RU2626195C1 - Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity - Google Patents

Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity Download PDF

Info

Publication number
RU2626195C1
RU2626195C1 RU2016116189A RU2016116189A RU2626195C1 RU 2626195 C1 RU2626195 C1 RU 2626195C1 RU 2016116189 A RU2016116189 A RU 2016116189A RU 2016116189 A RU2016116189 A RU 2016116189A RU 2626195 C1 RU2626195 C1 RU 2626195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
frequency
hyperconductivity
magnitude
temperature
Prior art date
Application number
RU2016116189A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Андреевич Вдовенков
Original Assignee
Вячеслав Андреевич Вдовенков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Андреевич Вдовенков filed Critical Вячеслав Андреевич Вдовенков
Priority to RU2016116189A priority Critical patent/RU2626195C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626195C1 publication Critical patent/RU2626195C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: nondegenerate or weakly degenerate semiconductor material is used, electrodes 1 and 2 forming rectifying contacts with the material, such as metal-semiconductor contacts, Schottky contacts are placed on its surface or in its volume. The distance between the electrodes D is chosen to be no more than 4Λ, D≤4Λ, where Λ is the coherence length; the size of the electrode contact area with material a is chosen not more than a quarter of the length of the elastic wave in the material a≤λ/4, λ=V/F, where V is the velocity of the elastic wave in the material with a frequency F = 108 Hz; an aligned electromagnetic coupling of the material part is established and maintained, the part is adjacent to the electrode 1 and/or adjacent to the electrode 2 or a material or a part of the material is located between the electrodes 1 and 2 with high frequency (HF) and (or) super high-frequency (SHF) decelerating device such as a coaxial line, a waveguide line, a strip line, a resonator, an oscillatory circuit that are characterized by resonance frequencies f in the range 106 Hz to 3⋅1015 Hz and figures of merit Q≥10; the material is heated to a T temperature equal or higher than the temperature of the hyperconducting transition Th, Th≤T≤T*; the electrical and/or thermal resistance of the material between the electrodes and (or) the Meissner effect is measured; as a result, the electrical resistance and the thermal resistance of the material between the electrodes go to zero, that is, the hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes 1 and 2 are realized, and the Meissner effect is enhanced.
EFFECT: ensuring the possibility of efficiency increase.
21 cl, 47 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к электричеству, к электрофизике и теплопроводности материалов, к явлению нулевого электрического сопротивления, то есть к гиперпроводимости, а также к явлению нулевого теплового сопротивления, то есть к сверхтеплопроводности материалов при околокомнатных и более высоких температурах.The invention relates to electricity, to the electrophysics and thermal conductivity of materials, to the phenomenon of zero electrical resistance, that is, to hyperconductivity, and also to the phenomenon of zero thermal resistance, that is, to superconductivity of materials at room and higher temperatures.

Гиперпроводимость представляет собой состояние материала с нулевым электрическим сопротивлением. Такое состояние, состояние гиперпроводимости или гиперпроводящее состояние возникает и существует в содержащих электронно-колебательные центры (ЭКЦ) полупроводниковых материалах между электродами при температурах гиперпроводящего перехода (Тh) и при более высоких температурах [1-16]. Материалы, в которых наблюдается гиперпроводимость и сверхтеплопроводность при их нагревании выше температуры Th, являются гиперпроводниками или гиперпроводящими материалами.Hyperconductivity is a state of material with zero electrical resistance. Such a state, a state of hyperconductivity or a hyperconducting state arises and exists in semiconductor materials containing electron-vibrational centers (ECCs) between the electrodes at hyperconducting transition temperatures (T h ) and at higher temperatures [1-16]. Materials in which hyperconductivity and superconductivity are observed when they are heated above the temperature T h are hyperconductors or hyperconducting materials.

Сверхтеплопроводность представляет собой состояние материала с нулевым тепловым сопротивлением. Такое состояние, состояние сверхтеплопроводности или сверхтеплопроводное состояние возникает и существует в содержащих ЭКЦ полупроводниковых материалах между электродами при температуре гиперпроводящего перехода Тh и при более высоких температурах.Super thermal conductivity is a state of material with zero thermal resistance. Such a state, a state of superconductivity or a superconducting state arises and exists in semiconductor materials containing ECC between the electrodes at the temperature of the hyperconducting transition T h and at higher temperatures.

