образец 1FS-X2 (первый экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, из смешанного раствора 2) сверхпроводящей пленки.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании растворов для нанесения покрытия 1Cs-Y и 1Cs-Lu, используя способ, подобный указанному выше способу. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образец 1FS-Y (первый экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, на Y-основе) и 1FS-Lu (то же, что и выше, на Lu-основе) сверхпроводящей пленки.
Фигура 8А и 8В представляют собой диаграммы, демонстрирующие результат анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 8А соответствует образцу 1FS-X1 (образцу в виде 80% YBCO + 10% SmBCO + 10% LuBCO). Фигура 8В соответствует образцу 1FS-Lu (образцу LuBCO). Данные фигуры демонстрируют результаты измерений при использовании метода XRD (метода 2q/w). Горизонтальная ось представляет собой угол 2q. Вертикальная ось представляет собой интенсивность детектирования Int (имп./с = количество импульсов в секунду). Вертикальная ось соответствует графическому представлению логарифмической величины.
Для образца 1FS-X1, как это продемонстрировано на фигуре 8А, несмотря на наблюдение пиков для гибридных оксидов Ba-Cu, имеющих очень маленькие интенсивности, основными пиками являются пики (00n) для YBCO и пики для подложки.
Для образца 1FS-Lu, как это продемонстрировано на фигуре 8B, имеется неопределенный пик при угле 2q в окрестности 33°. Также подтверждается присутствие различных необычных фаз.
В сверхпроводнике, обладающем структурой перовскита, в случае нахождения лантаноидного элемента в позиции для Y по мере увеличения атомного номера будет увеличиваться надлежащее парциальное давление кислорода при основной термообработке. В случае проведения основной термообработки при 800°С при расположении Nd, Sm, Gd и Dy в позициях для Y, как это считается, надлежащее парциальное давление кислорода при проведении основной термообработки будет находиться, соответственно, в окрестности 5, 20, 200 и 1000 ч./млн. для Nd, Sm, Gd и Dy. Поэтому для Lu, как это считается, надлежащее парциальное давление кислорода составляет приблизительно 4000 ч./млн. Парциальное давление кислорода составляет 1000 ч./млн. при основной термообработке первого эксперимента. Поэтому, как это проиллюстрировано прерывистой линией на фигуре 8В, существует возможность образования необычной фазы, соответствующей углу 2q в диапазоне от 33 до 34°.
Присутствие необычной фазы, которую наблюдают для образца 1FS-Lu, не может быть подтверждено для образца 1FS-X1, продемонстрированного на фигуре 8А. В случае изолированной термической обработки SmBCO надлежащее парциальное давление кислорода будет составлять приблизительно 20 ч./млн. в ходе основной термообработки при 800°С. Поэтому предсказывается образование необычной фазы. Однако, присутствие необычной фазы не подтверждается для образца 1FS-X1, продемонстрированного на фигуре 8А. Для образца 1FS-X1 получают результат, при котором образуется единственная фаза YBCO.
Для сопоставления будут описываться результаты измерений при использовании метода XRD для образца 1FS-Y, который представляет собой сверхпроводник YBCO, демонстрирующий хорошие характеристики сверхпроводимости.
Фигура 9 представляет собой диаграмму результатов анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 9 демонстрирует результаты измерения при использовании метода XRD (метода 2q/w) для YBCO.
2
На фигуре 9 присутствие необычной фазы по существу не подтверждается; и в основном наблюдаются пики (00n) для YBCO. Значение Jc для образца составляет 6,5 МА/см при (77 К, 0 Тл: тесла). Образец представляет собой сверхпроводник, демонстрирующий по существу полностью закристаллизованную композицию, включающую границу зерен с маленьким углом разориентировки. Для образца относительно большими являются интенсивности пиков (003), (005) и (006), которые представляют собой характеристики пиков для YBCO. Кроме того, интенсивность пика (001) является меньшей, чем у пика (002). Это характеристика YBCO. Интенсивность пика изменяется при введении другой разновидности металла в позицию Y. Например, при введении Sm в позицию Y пики (001), (003) и (006) становятся более интенсивными. Изменение постоянной решетки, полученной при использовании метода XRD, является незначительным для структуры перовскита, полученной в результате примешивания небольшого количества SmBCO к YBCO. В случае образования при смешивании элементарной ячейки, характеризующейся средней постоянной решетки, как это считается, различие между постоянными решетки будет незначительным, и постоянная решетки будет изменяться непрерывно. При нахождении атомов и тому подобного на пути дифракции и создания ими препятствий дифракции в отношении пиков (00n) для YBCO каждый из пиков (00n) для YBCO ослабляется; и имеет место распределение по интенсивности характеристических пиков. Например, для YBCO пики (003), (005) и (006) становятся более интенсивными. В случае введения Sm вместо Y более интенсивными становятся пики (001), (003) и (006). Различие между атомными радиусами Y и Sm является незначительным. Для сверхпроводящей пленки в смешанном состоянии для Y и Sm интенсивности данных пиков изменяются непрерывно. Поэтому при кластеризации в случае образования структуры перовскита в результате сосуществования SmBCO и LuBCO в YBCO интенсивности данных пиков должны приобретать средние интенсивности от первоначальных интенсивностей пиков для данных пиков.
На фигуре 8 интенсивность пика (001) является близкой к интенсивности пика (002). Как это считается, это обуславливается изменением интенсивности пика (001) в направлении увеличения интенсивности в результате воздействия Sm или Lu. Для образца 1FS-X1 постоянная решетки имеет Y в качестве основы и подвергается воздействию в результате примешивания Sm и Lu.
Будут описываться результаты наблюдений при использовании микроскопа ТЕМ (просвечивающего электронного микроскопа) высокого разрешения для образца, включающего YBCO, SmBCO и LuBCO.
Фигура 10 представляет собой полученное при использовании просвечивающего электронного микроскопа изображение для оксидного сверхпроводника.
Фигура 10 представляет собой полученное в результате проведения наблюдения при использовании микроскопа ТЕМ изображение для поперечного сечения образца в виде 80% YBCO + 10% SmBCO + 10% LuBCO. Увеличение составляет 2 миллиона раз.
Исходя из фигуры 10 по всему полю обзора для изображения, полученного в результате проведения наблюдения при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения при увеличении в 2 миллиона раз, подтверждается присутствие гомогенной структуры, которая соответствует структуре перовскита. Постоянная решетки образца, как это считается, является единственной. В ходе анализа при использовании метода EDS (энергодисперсионной спектроскопии) детектируются Y, Sm и Lu. Постоянная решетки образца близка к постоянной решетки YBCO. Для образца, как это считается, кристаллическая решетка искажается в согласовании с постоянной решеткой YBCO при 80%. Образец, как это считается, обладает единственной структурой перовскита.
В варианте осуществления SmBCO и LuBCO сегрегируются и агрегируются. Стимулируется реализация кластеризации. При кластеризации Sm и Lu сегрегируются. Например, может быть рассмотрен способ, при котором компоновка Sm и Lu проверяется в ходе картирующих измерений при использовании метода EDS, используя микроскоп ТЕМ высокого разрешения. В данном методе толщина составляет приблизительно 50 нм даже тогда, когда образец является тонким. Поэтому детектируют среднее значение для образца в направлении толщины. Поэтому для данного способа проверки в результате картирующих измерений при использовании метода EDS, используя микроскоп ТЕМ высокого разрешения, затруднительно получить оценку уровня кластеризации при использовании способа, который просто проверяет количества (концентрации) Sm и Lu.
Для образца указанного выше эксперимента Sm и Lu образуют кластеры; и размер кластеров согласно оценке составляет приблизительно 5 нм. Область измерения для элементов на карте метода EDS составляет, например, 2 нм в квадрате. Минимальная толщина в направлении глубины составляет 50 нм в результате предела по подготовке образца к анализу. В ходе детектирования при использовании метода EDS рассчитывают среднее значение в направлении глубины. В случае размера кластера, составляющего приблизительно 5 нм, наблюдается большое различие между случаем существования кластеров в поле обзора при измерении 5 нм в квадрате и случаем несуществования кластеров. В случае существования кластеров Sm и Lu изменяются совместно.
