DE4415712A1 - Künstliche Supraleiter durch die Änderung der inneren Parameter der Stoffe - Google Patents

Description

Die Suche nach den Hochtemperatursupraleitern bestand bis jetzt darin, die geeignete Elemente herauszufinden, die dann in den speziellen chemischen Verbindungen und/oder in Legie­ rungen, durch gegenseitige Beeinflussung den Suprazustand herbeiführten. Dies war bedingt durch die Erklärung der Supraleitung nur aus den gemittelten Eigenschaften der ganzen Probe (W. Buckel, Supraleitung, 4. überarbeitete und ergänzte Auflage, VCH Ges.mbH, Weinheim, 1990, S.29-44, [1]).

Die Mitnahmeauffassung erklärt die Supraleitung aufgrund der Eigenschaften der primitiven Zelle oder ihres Äquivalentes (Donocik, R. "Ansätze der Theorie der Supraleitung aufgrund der Mitnahme", (Die Quelle wird nachgereicht), [2]).

Diese Auffassung erlaubt es, eine Diagnose für die Elemente und für die bekannten chemischen Verbindungen und Legierungen aufzustellen an welchen Mikrobestandteilen und an welcher Struktur es mangelt, um den Suprazustand der gewünschten Übergangstemperatur Tc herbeizuführen [2].

Diese Mängel können dann, im Sinne der Formel für die Über­ gangstemperatur Tc (Suprazustandformel) nach der Patentanmel­ dung P 43 30 421.4 von 08.09.1993 [3], durch innere und äußere Ausstattung des eigentlichen Supraleiters nach den hier angeführten Patentansprüchen, beseitigt werden.

Der angezeigte Weg der Herstellung der Supraleiter ist ein geradliniger Weg und muß in vielen Fällen einfacher und billiger sein als der Weg der Beseitigung der Mängel durch die Erfindungen neuer komplizierten Verbindungen.

Beispiele der Anwendbarkeit des Patentes

1. Die Elemente Si und Ge sind in ihrer natürlichen Phase keine Supraleiter. Unter Drücken von mehr als 100 kbar werden sie Supraleiter mit Übergangstemperaturen 6,7K und 5,4K. Anhand dieser Werte der Übergangstemperaturen, die sich gut in die natürlichen Werte der weiteren Elemente der Gruppe 4 des periodischen Systems einreihen, kann man aufgrund der er­ wähnten Suprazustandformel schließen, daß die Elektronenkon­ figuration wie auch die Anzahl der Energiebänder der Elektro­ nen bei den γ- bzw. β-Phasen der erwähnten Elemente durch den hohen Druck nicht verändert war. Die Massendichte hat etwa um acht Prozent zugenommen, was auch dem Anwachsen von acht Pro­ zent der Dichte der freien Elektronen entspricht.

Nach dem Einspruch 1 kann das Anwachsen der Dichte der Elek­ tronen in dem eigentlichen Leiter im groben Bereich erzielt werden. Wie das Beispiel von Si und Ge zeigt und auch viele andere Beispiele bestätigen, kann man lediglich durch Ände­ rung der Elektronendichte die Supraleitung sehr beeinflussen.

2. Das Element Aluminium ist supraleitend mit der Übergangs­ temperatur 1,2K. Durch die Implantation von Fremdatomen bei tiefen Temperaturen konnte seine Übergangstemperatur im Be­ reich von 7 bis über 8 K gebracht werden ([1], S. 214). Die Übergangstemperatur wurde also durch die Implantation auf das fünffache gehoben. Nach der Suprazustandformel ist das möglich, falls weitere Energiebänder der Elektronen und Pho­ nonen durch diesen Eingriff entstanden sind, gegebenenfalls die Phononendichte an den Mitnahmestellen außerordentlich stark zugenommen hat. Der Anspruch 2 erklärt zutreffend die Gründe solches Verhaltens und ermöglicht mit Hilfe der Supra­ zustandformel von [2], die Herstellung des entsprechenden Supraleiters.

3. Das Element Palladium in seinem natürlichen Zustand ist kein Supraleiter. Nach der Implantation der H-Atome in dem Verhältnis H/Pd = 0,9 ist das Element supraleitend geworden. Die Übergangstemperatur war 4K. Bei der Implantation mit Deuterium-Atomen erreichte man bei dem Verhältnis D/Pd = 1 die Übergangstemperatur 11 K ([1], S. 226).

