Способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала

Использование: для получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения включает нанесение на гибкую металлическую текстурированную подложку или на металлическую подложку, покрытую промежуточным биаксиально текстурированным оксидным слоем, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя из прекурсора, получаемого из золя оксида-гидроксида выбранного элемента или нерастворимой соли выбранного элемента в водном растворе температурно-зависимого полимера, путем нагревания при температуре, превышающей температуру фазового перехода температурно-зависимого полимера, нанесение на буферный слой, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку, при этом после нанесения эпитаксиального оксидного буферного слоя осуществляют его обработку в переменном магнитном поле с амплитудой напряженности не более 0,10 Тл и частотой 10-40 Гц в течение 100 и более секунд. Технический результат: обеспечение возможности повышения совершенства кристаллической структуры и морфологии эпитаксиального буферного слоя и, как следствие, повышение совершенства кристаллической структуры нанесенного на него сверхпроводящего покрытия, и в результате повышение плотности критического сверхпроводящего тока. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области получения высокотемпературных сверхпроводящих покрытий на металлической подложке, а именно к способу получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала, и может быть использовано в технологии получения так называемых сверхпроводящих проводников второго поколения (ВТСП-2 проводников).

Технической задачей изобретения является повышение плотности критического сверхпроводящего тока в ВТСП-2 проводах за счет повышения совершенства кристаллической структуры и морфологии буферного слоя и, как следствие, повышение качества сверхпроводящего покрытия.

Известен способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий нанесение на текстурированную металлическую подложку, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя из прекурсорного раствора солей, его термообработку, и, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку (US 7261776, НПК 117/89, опубл. 28.08.2007).

Известен также способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий нанесение на текстурированную металлическую подложку с помощью растворных методов, основанных на использовании металлорганических комплексов и органических растворителей (MOD - metal organic decomposition), буферных покрытий для последующего нанесения сверхпроводящего слоя (Paranthaman М.Р., Qiu X., List F.A., Kim К. Applied Superconductivity, IEEE Transactions, Volume: 21, Issue: 3, Pages 3059-306, June 2011, ISSN: 1051-8223 DOI:10.1109/TASC.2010.2092731).

Недостатками этих способов являются недостаточное совершенство кристаллической структуры и морфологии получаемых эпитаксиальных буферных слоев, что характерно для всех жидкофазных методов получения эпитаксиальных слоев, а также использование в способе 2 дорогостоящих органических растворителей и соединений-предшественников, для удаления которых из целевой оксидной пленки требуется дополнительная стадия низкотемпературного обжига.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий нанесение, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя на гибкую металлическую текстурированную подложку и его термообработку, нанесение на буферный слой, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку, при этом нанесение эпитаксиального слоя осуществляют из прекурсора, получаемого из золя оксида-гидроксида выбранного элемента или нерастворимой соли выбранного элемента в водном растворе температурно-зависимого полимера путем нагревания при температуре, превышающей температуру фазового перехода температурно-зависимого полимера на 5-30 градусов (Патент RU 2387050, МПК H01L 39/24, опубл. 20.04.2010 «Способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала и многослойный высокотемпературный сверхпроводящий материал»).

Недостатком данного способа также является недостаточное совершенство кристаллической структуры и морфологии получаемых эпитаксиальных буферных слоев, что снижает совершенство кристаллической структуры нанесенного сверхпроводящего покрытия и, как следствие, уменьшает плотность критического сверхпроводящего тока.

Техническим результатом изобретения является повышение совершенства кристаллической структуры и морфологии эпитаксиального буферного слоя и, как следствие, совершенства кристаллической структуры нанесенного на него сверхпроводящего покрытия, и в результате повышение плотности критического сверхпроводящего тока.

Технический результат достигается тем, что в способе получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающем нанесение на гибкую металлическую текстурированную подложку или на металлическую подложку, покрытую промежуточным биаксиально текстурированным оксидным слоем, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя из прекурсора, получаемого из золя оксида-гидроксида выбранного элемента или нерастворимой соли выбранного элемента в водном растворе температурно-зависимого полимера путем нагревания при температуре, превышающей температуру фазового перехода температурно-зависимого полимера, термообработку буферного слоя, нанесение на буферный слой, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку, согласно изобретению после нанесения эпитаксиального оксидного буферного слоя осуществляют его обработку в переменном магнитном поле с амплитудой напряженности не более 0,10 Тл и частотой 10-40 Гц в течение 100 и более секунд.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Величина критического сверхпроводящего тока напрямую зависит от степени структурного совершенства эпитаксиального сверхпроводящего покрытия. Большое количество дислокаций несоответствия не только препятствует эпитаксиальному росту более толстых сверхпроводящих пленок, но приводит к возникновению большеугловых (>5°) межзеренных границ, через которые прохождение сверхпроводящего тока затруднено. Такая высокая чувствительность сверхпроводящего тока к остроте текстуры (межзеренное разупорядочение) сверхпроводящей пленки связана с малой величиной параметра корреляции куперовских пар ~ 5-10 ангстрем. Повышению плотности критического тока в ВТСП-2 проводах должно способствовать увеличение критической толщины структурно-совершенного сверхпроводящего слоя и увеличение в сверхпроводящем слое перкаляционных путей для сверхпроводящего тока за счет увеличения количества малоугловых (<5°) межзеренных границ.

