Оксид иттрия-бария-меди

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Оксид иттрия-бария-меди (YBCO)
BaYCusuperconduct.jpg
Общие
Систематическое
наименование
Оксид иттрия-бария-меди
Хим. формула YBa2Cu3O7−x
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 666,19 г/моль
Плотность 6,3 г/см³[1][2]
Термические свойства
Т. плав. >1000 °C
Классификация
Рег. номер CAS 107539-20-8
Рег. номер EINECS 619-720-7
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Оксид иттрия-бария-меди, также известный как YBCO (разговорно: и-бэ-ко) — это широко применяемый высокотемпературный сверхпроводник, известный тем, что он является первым полученным сверхпроводником с критической температурой больше 77 К, температуры кипения азота. Его химическая формула — YBa2Cu3O7−x, а критическая температура Tк = 93 К. Относится к сверхпроводникам второго рода.

История[править | править код]

Рассматриваемый сверхпроводник был получен в 1987 году в Университете Алабамы в Хантсвилле (UAH) Maw-Kuen Wu и Полом Чу (Paul Chu) в Университете Хьюстона.[3]

Получение этого материала означало возможность промышленного использования сверхпроводников, так как стало возможным использование для охлаждения сравнительно дешёвого жидкого азота.[4]

Природа сверхпроводимости[править | править код]

Исследования физиков из Университета Британской Колумбии (UBC) показали, что высокотемпературная сверхпроводимость, наблюдаемая в некоторых оксидах меди связана с так называемыми «некогерентными возбуждениями». Это первые исследования, в которых удалось непосредственно определить, в каких режимах электроны ведут себя как отдельные частицы, а в каких — как неразрывная многочастичная сущность. Этот успех стал возможен благодаря новым спектроскопическим технологиям и специально выращенным в университете сверхчистым кристаллам купратов. В нормальных условиях купраты являются изоляторами и не проводят электрический ток, однако если из них удалить часть электронов (или, как говорят, легировать дырками), то при охлаждении они переходят в сверхпроводящее состояние. Оптимальным называется легирование, для которого сверхпроводящая фаза достигается при максимальной температуре. Выделяют также недолегированные и перелегированные образцы.

Одним из центральных вопросов в понимании механизмов высокотемпературной сверхпроводимости является вопрос о том, как ведут себя электроны в сверхпроводящей фазе. Существует две теории: в первой электроны представляют собой отдельные хорошо различимые квазичастицы ферми-жидкости, во второй — электроны настолько сильно связаны друг с другом, что отдельные частицы не различимы, это так называемый сильно-коррелированный диэлектрик Мотта. Удалось показать, что в перелегированном состоянии электроны ведут себя как ферми-жидкость, состоящая из отдельных квазичастиц, но при переходе к недолегированному состоянию быстро становятся неразличимыми.[5]

Структура[править | править код]

Ybco002.svg

Свойства[править | править код]

Свойства материала зависят от метода получения образца[6].

Критическая температура (температура при которой наблюдается эффект сверхпроводимости)

Тк = 93 К.

Критическая индукция (поле, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

Bк = 5,7 Тл.

Критическая плотность тока (ток, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

J = 7⋅106 А/см².

Некоторые химические и физические свойства:

  • молярная масса μ = 666,19 Да,
  • плотность ρ = 6,3 г/см³
  • температура плавления Tпл > 1000 °C.

Получение[править | править код]

Первый образец YBCO был получен при температуре 1000—1300 К в результате следующей химической реакции:

Перспективы использования[править | править код]

  1. Создание сверхпроводящих магнитов
  2. Создание генераторов и линий электропередач
  3. Аккумулирование электроэнергии;
  4. Создание СКВИДов (сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор).[6]

Примечания[править | править код]

  1. Knizhnik, A. Interrelation of preparation conditions, morphology, chemical reactivity and homogeneity of ceramic YBCO (англ.) // Physica C: Superconductivity (англ.) : journal. — 2003. — Vol. 400. — P. 25. — DOI:10.1016/S0921-4534(03)01311-X. — Bibcode2003PhyC..400...25K.
  2. Grekhov, I. Growth mode study of ultrathin HTSC YBCO films on YBaCuNbO buffer (англ.) // Physica C: Superconductivity (англ.) : journal. — 1999. — Vol. 324. — P. 39. — DOI:10.1016/S0921-4534(99)00423-2. — Bibcode1999PhyC..324...39G.
  3. Wu M.K., Ashburn J.R., Torng C.J., Hor P.H., Meng R.L., Gao L., Huang Z.J., Wang Y.Q., Chu C.W. Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58. P. 908—910.
  4. Superconductors Enter Commercial Utility Service .IEEE SPECTRUM [Электронный ресурс]. URL: http://spectrum.ieee.org
  5. D. Fournier, G. Levy, Y. Pennec, J. L. McChesney, A. Bostwick, E. Rotenberg, R. Liang, W. N. Hardy, D. A. Bonn, I. S. Elfimov & A. Damascelli Loss of nodal quasiparticle integrity in underdoped YBa2Cu3O6+x // Nature Physics. — 2010.
  6. 1 2 Гак Д. Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов Архивная копия от 6 января 2012 на Wayback Machine. Мир провода [Электронный ресурс].

Ссылки[править | править код]