Металеві монокристали з високою температурою надпровідного переходу

Изобретение относится к области материалов с аномально высокой температурой сверхпроводящего перехода. Известны попытки изменения температуры перехода с помощью воздействия на металлы сверхвысокого давления. Так, в работе (Н.Б. Брандт, Н.И. Гинзбург. Влияние высокого давления на сверхпроводящие свойства металлов. - УФН. Т.85. - С.485, 1965) в процессе воздействия на олово, индий, тантал, цирконий и др. однородного изостатического давления 20 - 40кбар измеряли низкотемпературную проводимость и обнаружили, что такая обработка понижает температуру перехода. Наиболее близким к нашему изобретению является дефектный металл с повышенной температурой перехода, предложенный в работе (B. Lasarew, A. Galkin. On the variation of superconductivity of tin under the influence of inhomogeneous strain. Journal of Physics, v. VIII, p.371, 1944). В этой работе с помощью деформирования оловянной проволоки растяжением при гелиевых температурах продемонстрировано повышение Tс олова с 3,72 до 9К. Авторы считают ответственными за этот эффект стр уктурные микродефекты кристаллической решетки олова, заключающиеся в повышенной плотности дислокаций и упруги х искажениях. Мы счи таем, что такие дефекты на уровне кристаллической решетки не могут обеспечить существенного повышения температуры сверхпроводящего перехода. Таким образом, недостатком этого изобретения-прототипа является малая величина эффекта. В основу нашего изобретения поставлена задача повышения температуры сверхпроводящего перехода металлических монокристаллов путем создания в них стр уктуры с наличием специальных макродефектов. Нами предложены металлические монокристаллы со структурными дефектами, представляющими собой нарушения сплошности металла и являющимися квазидвумерными образованиями, обладающими свободной поверхностью. Линейный размер макродефектов составляет 1 ¸ 5мкм, а их концентрация в материале находится в пределах 108 - 1010см -3. Эти дефекты практически не подвержены воздействию внешней среды, что обуславливает высокую активность внутренних участков свободной поверхности и их высокую стабильность. Как известно, такие свободные поверхности являются источником электронов и ионов, что лежит в основе явления экзоэмиссии. Так, например, в работе (Крылова И.В. Новые физические и химические аспекты экзоэмиссии. XX Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике. - К., 1987. - Т.2. - С.203) экспериментально доказана связь свежегенерированных свободных поверхностей с электронно-ионной экзоэмиссией. Такие электроны являются свободными и обладают проводимостью, стремящейся к бесконечности, поскольку отсутствует их взаимодействие с колебаниями решетки. Поэтому эти макродефекты с равновесной концентрацией электронов можно рассматривать, как металлические фазы с более высокой проводимостью, чем окружающая матрица. По Бардину (Bardeen J., Phys. Rev.97, 1727 (1955)) сверхпроводящее состояние материала, как идеально диамагнитное, непосредственно связано с так называемым эффектом Мейсснера. Поэтому этот эффект, как бесконтактный метод, используется для индикации сверхпроводящего состояния или его элементов. Так, например, в одной из недавних работ по ВТСП-керамике (Н.Е. Алексеевский, А.В. Митин, Е.П. Хлыбов и др. Избыточная проводимость и диамагнетизм в сверхпроводящих перовскитоподобных системах; перспективы повышения критической температуры. - ЖЭТФ. - Т.97. - С.263, 1990) для оценки сверхпроводящего перехода используются результаты исследования магнитной восприимчивости в диамагнитной области. Изменение знака магнитной восприимчивости с положительного на отрицательный иллюстрирует проявление Мейсснера, а точка перегиба и является температурой начала сверхпроводящего перехода. Для оценки элементов сверхпроводящего состояния в металлических монокристаллах мы также использовали проявление эффекта Мейсснера при построении полевых температурных зависимостей магнитной восприимчивости. К преимуществам предлагаемых нами металлических монокристаллов относится проявление ими сверхпроводящего состояния в области комнатных температур в магнитных полях до 500Э. На фиг.1 представлена электроннооптическая микрофотография квазидвумерных макродефектов в монокристалле цинка после специальной обработки (увеличение 10000 