Электронно-колебательными центрами или ЭКЦ являются такие локальные центры, равновесные положения или частоты упругих колебаний которых зависят от их электронного состояния в материалах [17-20]. В работе [20] "О влиянии деформации решеток электронами на оптические и электрические свойства кристаллов" на стр. 207 в параграфе 3 приведено определение электронно-колебательных переходов локального центра:Electron-vibrational centers or ECCs are such local centers, the equilibrium positions or frequencies of elastic vibrations of which depend on their electronic state in materials [17-20]. In [20], “On the effect of lattice deformation by electrons on the optical and electrical properties of crystals,” on page 207, in paragraph 3, the definition of electron-vibrational transitions of the local center is given:

"3. Фотопереходы электронов10 "3. Phototransitions of electrons 10

В этом параграфе будут рассмотрены фотопереходы слабо связанных электронов локального "центра" с дискретного на дискретный энергетический уровень. Рассмотрим переход из состояния s1…nχ… в состояние

Figure 00000001
. При этом переходе изменяются не только квантовые числа электронов s, но и квантовые числа колебаний nχ т.е. выделяется теплота. Частота света, поглощаемого при таком переходе, равнаIn this section, we will consider photo-transitions of weakly coupled electrons of the local "center" from a discrete to a discrete energy level. Consider the transition from the state s 1 ... n χ ... to the state
Figure 00000001
. In this transition, not only the quantum numbers of electrons s, but also the quantum numbers of vibrations n χ change, i.e. heat is released. The frequency of light absorbed during this transition is

Figure 00000002
Figure 00000002

где ω0 - частота, поглощаемая "чисто электронным переходом", при котором

Figure 00000003
.where ω 0 is the frequency absorbed by the "purely electronic transition" at which
Figure 00000003
.

Вероятность фотоперехода вычисляется при помощи обычного квантовомеханического рассмотрения10.The phototransition probability is calculated using ordinary quantum-mechanical consideration 10 .

Энергию света, поглощаемого упомянутым электронно-колебательным переходом за секунду в единице объема диэлектрика, можно записать в виде…"The energy of the light absorbed by the aforementioned electronic-vibrational transition per second per unit volume of the dielectric can be written in the form ... "

В данной выдержке из указанной работы С.И. Пекара дано определение электронно-колебательных переходов локальных центров. Локальные центры, в которых происходят электронно-колебательные переходы, т.е. центры электронно-колебательной природы называют электронно-колебательными центрами или ЭКЦ.In this extract from the indicated work S.I. Baker defined electron-vibrational transitions of local centers. Local centers in which electron-vibrational transitions occur, i.e. centers of electron-vibrational nature are called electron-vibrational centers or ECC.

Электронные или дырочные переходы на энергетические уровни ЭКЦ или с этих уровней сопряжены с неизбежным участием значительного числа квантов упругих колебаний материала из-за чего их называют электронно-колебательными переходами. Среднее число участвующих в таких переходах фононов численно равно константе электрон-фононной связи Пекара-Хуана-Риса (S). Константа электрон-фононного взаимодействия на ЭКЦ обычно значительно превышает 1 и по теоретическим данным может достигать 150. Известны экспериментальные значения S=22 в широкозонном материале, в диэлектрике. В типичных полупроводниках величина S обычно составляет несколько единиц. Так, в кремнии на А-центрах, представляющих собой ассоциации примесных атомов кислорода с вакансиями, константа S близка к 5, хотя при отсутствии ЭКЦ в материале S≤0,25. Известно, что упругое взаимодействие ЭКЦ друг с другом вызывает уменьшение S. Благодаря участию фононов в электронно-колебательных переходах и их взаимодействию с движениями атомных ядер в материалах открыты принципиально новые, считавшиеся ранее невозможными технические эффекты, такие как колебания атомных ядер в атомах материалов, СВЧ излучение при электронно-колебательных переходах, увлечение электронов фононами при дебаевых температурах фононов, а также гиперпроводимость и сверхтеплопроводность.Electronic or hole transitions to or from ECC energy levels are associated with the inevitable participation of a significant number of quanta of elastic vibrations of a material, which is why they are called electron-vibrational transitions. The average number of phonons involved in such transitions is numerically equal to the electron-phonon coupling constant of Pecar-Juan-Riesz (S). The electron – phonon interaction constant at an ECC usually significantly exceeds 1 and, according to theoretical data, can reach 150. The experimental values of S = 22 are known in a wide-gap material and in a dielectric. In typical semiconductors, the S value is usually several units. So, in silicon at A centers, which are associations of impurity oxygen atoms with vacancies, the constant S is close to 5, although in the absence of an ECC in the material, S≤0.25. It is known that the elastic interaction of the ECC with each other causes a decrease in S. Owing to the participation of phonons in electron-vibrational transitions and their interaction with the movements of atomic nuclei in materials, fundamentally new technical effects, previously considered impossible, were discovered, such as vibrations of atomic nuclei in material atoms, microwave radiation during electron-vibrational transitions, electron drag by phonons at Debye temperatures of phonons, as well as hyperconductivity and super thermal conductivity.