Теперь будут описываться результаты анализа для предельно диспергированного образца (10% Sm + Y). В предельно диспергированном образце кластеры не образуются.
Фигура 11 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 11 демонстрирует результаты измерения концентрации в результате проведения наблюдения для поперечного сечения образца в виде 80% YBCO + 10% SmBCO. Продемонстрирована интенсивность детектирования Int для Sm в каждой из областей наблюдения от первой до третьей от AR1 до AR3 для образца.
Для первой области наблюдения AR1 интенсивность детектирования Int для Sm при использовании метода EDS продемонстрирована для каждой из шести областей при 5 нм в квадрате. Среднеквадратическое отклонение s для шести данных составляет 1,31. На основании среднеквадратического отклонения s определяют индекс отклонения SD. SD = s/AV, где AV представляет собой среднее значение для шести точек данных. В первой области наблюдения AR1, как это продемонстрировано на фигуре 11, индекс отклонения SD(Sm), который соотносится с Sm, составляет 0,091. Для второй области наблюдения AR2 результаты детектирования Sm при использовании метода EDS продемонстрированы для десяти областей при 5 нм в квадрате. Для третьей области наблюдения AR3 результаты детектирования Sm при использовании метода EDS продемонстрированы для восьми областей при 5 нм в квадрате. Для второй области наблюдения AR2 индекс отклонения SD(Sm) составляет 0,087. Для третьей области наблюдения AR3 SD(Sm) составляет 0,076. Таким образом, в предельно диспергированном состоянии индекс отклонения SD находится в диапазоне от 0,076 до 0,091.
На фигуре 11 флуктуация для десяти данных из второй области наблюдения AR2, по-видимому, является маленькой. Индекс различия Dmm(наименование элемента) определяют как величину, указывающую на различие между максимальным значением и минимальным значением. Индекс различия Dmm(наименование элемента) представляет собой (максимальное значение интенсивности детектирования элемента)/(минимальное значение интенсивности детектирования элемента). Во второй области наблюдения AR2 индекс различия Dmm(Sm) составляет 1,27. Данное значение является маленьким. Данное значение соответствует однородному диспергированию Sm во внутреннем пространстве сверхпроводника.
Теперь будут описываться результаты анализа при использовании метода EDS для образца 1FS-X1. Как это считается, для образца имеет место кластеризация.
Фигура 12 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 12 представляет собой результаты измерения концентрации в результате проведения наблюдения для поперечного сечения образца 1FS-X1 (образца в виде 80% YBCO + 10% SmBCO + 10% LuBCO). Результаты анализа для образцов, у которых концентрации Sm находятся в диапазоне от 12,5 до 17,5%, также приводятся на фигуре 12.
В ходе измерения при использовании метода EDS пик для Sm-La и пик для Ba-Lr перекрываются. Поэтому исходя из пика для Sm-Lb рассчитывают концентрацию Sm. Продемонстрированы интенсивность пика для Sm и интенсивность пика для Lu. Данные интенсивности пиков изменяются совместно друг с другом.
Фигура 13 представляет собой график, демонстрирующий оксидный сверхпроводник.
Фигура 13 представляет собой график, демонстрирующий взаимосвязь (кластеризацию) сегрегирования Sm и Lu во внутреннем пространстве сверхпроводника.
Фигура 13 демонстрирует анализ при использовании метода EDS для образца FS-X. Фигура 13 демонстрирует соотношение между концентрацией (количеством) Sm и концентрацией (количеством) Lu. Горизонтальная ось на фигуре 13 представляет собой интенсивность детектирования Int(Sm) (имп./с) для Sm. Вертикальная ось представляет собой интенсивность детектирования Int(Lu) (имп./с) для Lu.
Как это можно видеть исходя из фигуры 13, количество Sm и количество Lu изменяются совместно друг с другом. Для образца индекс отклонения SD(Sm) для Sm составляет 0,378. Sm сегрегируется совместно с Lu. Для области наблюдения при 5 нм в квадрате численное значение в значительной степени флуктуирует в результате присутствия или отсутствия кластеров в области наблюдении. Поэтому, как это считается, индекс отклонения SD(Sm) становится большим по данной причине. Индекс различия Dmm(Sm) для образца является большим и составляет 5,02.
С другой стороны, для Lu индекс отклонения SD(Lu) составляет 0,339. Lu сегрегируется совместно с Sm. Как это считается, SD(Lu) становится большим по данной причине. Индекс различия Dmm(Lu) составляет 3,52. Индекс различия Dmm(Lu) является предельно большим. Данное значение предполагает сегрегирование в результате кластеризации.
Как это считается, указанное выше сегрегирование представляет собой свидетельство кластеризации на основании различия между атомными радиусами. Теперь будут описываться результаты картирующих измерений в результате проведения наблюдения при использовании микроскопа ТЕМ для поперечного сечения образца 1FS-X2, включающего Dy и Lu. Атомный размер является меньшим, чем атомный размер Y как для Dy, так и для Lu.
Фигура 14 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 14 демонстрирует продемонстрированы результаты измерений концентрации для Dy и Lu в результате проведения наблюдения для поперечного сечения образца 1FS-X2 (образца в виде 80% YBCO + 10% DyBCO + 10% LuBCO). Фигура 14 представляет собой результаты измерений при использовании метода EDS, фокусирующиеся на концентрации Dy и концентрации Lu. На ФИГУРЕ 14 продемонстрированы результаты измерения при использовании метода EDS в областях наблюдения от четвертой до шестой от AR4 до AR6 в трех местоположениях в десяти областях измерения (имеющих размер 5 нм в квадрате).
Как это можно видеть, исходя из фигуры 14, концентрация (интенсивность детектирования Int) Dy и концентрация (интенсивность детектирования Int) Lu по существу не изменяются во множестве областей измерения.
Как это продемонстрировано на фигуре 14, индекс отклонения SD(Dy), который относится к Dy, находится в диапазоне от 0,059 до 0,087. Индекс отклонения SD(Lu), который относится к Lu, находится в диапазоне от 0,071 до 0,090. Индекс различия Dmm(Dy), который относится к Dy, находится в диапазоне от 1,22 до 1,28. Индекс различия Dmm(Lu), который относится к Lu, находится в диапазоне от 1,19 до 1,29. Данные результаты близки к результатам на фигуре 11. Несмотря на отличие атомного радиуса Dy от атомного радиуса Lu оба из них являются меньшими, чем атомный радиус Y. Как это считается, вероятность роста маленькой элементарной ячейки по соседству с маленькой элементарной ячейкой является незначительной. Как это считается, кластеризация не имела места для образца по данной причине.
Теперь будет описываться один пример модели образования кластеров. Например, кластеризация имеет место в результате существования множества элементарных ячеек, характеризующихся взаимно различающимися постоянными решеток.
Фигура 15А - 15F представляют собой схематические изображения, демонстрирующие элементарные ячейки оксидного сверхпроводника.
Фигура 15А и 15В соответствуют элементарной ячейке YBCO. Фигура 15С и 15D соответствуют элементарной ячейке SmBCO. Фигура 15E и 15F соответствуют элементарной ячейке LuBCO. Фигура 15В, 15D и 15F представляют собой схематические изображения при взгляде с одного направления (например, направления Z-оси). Фигура 15А, 15С и 15Е представляют собой схематические изображения при взгляде с направления, перпендикулярного одному направлению, (например, направления вдоль плоскости X-Y). Данные чертежи иллюстрируют размеры элементарных ячеек, использующиеся при кластеризации.
В примере SmBCO и LuBCO примешиваются к YBCO; и имеет место кластеризация. Элементарная ячейка YBCO используется в качестве матричной фазы. Размер элементарной ячейки SmBCO является большим, чем размер элементарной ячейки YBCO. Размер ячейки LuBCO является меньшим, чем размер элементарной ячейки YBCO. Для образца доля YBCO в веществе в целом является высокой. Поэтому, как это считается, кристалл растет до размера YBCO от зародышеобразования до роста. В такой конфигурации имеет место кластеризация. Теперь будет описываться один пример кластеризации.