Рост сверхпроводящего слоя происходит на поверхности оксидного буфера, который задает сверхпроводящему слою начальные условия эпитаксиального роста. Чем совершенней кристаллическая структура и морфология эпитаксиального слоя буфера, тем совершенней будет кристаллическая структура сверхпроводящего слоя.

Магнитная обработка эпитаксиального буферного слоя в указанных выше режимах повышает качество его кристаллической структуры, уменьшает на его поверхности количество дислокаций несоответствия и напряжений, что снижает количество большеугловых межзеренных границ, способствует формированию более мелких зерен и, как следствие, улучшает морфологию слоя, сглаживая его поверхность. Все это повышает структурное и морфологическое качество формируемого на буфере эпитаксиального сверхпроводящего слоя, что, в свою очередь, обуславливает повышение критического сверхпроводящего тока в ВТСП-2 проводе.

Осуществление изобретения

Далее изобретение поясняется с помощью конкретных примеров.

Примерами, иллюстрирующими данный способ, является обработка в переменном магнитном поле эпитаксиальных буферных слоев оксида церия CeO2 и цирконата лантана La2Zr2O7 (LZO) на биаксиально текстурированной ленте-подложке из сплава Ni-5%W.

Аналогичные результаты, свидетельствующие об улучшении кристаллической структуры и морфологии эпитаксиальных оксидных буферных слоев после обработки в магнитном поле, были получены и на других буферных слоях на биаксиально текстурированной ленте-подложке из сплава Ni-5%W, например, титанат стронция SrTiO3 и оксид циркония, стабилизированный иттрием YSZ.

Обработку эпитаксиальных оксидных буферных слоев осуществляли в переменном магнитном поле (МП) при следующих условиях:

Критерием эффективности магнитной обработки являлось изменение площадей рентгеновских дифракционных пиков S образцов эпитаксиальных буферных пленок оксида церия CeO2 толщиной 10 нм и цирконата лантана LZO толщиной 40 нм до и после магнитной обработки, которое свидетельствует о перестройке дефектной структуры материала, т.е. об эффекте обработки в магнитном поле.

В таблицах 1 и 2 приведены данные по результатам обработки в МП образцов эпитаксиальных буферных слоев оксида церия CeO2 и цирконата лантана LZO. Для экспериментов по магнитной обработке были приготовлены образцы эпитаксиальных буферных пленок оксида церия CeO2 толщиной 10 нм и цирконата лантана LZO толщиной 40 нм, для которых были сняты рентгеновские дифрактограммы и получены АСМ изображения поверхности (см. в таблицах 1 и 2 данные для образцов №5). Затем каждый из этих образцов был фрагментирован на 4 части - это образцы №1-4, которые обрабатывали в магнитном поле с разными значениями частоты ω.

На фиг. 1 и 2 показаны дифрактограммы и АСМ изображения образцов эпитаксиальных буферных слоев оксида церия CeO2 и цирконата лантана La2Zr2O7 (LZO) до и после обработки в МП.

Проведенные экспериментальные исследования по влиянию обработки внешним переменным магнитным полем на кристаллическую структуру и морфологию ряда эпитаксиальных оксидных буферных слоев показали, что положительный результат достигается при соблюдении заявленных режимов обработки: амплитуда напряженности переменного магнитного поля не более 0,10 Тл (при этом наибольше влияние магнитной обработки на кристаллическую структуру наблюдается при амплитуде напряженности магнитного поля 0,10 Тл) и частота магнитного поля 10-40 Гц. Экспериментально было показано, что при длительности магнитной обработки менее 100 с эффект обработки либо не наблюдается, либо он неустойчив. При временах 100 и более секунд влияние магнитной обработки носит устойчивый характер, указывающий на существование «плато» на временной зависимости эффекта магнитной обработки эпитаксиальных оксидных буферных слоев.