Гиперпроводимость и сверхтеплопроводность практически осуществлены в широкозонных материалах и в узкозонных материалах. Примесные атомы кислорода в материалах практически важны для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности поскольку кислород содержится в коре Земли (28%) и присутствует в полупроводниковых материалах. Так в промышленном кремнии концентрация примесных атомов кислорода может быть близка к 1018 см-3 и не поддается существенному уменьшению при современных способах очистки. Часть примесных атомов кислорода в материале переводят в состав ЭКЦ без легирования материала другими примесями для создания ЭКЦ. Используют такие ЭКЦ для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности.Hyperconductivity and super thermal conductivity are practically realized in wide-gap materials and in narrow-gap materials. The impurity oxygen atoms in materials are practically important for the realization of hyperconductivity and super thermal conductivity since oxygen is contained in the Earth's crust (28%) and is present in semiconductor materials. So in industrial silicon, the concentration of impurity oxygen atoms can be close to 10 18 cm -3 and does not lend itself to a significant decrease with modern cleaning methods. A part of the impurity oxygen atoms in the material is converted into an ECC without alloying the material with other impurities to create an ECC. Such ECCs are used to realize hyperconductivity and super thermal conductivity.

Гиперпроводимость и сверхтеплопроводность являются взаимно связанными состояниями материалов и не могут быть осуществлены порознь, отдельно друг от друга. Это обусловлено тем, что при наличии в материале электронно-колебательных центров электроны и фонононы оказываются сильно связанными друг с другом на электронно-колебательных энергетических уровнях ЭКЦ. В таких условиях электроны и фононы совместно осуществляют переходы, которые получили название электронно-колебательных переходов. Среди таких переходов есть электронно-колебательные переходы с энергетических уровней одного ЭКЦ на энергетические уровни другого ЭКЦ, например, при наличии градиента концентрации ЭКЦ или градиента электрического потенциала, электрического поля или градиента температуры. Такие электронно-колебательные переходы являются квантовыми переходами, они сопровождаются пространственным переносом в материале электрических зарядов электронов и дырок, а также пространственным переносом связанных с электронами и дырками фононов и собственных (Inherent, I-) колебаний атомных ядер в атомах материала, чем обусловлено возникновение и существование гиперпроводимости и сверхтеплопроводности.Hyperconductivity and super thermal conductivity are mutually related states of materials and cannot be carried out separately, separately from each other. This is due to the fact that, in the presence of electron-vibrational centers in the material, the electrons and phonons are strongly connected to each other at the electron-vibrational energy levels of the ECC. Under such conditions, electrons and phonons jointly carry out transitions, which are called electron-vibrational transitions. Among these transitions, there are electron-vibrational transitions from the energy levels of one ECC to the energy levels of another ECC, for example, in the presence of an ECC concentration gradient or gradient of electric potential, electric field or temperature gradient. Such electron-vibrational transitions are quantum transitions, they are accompanied by a spatial transfer of electric charges of electrons and holes in the material, as well as a spatial transfer of phonons associated with electrons and holes and intrinsic (Inherent, I-) vibrations of atomic nuclei in the atoms of the material, which causes the appearance and the existence of hyperconductivity and super thermal conductivity.

Собственные (Inherent, I-) колебания представляют собой упругие периодические колебательные смещения атомных ядер относительно электронных оболочек атомов или ионов материала, то есть I-колебания являются колебательными движениями атомных ядер в потенциальных полях электронных оболочек атомов или ионов материала.Natural (Inherent, I-) vibrations are elastic periodic vibrational displacements of atomic nuclei relative to the electron shells of atoms or ions of a material, that is, I-vibrations are vibrational motions of atomic nuclei in potential fields of the electron shells of atoms or ions of a material.

Известны также волны I-колебаний, представляющие собой пространственное распространение I-колебаний в материале, из-за которых кинетические эффекты в материалах приобретают важные особенности.Waves of I-vibrations are also known, which are the spatial distribution of I-vibrations in a material, due to which kinetic effects in materials acquire important features.

Электроны, дырки, фононы, I-колебания взаимно связаны друг с другом на ЭКЦ посредством сильного электрон-фононного взаимодействия. При этом система атомных ядер обменивается энергией с системой электронов в материале. Такой энергетический обмен в материалах противоречит адиабатическому приближению Борна-Оппенгеймера [21] которое лежит в основе доминирующей сейчас адиабатической электроники материалов.Electrons, holes, phonons, I-oscillations are mutually connected with each other at the ECC through strong electron-phonon interaction. In this case, the system of atomic nuclei exchanges energy with the system of electrons in the material. Such energy exchange in materials contradicts the Born – Oppenheimer adiabatic approximation [21] which underlies the currently dominant adiabatic electronics of materials.