Фигура 16А - 16F представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способы получения оксидного сверхпроводника.
На данных фигурах Sm соответствует указанному выше элементу М1. Y соответствует указанному выше элементу М2. Lu соответствует указанному выше элементу М3. В примере кластеризация, которая включает элемент М1 и включает элемент М3, реализуется в плоскости a/b.
Как это продемонстрировано на фигуре 16А, размер ячейки SmBCO является большим, чем размер ячейки YBCO. Размер ячейки LuBCO является меньшим, чем размер ячейки YBCO.
Как это продемонстрировано на фигуре 16В, например, SmBCO, который характеризуется большим размером, растет по соседству с элементарной ячейкой YBCO. Для элементарной ячейки SmBCO на фигуре отсутствуют какие-либо ограничения сверху и снизу или справа. В таком случае элементарная ячейка SmBCO является слегка большей.
Как это продемонстрировано на фигуре 16С, LuBCO, который характеризуется маленьким размером ячейки, легко растет в позициях по соседству с элементарной ячейкой SmBCO. Это обуславливается воздействием грунтовки. В случае размера ячейки области, включающей один материал LuBCO и один материал SmBCO, являющегося в два раза большим, чем у YBCO YBCO не всегда растет легко. Как это считается, SmBCO легко растет в направлении глубины кластера.
Поэтому, как это продемонстрировано на фигуре 16D, образуется агрегат Sm и Lu.
Как это продемонстрировано на фигуре 16Е, легко растет SmBCO, который находится по соседству с LuBCO. Такой способ повторяют.
Таким образом, растут кластеры, как это продемонстрировано на фигуре 16F. Как это считается, размеры определяются существующим количеством SmBCO и LuBCO. YBCO растет при отсутствии подачи Sm и Lu.
Фигура 17А и 17В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие конфигурации сверхпроводника.
Как это продемонстрировано на данных фигурах, кластеры растут при одновременном искажении решетки; и в качестве вещества в целом образуется структура перовскита. Как это продемонстрировано на фигуре 17А, в YBCO образуется область кластеризации. На фигуре 17А размер SmBCO продемонстрирован как больший, чем размер YBCO; а размер LuBCO продемонстрирован как меньший, чем размер YBCO. В данном состоянии имеет место искажение решетки; и данное состояние является нестабильным. Состояние, которое согласуется с постоянной решетки, является энергетически стабильным.
Поэтому, как это продемонстрировано на фигуре 17В, после роста размер SmBCO, размер LuBCO и размер YBCO становятся одним и тем же размером. Тем самым, получают по существу единственную структуру перовскита. В данной структуре сохраняется структура перовскита при одновременном содержании SmBCO и LuBCO. В данной структуре, в которой сохраняется структура перовскита, SmBCO является меньшим, чем первоначальный размер решетки; LuBCO является большим, чем первоначальный размер решетки; а размер решетки является размером решетки YBCO. В данное время направление с-оси является по существу одним и тем же между YBCO, SmBCO и LuBCO. Поэтому в ходе измерения при использовании метода XRD пик (006), который является наиболее интенсивным пиком, наблюдается в виде одного пика.
В сверхпроводнике, который включает кластеры, например, характеристики Jc-B улучшаются, когда один из кластеров становится искусственным центром пиннинга.
Фигура 18 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 18 демонстрирует один пример результатов измерения Jc-B для образца.
Фигура 18 демонстрирует результаты измерения для образца SPL01, образца SPL02 и образца SPL03. Образец SPL01 включает 10% Sm, 10% Lu и 80% YBCO. Образец SPL02 включает 10% Sm и 90% YBCO. Образец SPL03 включает 30% Sm и 70% YBCO. Горизонтальная ось на ФИГУРЕ 18 представляет собой величину В магнитного поля (Тл: тесла). Вертикальная ось представляет собой критическую силу тока Ic (A: ампер).
Для образца SPL01, как это продемонстрировано на фигуре 18, критическая сила тока Ic является высокой. Например, в случае значения В магнитного поля, составляющего 0,9 Тл, критическая сила тока Ic для образца SPL01 будет в 1,81 раза большей, чем критические силы тока Ic для образца SPL02 и образца SPL03.
Образцы SPL02 и SPL03, которые включают Sm, но не включают Lu, находятся в предельно диспергированном состоянии. У данных образцов не реализуется воздействие в качестве искусственного центра пиннинга. Для образца SPL01, который включает Sm и Lu, существуют кластеры. Sm сегрегируется. Поэтому имеет место Ва-замещение; и центры, которые используются в качестве искусственных центров пиннинга, существуют сосредоточенно. Тем самым, реализуется воздействие в качестве искусственного центра пиннинга.
Второй экспериментальный пример
3
3
3
2
3
2
3
В растворной технологической схеме, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3, синтезируют и обогащают раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Y(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Y : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе; и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 2MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную во втором экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 2MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 2MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 2MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 2МА. Полупрозрачное синее вещество 2МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 2Cs-Y (второй экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Y-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника LuBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты Lu(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Lu : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 2MВi (вещество материала В, содержащее примесь, описанную во втором экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 2MВi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 2MВi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 2MВi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 2МВ. Полупрозрачное синее вещество 2МВ растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 2Cs-Lu (второй экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Lu-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
2
3
2
3
Полураствор, который включает Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 2MDi. В полупрозрачное синее вещество 2MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 2MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 2MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 2МС. Полупрозрачное синее вещество 2МС растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 2hCs-BaCu (второй экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
Полураствор, который включает Sm, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Sm(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе; и в течение 12 часов в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 2MЕi.
- 3
3
Вещество 2MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 2MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 2МD. Полупрозрачное желтое вещество 2МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 2hCs-Sm1 (второй экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Sm стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 1,20 × 10 моль/м.
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 2hCs-Sm1. Полураствор для нанесения покрытия 2hCs-Sm1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 2hCs-Sm2 (то же самое, что и выше, стадия 2).
- 3
3
Полураствор для нанесения покрытия 2hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 2hCs-Sm2 смешивают таким образом, чтобы Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 2Cs-Sm. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,41 × 10 моль/м.
Раствор 2Cs-Y, раствор 2Cs-Sm и раствор 2Cs-Lu смешивают. В данное время соотношение компонентов в смеси модифицируют. Тем самым, получают четыре типа в виде раствора для нанесения покрытия 2Cs-X1 (второй экспериментальный пример, смешанный раствор для нанесения покрытия 1), раствора для нанесения покрытия 2Cs-X2, раствора для нанесения покрытия 2Cs-X3 и раствора для нанесения покрытия 2Cs-X4. Молярные соотношения металлических ионов для растворов для нанесения покрытия (Y : Sm : Lu) равны, соответственно, 80 : 12,5 : 7,5, 80 : 15 : 5, 80 : 17,5 : 2,5 и 80 : 20 : 0.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании раствора для нанесения покрытия 2Cs-X1, 2Cs-X2, 2Cs-X3 и 2Cs-X4. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об./мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образцы 2FS-X1 (второй экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, из смешанного раствора 1), 2FS-X2, 2FS-X3 и 2FS-X4 сверхпроводящей пленки.
Фигура 19 представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 19 демонстрирует результаты измерений при использовании метода XRD (метода 2q/w) для образца 2FS-X2. Горизонтальная ось представляет собой угол 2q (градусы). Вертикальная ось представляет собой интенсивность детектирования Int (имп./с, графическое представление логарифмической величины). Для образца 2FS-X2 несмотря на наблюдение пика для гибридного оксида Ba-Cu, имеющего маленькую интенсивность, основными пиками являются пики (00n) для YBCO и пики для подложки. Пики (00n) для YBCO являются интенсивными. Образец обладает единственной структурой перовскита. Как это считается, кластеры образуются при концентрациях Sm и Lu, составляющих 5%. Интенсивности пиков, которые указывают на образование кластеров, являются большими.