раз); на фиг.2 полевые зависимости магнитной восприимчивости монокристаллов цинка с различной концентрацией струк-турных де фектов (линейный размер макродефекта 1 ¸ 5мкм) при комнатной температуре (300К): На фиг.3 показаны полевые зависимости магнитной восприимчивости монокристаллов молибдена с различной концентрацией структурных дефектов (линейный размер макродефекта 1 ¸ 5мкм) при комнатной температуре (300К): На фиг.4 представлены температурные зависимости магнитной восприимчивости в поле 2,75кЭ монокристаллов цинка: 1 - исходный не содержащий макродефектов монокристалл цинка; 2 - монокристалл цинка с концентрацией макродефектов 1010см -3. Пример 1. Образцы цинка готовились из монокристалла чистоты 99,995%. Разрезание заготовки и приготовление ориентированных образцов в форме параллелепипеда размером 2,2 ´ 2,2 ´ 6мм осуществляли с помощью установки для химической ориентированной резки с использованием водного раствора соляной кислоты. Монокристалл молибдена чистоты 99,995% разрезался на образцы размером 3,3 ´ 3,3 ´ 6мм при помощи электроискрорежущего станка с водяным охлаждением образцов. Для снятия поверхностных повреждений образцы подвергались электролитической полировке в растворе серной кислоты в пропиловом спирте, до получения металлического блеска. Приготовленные образцы имели размеры 2,9 ´ 3,0 ´ 5,6мм. С помощью специальной обработки в объем монокристаллов цинка и молибдена вносились квазидвумерные структурные макродефекты, обладающие свободной поверхностью. Размеры этих дефектов и их концентрацию определяли с помощью металлографического исследования шлифов при ионном травлении в оптическом и электронном микроскопах при увеличениях до 10000 раз, а также с помощью фрактографических исследований изломов на растровом электронном микроскопе при увеличении до 15000 раз. Микрофотография монокристалла цинка с генерированными дефектами представлена на фиг.1. Наиболее активными, дающими наибольший эффект, оказались макродефекты с линейными размерами 1 ¸ 5мкм. Дефекты менее 1мкм неустойчивы и упруго захлопываются после окончания обработки. При этом исчезает свободная поверхность, а, следовательно, и исследуемый эффект. Крупные (размером более 5мкм) дефекты становятся протяженными, магистральными, сообщаются с внешней поверхностью образца и, таким образом, с внешней газовой средой. Это приводит к загрязнению ювенильных поверхностей примесями, блокированию экзоэлектронной эмиссии и подавлению эффекта сверхпроводимости. Магнитн ую восприимчивость измеряли по методу Фарадея на магнитных весах с автокомпенсацией. Метод основан на измерении механической силы, которая действует на образец, помещенный в неоднородное магнитное поле. Исследуемый образец помещается непосредственно в область максимального градиента поля и размер образца выбирается таким, чтобы в его объеме градиент поля существенно не изменялся. Для определения восприимчивости используется вещество с известной магнитной восприимчивостью. Если исследуемый образец и эталон помещать в одну и ту же область поля, то отношение их восприимчивостей оказывается пропорциональным отношению сил, действующих на эталон и исследуемый образец где - магнитные восприимчивости образца и эталона, - массы образца и эталона, - силы, действующие на образец и эталон. В данной установке в качестве силы, действующей на образец, измеряется ток, компенсирующий отклонение образца при изменении магнитного поля, которое создается электромагнитом. Кривые 1 на фиг.2 и 3 представляют полевые зависимости магнитной восприимчивости исходных не содержащих макродефектов монокристаллов цинка и молибдена соответственно. Как видно из рисунка, магнитная восприимчивость исходных образцов остается постоянной при изменении магнитного поля и имеет значения -1,25 × 10-7см 3/г и 7,69 × 10-7см 3/г для цинка и молибдена соответственно. Образцы, в которых были созданы макродефекты с концентрацией 107см-3, показали незначительное смещение магнитной восприимчивости в парамагнитную область. При этом для молибдена наблюдается монотонно убывающая зависимость от поля; стремящаяся к значению исходного образца в области больших полей. Для цинка имеет место не зависящее от поля уменьшение диамагнетизма с -1,25 × 10-7см 3/г до -1,05 × 10-7см 3/г. Таким образом, монокристаллы с концентрацией квазидвумерных макродефектов