Способ получения многослойного высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий нанесение на гибкую металлическую текстурированную подложку или на металлическую подложку, покрытую промежуточным биаксиально текстурированным оксидным слоем, по меньшей мере, одного эпитаксиального оксидного буферного слоя из прекурсора, получаемого из золя оксида-гидроксида выбранного элемента или нерастворимой соли выбранного элемента в водном растворе температурно-зависимого полимера путем нагревания при температуре, превышающей температуру фазового перехода температурно-зависимого полимера, термообработку буферного слоя, нанесение на буферный слой, по меньшей мере, одного эпитаксиального слоя сверхпроводникового материала и его термообработку, отличающийся тем, что после нанесения эпитаксиального оксидного буферного слоя осуществляют его обработку в переменном магнитном поле с амплитудой напряженности не более 0,10 Тл и частотой 10-40 Гц в течение 100 и более секунд.



 

Похожие патенты:

Использование: для формирования в сверхпроводящих тонких пленках областей с требуемыми значениями плотности критического тока. Сущность изобретения заключается в том, что способ формирования областей переменной толщины сверхпроводящей тонкой пленки методом лазерного распыления мишени YBa2Cu3O7-x, в котором между мишенью и подложкой располагают затеняющую пластину, затем воздействуют на мишень лазерным излучением плотностью мощности Ρ=(1÷2)·109 Вт/см2, длиной волны λ=1,06 мкм, длительностью импульса τ=10÷20 нс и частотой следования импульсов ν=10 Гц в течение времени t=175÷185 с, при температуре мишени Тм=600÷700°С, температуре подложки Тп=800÷840°С, расстоянии между подложкой и затеняющей пластиной L=0,1÷0,2 мм, при этом вне затеняющей пластины формируется сверхпроводящая пленка толщиной D2=160÷200 нм с плотностью критического тока j>106 А/см2, а под затеняющей пластиной формируется сверхпроводящая пленка толщиной D2=40-50 нм с плотностью критического тока j=(1÷5)·103 А/см2.
Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования.

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении.

Изобретение относится к пленкам с чрезвычайно низким сопротивлением (ЧНС-пленки). Способ улучшения рабочих характеристик пленки с чрезвычайно низким сопротивлением, содержащей материал с чрезвычайно низким сопротивлением (ЧНС-материал), имеющий кристаллическую структуру, включает: наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-материала, которая не является по существу параллельной с-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала ЧНС-пленки, чтобы создать модифицированную ЧНС-пленку, при этом модифицированная ЧНС-пленка обладает улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-пленкой без модифицирующего материала.

Изобретение относиться к способам формирования самоохлаждаемых автономных приборов и элементов электроники, которые могут эффективно работать без использования технологии жидкого азота, и другой криогенной техники.

Использование: для изготовления провода, кабеля, намотки и катушки. Сущность изобретения заключается в том, что высокотемпературный сверхпроводящий ленточный провод с гибкой металлической подложкой содержит по меньшей мере один промежуточный слой, который расположен на гибкой металлической подложке, и который на стороне, противоположной гибкой металлической подложке, содержит террасы, причем средняя ширина террас меньше 1 мкм, а средняя высота террас больше 20 нм, и который содержит по меньшей мере один расположенный на промежуточном слое высокотемпературный сверхпроводящий слой, который расположен на по меньшей мере одном промежуточном слое и имеет толщину слоя более 3 мкм, причем допустимая токовая нагрузка высокотемпературного сверхпроводящего ленточного провода, отнесенная к ширине провода, при 77 K превышает 600 А/см.

Использование: для изготовления сверхпроводниковых туннельных или джозефсоновских переходов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления сверхпроводящих наноэлементов с туннельными или джозефсоновскими переходами включает формирование нанопроводов из веществ, обладающих сверхпроводящими свойствами, и преобразование их в несверхпроводящие в выбранных разделительных участках заданной ширины за счет селективного изменения атомного состава путем воздействия пучком ускоренных частиц через защитную маску с заданным рельефом.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сверхпроводящего материала в виде покрытия, и может быть использовано при изготовлении экранов электронных схем от воздействия электромагнитного и ионизирующего излучений в энергетике, транспорте, связи, приборостроении, в ракетной и аэрокосмической отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам формирования методом лазерного напыления сверхпроводящих ультратонких пленок сложного металлооксидного соединения состава YBa2Cu3O7-x путем оптимизации параметров лазерного излучения и условий постростового отжига в напылительной камере.

Использование: для получения высокотемпературных сверхпроводников и изготовления высокочувствительных приемников электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование пленки из высокотемпературного сверхпроводящего материала, который представляет собой монофазный текстурированный сверхпроводник состава (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10, на диэлектрической подложке методом магнетронного распыления из мишени, изготовление чувствительного элемента, антенны и подводящих линий выполняется в едином процессе на одном слое образованной пленки ВТСП (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10.
Наверх