Фигура 20 представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.
Фигура 20 демонстрирует результаты измерений при использовании метода XRD (метода 2q/w) для образца 2FS-X4. Горизонтальная ось представляет собой угол 2q (градусы). Вертикальная ось представляет собой интенсивность детектирования Int (имп./с, графическое представление логарифмической величины). Для образца 2FS-X4, как это продемонстрировано на фигуре 20, в сопоставлении с образцом 2FS-X2 интенсивности пиков (00n) для YBCO являются слабыми. Для образца 2FS-X4 в сопоставлении с пиками для YBCO относительная интенсивность необычной фазы для Ba-Cu является большой. Состояние образца соответствует предельному диспергированию. При предельном диспергировании интенсивность пика для YBCO уменьшается.
Фигура 21 представляет собой график, демонстрирующий характеристику оксидного сверхпроводника.
Фигура 21 демонстрирует соотношение между количеством Sm и интенсивностью пика (005) для YBCO. На фигуре 21 также отображается результат для образца 1FS-X1, описанного при обращении к первому эксперименту. Горизонтальная ось на фигуре 21 представляет собой долю R(Sm) для Sm. Доля R(Sm) для Sm представляет собой соотношение между количеством Sm и совокупным количеством Sm и Lu. Вертикальная ось представляет собой относительную долю R1 интенсивности пика (005) для YBCO. Относительная доля R1 является соотношением между интенсивностью пика (005) для YBCO и интенсивностью пика (200) для LAO.
Как это продемонстрировано на фигуре 21, относительная доля R1 является большой при доле R(Sm) для Sm, составляющей 0,5. Интенсивность для YBCO увеличивается по мере достижения соотношения между Sm и Lu в виде 1 : 1. В сверхпроводнике YBCO представляет собой основной материал. Внутреннее напряжение и тому подобное релаксируют в результате существования SmBCO и LuBCO, которые имеют размеры, отличающиеся от размера YBCO. Это оказывает выгодное воздействие на образование необычной фазы. С другой стороны, в случае доли R(Sm) для Sm, составляющей 1, относительная доля R1 интенсивности пика (005) для YBCO будет маленькой. Образец соответствует предельному диспергированию и соответствует образцу в виде 20% Sm + 80% Y (образец в виде 100% Sm). Для образца Sm в количестве 20% демонстрирует предельное диспергирование; и решетка искажается. Дифракция для YBCO (005) при большом индексе поверхности является затруднительной. Как это считается, интенсивность пика является более слабой по данной причине.
Фигура 22 представляет собой график, демонстрирующий характеристику оксидного сверхпроводника.
Фигура 22 демонстрирует корреляцию между количеством Sm и величиной Dw, соответствующей ориентации вне поверхности для указанного выше образца.
В случае маленького значения Dw маленькой будет и флуктуация. При этом маленькое значение Dw соответствует монокристаллической конфигурации хорошего качества. Горизонтальная ось представляет собой долю R(Sm) для Sm. Вертикальная ось представляет собой величину Dw.
Значение Dw будет маленьким в случае доли R(Sm) для Sm, составляющей 0,5, (в случае соотношения между Sm и Lu в виде 1 : 1). Хорошие результаты будут получены в случае соотношения между SmBCO с большим размером элементарной ячейки и LuBCO с маленьким размером элементарной ячейки в виде 1 : 1.
Как это можно признать в результате проведения наблюдения при использовании микроскопа ТЕМ для поперечного сечения образца 2FS-X2, для которого количество Sm составляет 15%, сверхпроводник обладает хорошей структурой перовскита.
Различия для Dw и тому подобного трудно распознать. Кластеризация будет иметь место в случае сверхпроводника, обладающего хорошей единственной структурой перовскита. Как это можно просто оценить, кластеризация будет иметь место в случае величины Dw, равной или более узкой в сопоставлении с интенсивностью для изолированного материала YBCO на кривой качания в методе XRD.
Фигура 23 - 25 представляют собой графики, демонстрирующие характеристики оксидного сверхпроводника.
Фигура 23 соответствует образцу 2Fs-X1. ФИГУРА 24 соответствует образцу 2Fs-X2. Фигура 25 соответствует образцу 2Fs-X3. Данные фигуры демонстрируют результаты проведения наблюдения при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения для образцов, проведения анализа при использовании метода EDS и определения корреляции между количеством Sm (концентрацией) и количеством Lu (концентрацией). На данных фигурах горизонтальная ось представляет собой интенсивность детектирования Int(Sm) для Sm. Вертикальная ось представляет собой интенсивность детектирования Int(Lu) для Lu.
Как это продемонстрировано на фигуре 23, концентрация Lu взаимосвязана с концентрацией Sm для множества графических представлений. Продемонстрирована взаимосвязь для первой группы данных D1, продемонстрированных на фигуре 23. Для образца, соответствующего первой группе данных, концентрация Sm составляет 12,5%; а концентрация Lu составляет 7,5%. В случае образования кластеров из Sm и Lu кластеры будут образовываться из 7,5% Sm и 7,5% Lu. Совокупность из Sm и Lu составляет 20%. Кластеризация имеет место для количества 15%, что представляет собой совокупность из 7,5% Sm и 7,5% Lu. В данное время к образованию кластеров относятся 75% металлического элемента из введенного количества (20%).
Для образца маленькое количество Lu сегрегируется в результате кластеризации. Для Sm сосуществуют часть с кластеризацией и часть с предельным диспергированием. Вторая группа данных D2, продемонстрированная на фигуре 23, соответствует сосуществованию. Почти что все количество Lu образует кластеры с Sm. В сопоставлении с состоянием предельного диспергирования Lu сегрегируется. Часть данных, продемонстрированных на фигуре 23, соответствует образцу 2FS-X1, продемонстрированному на фигуре 12.
Для данных на фигуре 23 индекс отклонения SD(Sm) составляет 0,219. Индекс отклонения SD(Lu) является большим и составляет 0,330. Как это считается, на это оказывает воздействие сегрегирование в результате кластеризации. Индекс различия Dmm(Sm) составляет 2,11; но индекс различия Dmm(Lu) составляет 2,77. В случае введения двух элементов (Sm и Lu), имеющих различные количества (концентрации), состояние кластеров, как известно, будет фокусироваться на элементе, присутствующем с меньшим количеством.
Фигура 24 соответствует образцу 2Fs-X2 (образцу, включающему 15% Sm и 5% Lu). Для образца существует мало данных в первой группе данных D1, указывающих на кластеризацию. Количество данных во второй группе данных D2 увеличилось. Как это считается, 5% Sm и 5% Lu подверглись кластеризации. Кластеризации подвергаются 50% введенного количества Sm и Lu. Как это считается, остающийся элемент Sm характеризуется предельным диспергированием. Для образца, как это продемонстрировано на фигуре 12, индекс отклонения SD(Lu) является немного маленьким и составляет 0,223. Индекс отклонения SD(Sm) составляет 0,100. Индекс различия Dmm(Sm) составляет 1,85. Индекс различия Dmm(Sm) составляет 1,39. Несмотря на малость величины, что соответствует сегрегированию, кластеры частично существуют.
Фигура 25 соответствует образцу 2FS-X3 (образцу, включающему 17,5% Sm и 2,5% Lu). Несмотря на ожидание кластеризации и сегрегирования для 2,5% Lu индекс отклонения SD(Lu) является маленьким и составляет 0,068; а индекс различия Dmm(Lu) составляет 1,23. Индекс отклонения SD(Sm) составляет 0,072; а индекс различия Dmm(Sm) составляет 1,24. Уровень кластеризации можно распознать исходя из индекса различия Dmm и индекса отклонения SD.