Diesen Tatbestand kann man nach Mitnahmeauffassung der Supra­ leiter etwa folgenderweise erklären. Das natürliche Paladium hat zwar zehn 4d-Elektronen aber ähnlich wie bei Element Nickel, diese besetzen auch teilweise die Schale 5s. Denn sonst würde die Schale 4d mit 5 vollen Energiebändern voll besetzt und Palladium müßte ein Nichtleiter sein. Bei den Ver­ hältnissen, wo Palladium ein elektrischer Leiter aber kein Supraleiter ist, dürfte natürliches Palladium nur eine positi­ ve Ladung pro primitive Zelle haben und die Orbitale 5s¹ mit einem Elektron und die Orbitalen 4d¹⁰ und 4d⁹ mit eineinhalb (2-1/2) Elektronen besetzt haben. In diesem Fall hat das Element Pd in der primitiven Zelle nur ein positives Ion und kein aufgefülltes Energieband der Elektronen. In diesem Zu­ stand ist es sehr anfällig zur Bildung der Verhältnisse, die in Anspruch 2 geschildert wurden und nach dem Anspruch 3 unterstützt werden. Die Anfälligkeit der Elemente zur solchen Bildung erstreckt sich bis zu der Anzahl 3 der Elektronen in der nächsten Schale in Bezug zu der d-Schale. Das ist bewie­ sen im beschriebenen Fall vom Element Al. Die Ausnutzung die­ ses Tatbestandes beschreibt der Anspruch 4.

4. Die stöchiometrische Legierung Cu₅Zn₈ hat 21 freie Elektronen in der primitiven Zelle. Sollten die Proportionen der anderen Mikrobestandteile des Suprazustandes die gleichen gemacht werden, eventuell nach den Ansprüchen 1 und 3, wie bei dem Element Al, würde man den Supraleiter mit der Übergangstemperatur 133K bekommen. Würde man dann durch die Anwendung des Anspruches 2 nur den Anfachungsgrad 3 bekommen, hätte man die Übergangstemperatur 399 K erreicht. Der Anspruch 5 beinhaltet diese Anweisung.

Claims (5)

1. Der künstliche Supraleiter der sonst nach den bekannten Methoden hergestellt wird dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche eventuell schichtartige Leiter an seiner Oberfläche mit einer Metall- oder Halbleiterschicht ausge­ stattet wird, deren Austrittsarbeit so angepaßt ist, daß ein Potentialwall an dem Kontakt entsteht, wodurch das Anwachsen oder Änderung der Dichte der Elektronen (Löcher) im eigent­ lichen Leiter stattfindet und durch Änderung der Dicke der angebrachten Schicht variiert wird, um die Proportionen der Mikrobestandteile des Suprazustandes, der gewünschten Über­ gangstemperatur anzupassen.

2. Der künstliche Supraleiter dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche Leiter mit fremden Atomen, etwa mit Hilfe der Implantation, Diffusion in solchem Ausmaß ergänzt wird, daß dadurch die Gruppengeschwindigkeit in der Nähe von 0 K von Phononen und Elektronen an einer oder mehreren Stellen zur Übereinstimmung gebracht werden.

3. Der künstliche Supraleiter dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche Leiter so prepariert wird, etwa durch Epitaxie, Einfrieren, . . . , daß seine künstliche Struktur die Koinzidenz der Gruppengeschwindigkeiten der Phononen und Elektronen in der gewünschten Stromrichtung ermöglicht.

4. Der künstliche Supraleiter dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche Leiter ein Element mit der aufgefüllten Schale der d-Elektronen ist und die Anzahl der weiteren Elektronen in der nicht aufgefüllten Schale die Zahl 3 nicht überschreitet.

5. Der künstliche Supraleiter dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche Leiter eine stöchiometrische Legierung ist, die ihre Struktur der räumlichen Anordnungsgesetzen verdankt, wie Cu₅Zn₈, Cu₃Sn, . . . , und durch die Anwesenheit bestimmter Mikrobestandteile des Suprazustandes die potentielle Möglichkeit hat, ein künstlicher Supraleiter zu werden