УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ФАЗ В СВЕРХПРОВОДНИКЕ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения сверхпроводящих фаз в сверхпроводнике.
3
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство анализа сверхпроводящего материала [А.С. SU №1581017 A3 МКИ G01N 27/72 Опуб. 15.02.1994 Бюл. №11], содержащее ЭПР-спектрометр, температурную камеру с расположенными в ней соленоидом, которая снабжена измерителем температуры и регулятором температуры, записывающее устройство, один вход которого соединен с выводом соленоида, второй вход соединен с выходом устройства измерения интенсивности СВЧ-поглощения, входящего в состав ЭПР-спектрометра, при этом температурная камера размещена в резонаторе ЭПР-спектрометра. ЭПР-спектрометр предназначен для создания СВЧ-излучения и измерения интенсивности его поглощения образцом. Соленоид предназначен для создания постоянного магнитного поля путем пропускания через него постоянного тока. Устройство позволяет измерять зависимости интенсивности поглощения образцом СВЧ-излучения от напряженности постоянного магнитного поля при фиксированной температуре, анализируя которые определяют наличие у образца сверхпроводящих свойств и его критическую температуру (температуру перехода из несверхпроводящего состояния в сверхпроводящее).
Недостатком устройства является низкая вероятность выявления в объеме образца наличия нескольких сверхпроводящих фаз.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение вероятности определения в объеме сверхпроводника нескольких сверхпроводящих фаз и расширение класса устройств анализа сверхпроводящих материалов.
Технический результат достигается за счет того, что в установке для определения сверхпроводящих фаз в сверхпроводнике содержащей температурную камеру, снабженную регулятором температуры, а также установленные в температурной камере соленоид и измеритель температуры, согласно изобретению дополнительно введены генератор тока низкой частоты и последовательно соединенные фильтр сигналов, измеритель напряжения, АЦП и блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца, при этом выход измерителя температуры соединен со вторым входом АЦП, выход генератор тока низкой частоты соединен с первым выводом соленоида, вход фильтра сигналов соединен со вторым выводом соленоида, выход блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца является выходом установки.
Сущность полезной модели состоит в следующем. В работах [Голев И.М., Калядин О.В., Кадменский В.Г., Сергеев А.В. Вестник ВГТУ, 2015, №5, С. 129-135; Голев И.М., Сергеев А.В., Кадменский В.Г., Калядин О.В. Известия РАН. Серия физическая, 2016, Т. 80, №9, С. 1182-1184] показано, что если образец, содержащий одну или несколько сверхпроводящих фаз, поместить в соленоид, на который подается ток низкой частоты ω, и начать его охлаждение, то при переходе одной из сверхпроводящих фаз из несверхпроводящего состояния в сверхпроводящее (сверхпроводящий переход) в соленоиде возникает искажение исходного сигнала - появляется спектральная составляющая с частотой 3ω (третья гармоника). Ее амплитуда с уменьшением температуры возрастает, достигает максимума, после чего уменьшается. По завершении сверхпроводящего перехода третья гармоника исчезает. Температура, при которой наблюдается максимум амплитуды третьей гармоники, отличается от критической для данной фазы не более чем на 2 К. Дальнейшее охлаждение приводит к сверхпроводящему переходу другой фазы (при ее наличии), при этом третья гармоника снова появляется, а по завершении перехода исчезает. Таким образом, фиксируя максимумы амплитуды третьей гармоники в процессе охлаждения образца, можно определить сверхпроводящие фазы в его объеме и температуру их сверхпроводящего перехода. Этим достигается обеспечиваемый полезной моделью технический результат.
Структурная схема полезной модели приведена на фигуре, где обозначены: 1 - температурная камера; 2 - регулятор температуры; 3 - образец; 4 - генератор тока низкой частоты; 5 - соленоид; 6 - фильтр сигналов; 7 - измеритель напряжения; 8 - измеритель температуры; 9 - АЦП; 10 - блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца.
Фильтр 6 предназначен для выделения третьей гармоники из сигнала отклика с соленоида, перед началом измерений настраивается на частоту третьей гармоники. Фильтр сигналов 6 может быть выполнен, например, с использованием селективного усилителя [Барсуков Ф.И. Генераторы и селективные усилители низкой частоты. М.: «Энергия», 1964. С. 5].
Измеритель напряжения 7 предназначен для измерения амплитуды третьей гармоники.
Назначение генератора тока низкой частоты 4 и АЦП 9 ясно из их названия.
Блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца 10 предназначен для выявления сверхпроводящих фаз в процессе охлаждения образца и определения температуры их сверхпроводящего перехода. Блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца 10 может работать, например, по следующему алгоритму. Значения температуры в камере 1 и амплитуды третьей гармоники с АЦП 9 передаются в блок 10, где сохраняются в виде двухмерного массива и анализируются, например, по алгоритму, приведенному в работе [Шурыгин А.В., Цапенко А.П. Молодежный научно-технический вестник, 2013, №3, URL: sntbul.bmstu.ru/doc/569151.html (дата обращения 16.10.2016)] или [Кузнецов В.В. Романенко С.В. Современные проблемы науки и образования, 2014, №3, URL: www.science-education.ru/pdf/2014/3/766.pdf (дата обращения 16.10.2016)]. В ходе анализа производится поиск максимумов амплитуды третьей гармоники и, в случае их обнаружения, определяется соответствующая максимумам температура. Появление максимума амплитуды третьей гармоники означает наличие в образце сверхпроводящей фазы. Температура образца, при которой появляется максимум амплитуды третьей гармоники, является критической температурой для данной фазы. При обнаружении максимума амплитуды третьей гармоники блок 10 выводит сообщение о наличии в образце сверхпроводящей фазы и ее критическую температуру.
Блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца 10 может быть выполнен, например, с использованием ЭВМ со специально разработанным программным обеспечением. В программном обеспечении должен быть реализован алгоритм работы блока 10.
Методика определения сверхпроводящих фаз на установке следующая. Образец 3 размещают в температурной камере 1 внутри соленоида 5, в котором с помощью генератора тока низкой частоты 4 создают переменное магнитное поле частотой ω. Регулятором температуры 2 изменяют температуру в камере 1. При достижении температуры образца 3 критической температуры одной из сверхпроводящих фаз, начинается сверхпроводящий переход этой фазы и в соленоиде возникает искажение исходного сигнала - появляется спектральная составляющая с частотой 3ω (третья гармоника). Выделение третьей гармоники из переменного напряжения на соленоиде 2 производится фильтром 6, измерение ее амплитуды - измерителем напряжения 7. Аналоговые сигналы с измерителя напряжения 7 и измерителя температуры 8 подаются на входы АЦП 9, который выполняет их дискретизацию и передает полученные значения в блок определения сверхпроводящего перехода фазы образца 10. Блок 10 анализирует данные и при обнаружении максимума амплитуды третьей гармоники выводит сообщение о наличии сверхпроводящей фазы и границы температурного интервала, в котором находится ее критическая температура.