В указанном выше примере вещество кластеризации представляет собой «Sm + Lu» (20% вещества в целом); и в случае соответствия комбинации «Sm + Lu», например, Sm при 15% совокупности и Lu при 5% совокупности Sm и Lu, которые принимают участие при реализации кластеризации, соответствуют Sm при 5% совокупности и Lu при 5% совокупности. В результате составления этим количеством совокупности в 10% вещества в целом согласно вычислению в кластеризации принимают участие 50% вещества кластеризации. С другой стороны, в случае Sm в количестве 17,5% и Lu в количестве 2,5% в кластеризации будут принимать участие 2,5% для Sm и 2,5% для Lu, то есть в совокупности 5%. В таком случае в кластеризации принимают участие только 25% вещества в целом (20%). В случае степени участия, составляющей 50%, как это можно видеть исходя из фигуры 25, явление кластеризации подтверждается. С другой стороны, в случае степени участия, составляющей 25%, явно выраженная тенденция кластеризации не подтверждается.
Фигура 26 представляет собой график, демонстрирующий характеристику оксидного сверхпроводника.
Фигура 26 демонстрирует критическую плотность тока для магнитного поля 0,9 Тл при температуре 77 К. Горизонтальная ось представляет собой индекс отклонения SD(Lu) для Lu. Вертикальная ось представляет собой степень улучшения критической плотности тока RJc. Степень улучшения критической плотности тока RJc соответствует отличию от критической плотности тока эталонного образца. Степень улучшения критической плотности тока RJc стандартизуют при использовании критической плотности тока эталонного образца. В дополнение к описанному выше образцу на фигуре 26 также продемонстрированы и результаты, полученные в других экспериментальных примерах.
Степень улучшения критической плотности тока RJc является маленькой для образца, у которого значение индекса отклонения SD(Lu) находится в диапазоне от 0,07 до 0,09. По существу отсутствует какое-либо изменение в сопоставлении с эталонным образцом по характеристике Jc-B. Данные образцы соответствуют предельно диспергированным образцам. Как это считается, критическая плотность тока по существу не увеличивается в результате чрезмерно маленького размера искусственного центра пиннинга.
С другой стороны, степень улучшения критической плотности тока RJc будет высокой в случае большого индекса отклонения SD(Lu). Для таких образцов существует искусственный центр пиннинга Sm, относящийся к типу Ва-замещения. В случае агрегирования такого искусственного центра пиннинга в результате кластеризации периферия замещенной позиции искусственного центра пиннинга также станет искусственным центром пиннинга. Поэтому характеристика Jc-B улучшается. Улучшение характеристики отчетливо проявляется при индексе отклонения SD(Lu), составляющем 0,15 и более. В случае индекса отклонения SD(Lu), составляющего более, чем 0,25, состояние станет состоянием более отчетливо проявляющейся кластеризации; и степень улучшения характеристик будет большой. В предельно диспергированном состоянии индекс отклонения SD(Lu) составляет менее, чем 0,15.
Фигура 27 представляет собой график, демонстрирующий характеристику оксидного сверхпроводника.
Фигура 27 демонстрирует соотношение между индексом различия Dmm(Lu) для Lu и критической плотностью тока в магнитном поле (77 К, 0,9 Тл) для образца, описанного при обращении к фигуре 26. Горизонтальная ось на фигуре 27 представляет собой индекс различия Dmm(Lu) для Lu. Вертикальная ось представляет собой степень улучшения критической плотности тока RJc. Максимальное значение индекса различия Dmm составляет приблизительно 1,3 для предельно диспергированного образца.
Как это продемонстрировано на фигуре 27, критическая плотность тока увеличивается при превышении индексом различия Dmm(Lu) 1,5. В случае индекса различия Dmm(Lu), составляющего 2,3 и более, будет иметь место сильная кластеризация; и эффект улучшения будет более явно выраженным. В случае индекса различия Dmm(Lu), составляющего 3,5, будет получено значение Jc, в 1,81 раза превышающее значение для эталонного образца.
Третий экспериментальный пример
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника YBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Y(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Y : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе; и в течение 12 часов в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 3MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную в третьем экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 3MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7% (масс.).
- 3
3
Вещество 3MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 3MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 3МА. Полупрозрачное синее вещество 3МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 3Cs-Y (третий экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Y-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
Синтезируют и обогащают раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника EuBCO, GdBCO, TbBCO, DyBCO, HoBCO, ErBCO, TmBCO, YbBCO и LuBCO. В качестве металлического ацетата используют, например, для EuBCO Eu(OCOCH). Растворы для нанесения покрытий 3Cs-Eu, 3Cs-Gd, 3Cs-Tb, 3Cs-Dy, 3Cs-Ho, 3Cs-Er, 3Cs-Tm, 3Cs-Yb и 3Cs-Lu получают при использовании подобных способов также и для других элементов. Данные растворы подвергают высокой степени очистки.
3
2
3
2
3
Полураствор, который включает Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH), в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 3MDi. В полупрозрачное синее вещество 3MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 3MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 3MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 3МС. Полупрозрачное синее вещество 3МС растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 3hCs-BaCu (третий экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
Полураствор, который включает Sm, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Sm(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 3MЕi.
- 3
3
Вещество 3MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 3MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 3МD. Полупрозрачное желтое вещество 3МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 3hCs-Sm1 (третий экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Sm стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 1,20 × 10 моль/м.
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 3hCs-Sm1, полученного в соответствии с приведенным выше указанием. Полураствор для нанесения покрытия 3hCs-Sm1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 3hCs-Sm2 (то же самое, что и выше, стадия 2).
- 3
3
Полураствор для нанесения покрытия 3hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 3hCs-Sm2 смешивают таким образом, чтобы Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 3Cs-Sm. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,33 × 10 моль/м.
К растворам для нанесения покрытия 3Cs-Y и 3Cs-Sm примешивают растворы для нанесения покрытий 3Cs-Eu, 3Cs-Gd, 3Cs-Tb, 3Cs-Dy, 3Cs-Ho, 3Cs-Er, 3Cs-Tm, 3Cs-Yb и 3Cs-Lu. Тем самым, получают растворы для нанесения покрытий 3Cx-Eu, 3Cx-Gd, 3Cx-Tb, 3Cx-Dy, 3Cx-Ho, 3Cx-Er, 3Cx-Tm, 3Cx-Yb и 3Cx-Lu. Y : Sm : Eu = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Eu. Y : Sm : Gd = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Gd. Y : Sm : Tb = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Tb. Y : Sm : Dy = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Dy. Y : Sm : Ho = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Ho. Y : Sm : Er = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Er. Y : Sm : Tm = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Tm. Y : Sm : Yb = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Yb. Y : Sm : Lu = 80 : 10 : 10 для раствора для нанесения покрытия 3Cx-Lu.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании растворов для нанесения покрытий 3Cx-Eu, 3Cx-Gd, 3Cx-Tb, 3Cx-Dy, 3Cx-Ho, 3Cx-Er, 3Cx-Tm, 3Cx-Yb и 3Cx-Lu. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образцы 3FS-Eu (третий экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, содержащего Eu), 3FS-Gd, 3FS-Tb, 3FS-Dy, 3FS-Ho, 3FS-Er, 3FS-Tm, 3FS-Yb и 3FS-Lu сверхпроводящей пленки.
При реализации кластеризации имеет место тенденция к улучшению результатов измерений при использовании метода XRD. При реализации кластеризации интенсивность пика улучшается; улучшается значение Dw; и подавляется образование необычной фазы. В случае реализации единственной структуры перовскита структура будет единственной структурой даже в случае введения в позиции Y множества элементов. Поэтому даже в случае существования SmBCO, YBCO и LuBCO позиции пиков для SmBCO, YBCO и LuBCO не будут наблюдаться раздельно в первоначальных позициях; а будет наблюдаться единственный пик. В случае образования достаточно большого комка, составляющего приблизительно 100 нм, для каждого представителя, выбираемого из SmBCO и YBCO, при использовании метода XRD будут выявляться пики в позициях углов 2q, соответственно, в области 46,53 и 46,68 °; и пики будут проявляться разделенными. В случае кластеризации такое разделение пиков наблюдаться не будет; и будет наблюдаться один пик. В случае использования непосредственного наблюдения для анализа кластеризации при наблюдении изображения на атомном уровне необходимым будет проведение наблюдения при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения при увеличении в 2 миллиона раз; и поэтому анализ кластеризации нежелательным образом станет чрезвычайно дорогостоящим. В случае реализации кластеризации, исходя из измерения при использовании метода XRD, могут быть видны улучшение интенсивности пика, улучшение значения Dw и характеристика пика (006), являющегося одним пиком. Кластеризацию возможно оценить при использовании такого простого альтернативного способа анализа.
В ходе измерения при использовании метода XRD для образцов наблюдают интенсивность пика для 3FS-Dy, 3FS-Ho, 3FS-Er, 3FS-Tm, 3FS-Yb и 3FS-Lu, которая является большей, чем интенсивность пика для YBCO; значение Dw является маленьким; и образование необычной фазы подавляется. Для данных образцов наблюдается пик (006), являющийся одним пиком. Наоборот, в ходе измерения при использовании метода XRD для образцов 3FS-Eu, 3FS-Gd и 3FS-Tb интенсивность пика является меньшей, чем интенсивность пика для простого материала YBCO; значение Dw является большим; и образуются необычные фазы. Как это считается, исходя из результатов анализа, кластеризация не реализуется очень интенсивно.
Для образца 3FS-Dy осуществляют наблюдение при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения и картирующие измерения при использовании метода EDS. Индекс отклонения SD и индекс различия Dmm определяют в результате анализа десяти областей при 5 нм в квадрате. Индекс отклонения SD(Dy) составляет 0,251; а индекс различия Dmm(Dy) составляет 3,3. Кластеризация может быть подтверждена при использовании простого способа анализа.
В соответствии с представленным выше указанием кластеризация не имеет места для образцов 3FS-Eu, 3FS-Gd и 3FS-Tb. Либо эффект кластеризации является маленьким. Как это считается, данное явление обуславливается различием атомных радиусов. Атомный радиус Gd соответствует атомному радиусу Y. Даже в случае осуществления попытки реализации кластеризации при использовании Gd и Sm Y и Gd будут вести себя как одно тело в результате близости атомного радиуса Gd к атомному радиусу Y; и согласно оценке состояние будет по существу состоянием, близким к предельному диспергированию двух смешанных элементов. Ионный радиус Eu является большим, чем ионный радиус Y; и как это считается, явно выраженного эффекта кластеризации не получают. Как это считается, эффект кластеризации является маленьким в результате близости ионного радиуса Tb к ионному радиусу Y. Как это считается, в таком случае кластеризация имеет место в микроскопической области даже несмотря малость эффекта. Для лантаноидного элемента, который имеет больший атомный радиус, чем Gd, различие между атомными радиусами двух элементов, соседних в периодической таблице, является маленьким. Поэтому в случае использования двух элементов, которые являются соседними в периодической таблице, согласно оценке кластеризация не будет реализоваться легко.
Четвертый экспериментальный пример
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника YBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Y(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные порошкообразные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Y : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 4MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную в четвертом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 4MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 4MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 4MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 4МА. Полупрозрачное синее вещество 4МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 4Cs-Y (четвертый экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Y-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
Синтезируют и обогащают раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника DyBCO и TmBCO. В качестве металлического ацетата используют, например, для DyBCO Dy(OCOCH). Раствор для нанесения покрытия получают при использовании подобного способа также и для TmBCO. Тем самым, получают растворы для нанесения покрытий 4Cs-Dy и 4Cs-Tm. Данные растворы подвергают высокой степени очистки.
3
2
3
2
3
Полураствор, который включает Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH), растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 4MDi. В полупрозрачное синее вещество 4MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 4MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 4MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 4МС. Полупрозрачное синее вещество 4МС растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 4hCs-BaCu (четвертый экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
Полураствор, который включает Nd, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Nd(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 4MЕi.
- 3
3
Вещество 4MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 4MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 4МD. Полупрозрачное желтое вещество 4МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 4hCs-Nd1 (четвертый экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Nd стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 0,80 × 10 моль/м.
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 4hCs-Nd1, полученного в соответствии с приведенным выше указанием. Полураствор для нанесения покрытия 4hCs-Nd1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 4hCs-Nd2 (то же самое, что и выше, стадия 2).
- 3
3
Полураствор для нанесения покрытия 4hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 4hCs-Nd2 смешивают таким образом, чтобы Nd : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 4Cs-Nd. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,31 × 10 моль/м.
В результате примешивания к раствору для нанесения покрытия 4Cs-Y и раствору для нанесения покрытия 4Cs-Nd раствора для нанесения покрытия 4Cs-Dy таким образом, чтобы соотношение Y : Nd : Dy представляло бы собой 80 : 10 : 10, получают раствор для нанесения покрытия 4Cx-Dy. В результате примешивания к раствору для нанесения покрытия 4Cs-Y и раствору для нанесения покрытия 4Cs-Nd раствора для нанесения покрытия 4Cs-Tm таким образом, чтобы соотношение Y : Nd : Tm представляло бы собой 80 : 10 : 10, получают раствор для нанесения покрытия 4Cx-Tm.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании растворов для нанесения покрытий 4Cx-Dy и 4Cx-Tm. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образцы 4FS-Dy (четвертый экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, содержащего Dy) и образец 4FS-Tm сверхпроводящей пленки.
При реализации кластеризации имеет место тенденция к улучшению результатов измерений при использовании метода XRD. Для данных образцов интенсивность пика улучшается; улучшается значение Dw; и подавляется образование необычной фазы. Как это можно видеть для 4FS-Dy и 4FS-Tm, пик (006) в ходе измерений при использовании метода XRD является единственным пиком; а структура является единственной структурой перовскита.
Для образцов 4FS-Dy и 4FS-Tm осуществляют наблюдение при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения и картирующие измерения при использовании метода EDS. Проводят анализ десяти областей при 5 нм в квадрате. Определяют индекс отклонения SD и индекс различия Dmm. Для образца 4FS-Dy индекс отклонения SD(Dy) составляет 0,213; а индекс различия Dmm(Dy) составляет 2,78. Для образца 4FS-Tm индекс отклонения SD(Tm) составляет 0,263; а индекс различия Dmm(Tm) составляет 3,12. Как это считается, для данных образцов существуют кластеры.
Атомный радиус Nd является большим. Поэтому подобно Sm растворное получение является затруднительным и для Nd. Например, используют способ синтеза при использовании кислоты PFP и замещения. Тем самым, может быть получен образец, который характеризуется кластеризацией. При использовании Nd подобно использованию Sm легко образовать искусственный центр пиннинга в результате Ва-замещения. Для сверхпроводящего материала на основе Nd получают эффект улучшения характеристики магнитного поля.
Пятый экспериментальный пример
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника YBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Tm(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Tm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 5MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную в пятом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 5MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 5MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 5MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 5МА. Полупрозрачное синее вещество 5МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 5Cs-Tm (пятый экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Tm-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
Синтезируют и обогащают раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника YbBCO. Для TmBCO в качестве металлического ацетата используют Yb(OCOCH). Раствор для нанесения покрытия 5Cs-Yb получают при использовании способа, подобного указанному выше способу. Раствор подвергают высокой степени очистки.
3
2
3
2
3
Полураствор, который включает Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH), в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 5MDi. В полупрозрачное синее вещество 5MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 5MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 5MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе; и в течение 12 часов проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 5МС. Полупрозрачное синее вещество 5МС растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 5hCs-BaCu (пятый экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
Полураствор, который включает Sm, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Sm(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 5MЕi.
- 3
3
Вещество 5MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 5MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 5МD. Полупрозрачное желтое вещество 5МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 5hCs-Sm1 (пятый экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Sm стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 1,20 × 10 моль/м.
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 5hCs-Sm1, полученного в соответствии с приведенным выше указанием. Полураствор для нанесения покрытия 5hCs-Sm1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 5hCs-Sm2 (то же самое, что и выше, стадия 2).
- 3
3
Полураствор для нанесения покрытия 5hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 5hCs-Sm2 смешивают таким образом, чтобы Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 5Cs-Sm. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,44 × 10 моль/м.
К раствору для нанесения покрытия 5Cs-Sm и раствору для нанесения покрытия 5Cs-Тm примешивают раствор для нанесения покрытия 5Cs-Yb. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 5Cx.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании раствора для нанесения покрытия 5Cx. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образец 5FS (пятый экспериментальный пример, пленка сверхпроводника) сверхпроводящей пленки.
При реализации кластеризации имеет место тенденция к улучшению результатов измерений при использовании метода XRD. Для данных примеров интенсивность пика улучшается; улучшается значение Dw; и подавляется образование необычной фазы. Как это можно видеть для 5FS-Dy и 5FS-Tm, пик (006) в ходе измерений при использовании метода XRD является единственным пиком; а структура является единственной структурой перовскита.
Для образца 5FS осуществляют наблюдение при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения и картирующие измерения при использовании метода EDS. Проводят анализ десяти областей при 5 нм в квадрате; определяют индекс отклонения SD и индекс различия Dmm. Индекс отклонения SD составляет 0,316; а индекс различия Dmm составляет 4,43.
В примере Yb соответствует основному материалу. Явление кластеризации будет иметь место даже в случае основного материала не в виде Y. Кластеризация имеет место для лантаноидной группы. Как это считается, Y ведет себя в качестве элемента в окрестности Gd при кластеризации.
Шестой экспериментальный пример
3
3
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника PrBCO + YBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Pr(OCOCH), Y(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные порошки растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Pr : Y : Ba : Cu = 0,05 : 0,95 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 6MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную в шестом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 6MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7% (масс.).
- 3
3
Вещество 6MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 6MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 6МА. Полупрозрачное синее вещество 6МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 6Cs-Y (шестой экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Y-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
Синтезируют и обогащают раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника LuBCO. В качестве металлического ацетата используют Lu(OCOCH). Раствор для нанесения покрытия 6Cs-Lu получают при использовании подобного способа. Раствор подвергают высокой степени очистки.
3
2
3
2
3
Полураствор, который включает Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH), растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 6MDi. В полупрозрачное синее вещество 6MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 6MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 6MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 6МС. Полупрозрачное синее вещество 6МС растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 6hCs-BaCu (шестой экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
Полураствор, который включает Sm, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Sm(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 6MЕi.
- 3
3
Вещество 6MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 6MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 6МD. Полупрозрачное желтое вещество 6МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 6hCs-Sm1 (шестой экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Sm стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 1,20 × 10 моль/м.
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 6hCs-Sm1. Полураствор для нанесения покрытия 6hCs-Sm1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 6hCs-Sm2 (то же самое, что и выше, стадия 2).
- 3
3
Полураствор для нанесения покрытия 6hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 6hCs-Sm2 смешивают таким образом, чтобы Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 6Cs-Sm. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,44 × 10 моль/м.
Раствор для нанесения покрытия 6Cs-PrY и раствор для нанесения покрытия 6Cs-Sm смешивают таким образом, чтобы Y : Pr : Sm = 90 : 5 : 5. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 6Cx-Sm. Раствор для нанесения покрытия 6Cs-PrY и раствор для нанесения покрытия 6Cs-Lu смешивают таким образом, чтобы Y : Pr : Lu = 90 : 5 : 5. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 6Cx-Lu.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании раствора для нанесения покрытия 6Cx-Sm или раствора для нанесения покрытия 6Cx-Lu. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образец 6FS-Sm (шестой экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, содержащего Sm) и образец 6FS-Lu сверхпроводящей пленки.
При реализации кластеризации имеет место тенденция к улучшению результатов измерений при использовании метода XRD. Для данных примеров интенсивность пика улучшается; улучшается значение Dw; и подавляется образование необычной фазы. Как это можно видеть для 6FS-Lu пик (006) в ходе измерений при использовании метода XRD является единственным пиком; а структура является единственной структурой перовскита. Для 6FS-Sm пик (006) был слабым.
Для образцов 6FS-Sm и 6FS-Lu осуществляют наблюдение при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения и картирующие измерения при использовании метода EDS. Проводят анализ десяти областей при 5 нм в квадрате; определяют индекс отклонения SD и индекс различия Dmm. Для образца 6FS-Sm индекс отклонения SD(Sm) составляет 0,080; а индекс различия Dmm(Sm) составляет 1,24. Для образца 6FS-Lu индекс отклонения SD(Lu) составляет 0,23; а индекс различия Dmm(Lu) составляет 2,8.
При синтезе раствора для нанесения покрытия из PrBCO, которое включает изолированный элемент Pr в позициях Y, атомный радиус Pr является большим; химические реакции протекают легко; и разложение в результате этерификации при синтезе соли кислоты TFA является серьезным. Поэтому в настоящий момент времени Pr может быть смешан с Y только вплоть до 5%. Другими словами, синтез успешно протекает только для раствора для нанесения покрытия, в котором в позиции Y введены 95% Y и 5% Pr. Однако, по-видимому, кластеризация имеет место при выборе Pr и Lu в качестве М1 и М3. В варианте осуществления синтез раствора для нанесения покрытия успешно протекает при смешивании 5% Pr и 5% Lu с 90% Y. Как это считается, исходя из шестого эксперимента Pr, при кластеризации ведет себя в качестве элемента, имеющего ионный радиус, больший, чем ионный радиус Nd. Как это утверждается, Pr является несверхпроводящим в состояниях от трехвалентного до четырехвалентного. В случае четырехвалентного элемента Pr атомный радиус Pr будет маленьким. Для структуры перовскита, которая включает Pr, как это считается, Pr является трехвалентным при образовании структуры перовскита, а впоследствии становится четырехвалентным. Кластеризация имеет место также и для искусственного центра пиннинга, включающего Pr.
Седьмой экспериментальный пример
3
3
3
2
3
2
3
Раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника YBCO синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. В качестве металлического ацетата используют порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Y(OCOCH), Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH). Данные порошкообразные гидраты растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Y : Ba : Cu = 0,05 : 0,95 : 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 7MAi (вещество материала А, содержащее примесь, описанную в седьмом экспериментальном примере). В полупрозрачное синее вещество 7MAi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 7MAi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 7MAi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 7МА. Полупрозрачное синее вещество 7МА растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 7Cs-Y (седьмой экспериментальный пример, раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника на Y-основе). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
Синтезируют и обогащают раствор для нанесения покрытия при получении сверхпроводника DyBCO и TmBCO. В качестве металлического ацетата, например, для DyBCO используют Dy(OCOCH). Растворы для нанесения покрытия 7Cs-Dy и 7Cs-Tm получают при использовании подобного способа. Данные растворы для нанесения покрытий подвергают высокой степени очистки.
3
2
3
2
3
Полураствор, который включает Ва и Cu, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразные гидраты каждого представителя, выбираемого из Ba(OCOCH) и Cu(OCOCH), растворяют в деионизированной воде при молярном соотношении металлических ионов Ba : Cu = 2 : 3. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 7MDi. В полупрозрачное синее вещество 7MDi включаются вода или уксусная кислота, которая представляет собой побочный продукт реакции для растворного синтеза, при приблизительно 7 мас.%.
- 3
3
Вещество 7MСi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 7MСi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное синее вещество 7МС. Полупрозрачное синее вещество 7МС растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 7hCs-BaCu (седьмой экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Ва и Cu). Концентрация металлических ионов составляет 1,50 × 10 моль/м.
3
3
3
2
Полураствор, который включает Sm, синтезируют и обогащают при использовании растворной технологической схемы, продемонстрированной на диаграмме на фигуре 3. Порошкообразный гидрат Sm(OCOCH) растворяют в деионизированной воде. Проводят смешивание и перемешивание со стехиометрическим количеством CFCFCOOH. Смешанный раствор, который получают, располагают в грушевидной колбе и в течение 12 ч в роторном испарителе проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 7MЕi.
- 3
3
Вещество 7MDi добавляют к метанолу, соответствующему по массе приблизительно 100-кратному количеству вещества 7MDi, (Cs-f на фигуре 3) и полностью растворяют. Раствор располагают в роторном испарителе и в течение 12 ч проводят реакцию и обогащение при пониженном давлении. Тем самым, получают полупрозрачное желтое вещество 7МD. Полупрозрачное желтое вещество 7МD растворяют в метаноле (Cs-j на фигуре 3) и разбавляют при использовании мерной колбы. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 7hCs-Sm1 (седьмой экспериментальный пример, полураствор для нанесения покрытия при использовании Sm стадии 1). Концентрация металлических ионов составляет 0,80 × 10 моль/м.
Замещение группы кислоты PFP при использовании кислоты TFA проводят, используя технологическую схему, продемонстрированную на фигуре 4, для полураствора для нанесения покрытия 7hCs-Sm1. Полураствор для нанесения покрытия 7hCs-Sm1 разбавляют в 20 раз в результате добавления метанола; добавляют кислоту TFA, соответствующую стехиометрическому количеству кислоты PFP; и проводят обогащение. Тем самым, получают полураствор для нанесения покрытия 7hCs-Sm2 (то же самое, что и выше, стадия 2).
- 3
3
Полураствор для нанесения покрытия 7hCs-BaCu и полураствор для нанесения покрытия 7hCs-Sm2 смешивают таким образом, чтобы Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3. Тем самым, получают раствор для нанесения покрытия 7Cs-Sm. Концентрация металлических ионов в растворе для нанесения покрытия составляет приблизительно 1,31 × 10 моль/м.
В результате примешивания к растворам для нанесения покрытий 7Cs-Y и 7Cs-Sm растворов для нанесения покрытий 7Cs-Dy и 7CsTm получают раствор для нанесения покрытия 7Cx-DyTm. Для раствора для нанесения покрытия 7Cх-DyTm концентрация Y : Sm : Dy : Tm металлического иона, введенного в позицию Y, соответствует 80 : 10 : 5 : 5.
3
Пленкообразование для сверхпроводника на монокристаллической подложке LaAlO осуществляют при использовании раствора для нанесения покрытия 7Cx-DyTm. Пленкообразование осуществляют при использовании нанесения покрытия в результате центрифугирования при максимальной скорости вращения 4000 об/мин. Проводят предварительную термообработку в атмосфере чистого кислорода при 400°С и менее при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 6. Проводят основную термообработку в газообразном аргоне, смешанном с 1000 ч./млн. кислорода, при 800°С при использовании профиля, продемонстрированного на фигуре 7. Проводят отжиг в чистом кислороде при 525°С и менее. Тем самым, получают образец 7FS-DyTm (седьмой экспериментальный пример, пленка сверхпроводника, содержащего Dy) сверхпроводящей пленки.
При реализации кластеризации имеет место тенденция к улучшению результатов измерений при использовании метода XRD. Для примера интенсивность пика улучшается; улучшается значение Dw; и подавляется образование необычной фазы. Как это можно видеть для 7FS-DyTm пик (006) в ходе измерений при использовании метода XRD является единственным пиком; а структура является единственной структурой перовскита.
Для 7FS-DyTm осуществляют наблюдение при использовании микроскопа ТЕМ высокого разрешения и картирующие измерения при использовании метода EDS. Проводят анализ десяти областей при 5 нм в квадрате; определяют индекс отклонения SD и индекс различия Dy. Индекс отклонения SD(Dy) составляет 0,24; а индекс отклонения SD(Tm) составляет 0,26. Индекс различия Dmm(Dy) составляет 2,90; а индекс различия Dmm(Tm) составляет 3,01. Для образца имеет место кластеризация. Как это считается, кластеризация зависит, например, от различия между постоянными решеток при образовании структуры перовскита. В качестве по меньшей мере одного представителя, выбираемого из элемента М1 или элемента М3, включенных в кластер, может быть использовано множество типов элементов.
В варианте осуществления в сверхпроводнике, который обладает структурой перовскита на Y-основе, реализуется кластеризация в результате, например, стимулирования соседства с элементарной ячейкой структуры перовскита, имеющей размер, больший, чем размер элементарной ячейки структуры перовскита сверхпроводника, использующегося в качестве матричной фазы, и в результате стимулирования соседства с элементарной ячейкой структуры перовскита, имеющей размер, меньший, чем размер элементарной ячейки. Размер кластера приблизительно в несколько раз (например, в диапазоне от не менее чем 5 раз до не более чем 25 раз) превышает размер элементарной ячейки (например, приблизительно 0,4 нм). В варианте осуществления в одном сверхпроводнике, используют несверхпроводящее вещество, образующее кластер. Например, элемент, который включается в сверхпроводник, образуя кластер, может быть селективно выбран при использовании технологии Ва-замещения и тому подобного. Тем самым, получают искусственный центр пиннинга, имеющий размер наноуровня. Тем самым, характеристики улучшаются. В соответствии с вариантом осуществления впервые получают наноразмерный кластер. Вариант осуществления может быть использован для улучшения характеристик магнитного поля. Вариант осуществления может быть использован для областей, относящихся к характеристикам магнитного поля.
Характеристики магнитного поля для сверхпроводящего провода, изготовленного при использовании способа TFA-MOD, улучшаются в результате присутствия искусственного центра пиннинга. Тем самым, могут развиваться различные области применения сверхпроводящих катушек. Как это считается, для кластера, соответствующего варианту осуществления, возможным является регулирование размера кластера при использовании температуры пленкообразования или количества влаги для пленки сверхпроводника, введенного количества элемента и тому подобного. Получают любой размер искусственного центра пиннинга. В соответствии с вариантом осуществления рынок сверхпроводимости увеличивается; база промышленности расширяется; и индуцируются новые оригинальные идеи или цели.
В соответствии с вариантом осуществления могут быть предложены оксидный сверхпроводник и способ изготовления оксидного сверхпроводника, который может увеличивать критическую плотность тока в магнитном поле.
Ссылочные документы
[1] M. Rupich et al., Supercond. Sci. Technol., 23, (2010), 014015(9pp)
[2] T. Araki et al., JP 4,738,322; US 7,833,941 B2 (2006)
[3] T. Araki et al., J. Appl. Phys., 92, (2002), 3318-3325
[4] T. Araki, Bull. Chem. Soc. Jpn., 77, (2004), 1051-1061
Несмотря на описание конкретных вариантов осуществления данные варианты осуществления были представлены только в порядке примера и не предназначены для ограничения объема изобретений. Действительно, новые варианты осуществления, описанные в настоящем документе, могут быть воплощены в широком спектре других форм; кроме того, без отклонения от сущности изобретений могут быть сделаны различные опущения, замещения и изменения в форме вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Прилагающаяся формула изобретения и ее эквиваленты предназначены для охватывания таких форм или модификаций, которые бы соответствовали объему и сущности изобретения.
Перечень ссылочных позиций
10 ... подложка,
11 ... грунтовочный слой,
15 ... основание,
50 ... оксидный слой,
50а ... первая поверхность,
50b ... вторая поверхность,
50f ... первая пленка,
50g ... вторая пленка,
50h ... третья пленка,
50р ... позиция,
51, 52 ... первая, вторая область,
110 ... оксидный сверхпроводник,
В ... магнитное поле,
D1, D2 ... первая, вторая группа данных,
DO ... сухая атмосфера кислорода,
2
DOMA ... сухая атмосфера Ar/O,
Dmm ... индекс различия,
FC ... охлаждение в печи,
Ic ... критическая сила тока,
Int ... интенсивность детектирования,
R1 ... относительная доля,
RJc ... степень улучшения критической плотности тока,
SD ... индекс отклонения,
от SPLL01 до SPL03 ... образец от первого до третьего,
Тр ... температура,
WO ... влажная атмосфера кислорода,
2
WOMA ... влажная атмосфера Ar/O,
d50p ... расстояние, t50 ... толщина,
от ta1 до ta5, от tb1 до tb6 ... время,
tp ... время.