Действительно, теоретической основой современной твердотельной электроники является квантовое уравнение Шредингера для кристалла, включающее операторы кинетической энергии электронов (Те), кинетической энергии атомных ядер (Tz), операторы потенциальных энергий кулоновского расталкивания электронов (Vee), кулоновского расталкивания ядер (Vzz) и кулоновского притяжения электронов к ядрам (Vez):Indeed, the theoretical basis of modern solid-state electronics is the quantum Schrödinger equation for a crystal, including the operators of the kinetic energy of electrons (T e ), the kinetic energy of atomic nuclei (T z ), the operators of potential energies of the Coulomb repulsion of electrons (V ee ), Coulomb repulsion of nuclei (V zz ) and Coulomb attraction of electrons to nuclei (V ez ):

Figure 00000004
Figure 00000004

где W - полная энергия кристалла. Решением этого уравнения является волновая функция Ψ(ℜ, r), зависящая от совокупности координат атомных ядер (ℜ) и от совокупности координат электронов (r). Известно, что точное решение уравнения (1) затруднено по принципиальным и техническим причинам.where W is the total energy of the crystal. The solution to this equation is the wave function Ψ (ℜ, r), which depends on the set of coordinates of atomic nuclei (ℜ) and on the set of coordinates of electrons (r). It is known that the exact solution of equation (1) is difficult for fundamental and technical reasons.

В 1926 году М. Борн и П. Оппенгеймер предложили приближенный метод решения уравнения (1) положив Ψ(ℜ, r)=ϕ(r, ℜ)⋅Ф(ℜ) и представили его в виде двух следующих уравнений:In 1926, M. Born and P. Oppenheimer proposed an approximate method for solving equation (1) by setting Ψ (ℜ, r) = ϕ (r, ℜ) ⋅ Ф (ℜ) and presented it in the form of the following two equations:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где кристаллический потенциал Vкр=Vкp(ℜ, r)=Vee+Vzz+Vze; ϕ(r, ℜ) - волновая функция, описывающая движение системы электронов; Е - полная энергия системы электронов; Ф(ℜ) - волновая функция, описывающая движение системы атомных ядер, Е - энергия системы электронов,where the crystalline potential V cr = V cr (ℜ, r) = V ee + V zz + V ze ; ϕ (r, ℜ) is the wave function describing the motion of a system of electrons; E is the total energy of the electron system; Φ (ℜ) is the wave function describing the motion of a system of atomic nuclei, E is the energy of an electron system,

Figure 00000007
Figure 00000007

- адиабатический потенциал, j - номер атома в материале, Ω - объем материала. По существу, величина потенциала A определяется зависимостью электронной волновой функции ϕ(r, ℜ) от смещений атомных ядер. М. Борн и П. Оппенгеймер [21] исключили потенциал А из уравнения (3) считая его вклад в энергию материала несущественным. Этот приближенный метод решения уравнения (1) с помощью уравнений (2) и (3) при условии A≡0 получил название адиабатического приближения Борна-Оппенгеймера, поскольку при таком условии, систему электронов представляли отделенной от системы ядер адиабатической оболочкой, препятствующей обмену энергией между этими системами. Полагали, что в этом приближении обмен энергией между электронами и ядрами атомов в материалах невозможен. Очевидно, что адиабатическое приближение, адиабатический принцип Борна-Оппенгеймера является приближенным способом решения уравнения Шредингера для материала и, как выяснилось, применение адиабатического приближения Борна-Оппенгеймера ограничивает круг доступных для исследования и использования физических процессов в материалах.is the adiabatic potential, j is the number of the atom in the material, and Ω is the volume of the material. Essentially, the potential A is determined by the dependence of the electronic wave function ϕ (r, ℜ) on the displacements of atomic nuclei. M. Born and P. Oppenheimer [21] excluded potential A from equation (3), considering its contribution to the energy of the material to be insignificant. This approximate method for solving equation (1) using equations (2) and (3) under condition A≡0 is called the Born-Oppenheimer adiabatic approximation, since under this condition the electron system was represented by an adiabatic shell separated from the nucleus system, preventing the energy exchange between by these systems. It was believed that in this approximation the exchange of energy between electrons and atomic nuclei in materials is impossible. Obviously, the adiabatic approximation, the adiabatic Born-Oppenheimer principle is an approximate way to solve the Schrödinger equation for the material and, as it turned out, the use of the adiabatic Born-Oppenheimer approximation limits the range of physical processes available for research and use in materials.

В 1930 году нобелевский лауреат, один из основателей волновой квантовой механики и создателей ее математического аппарата П. Дирак впервые показал, что адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера в общем случае обосновать нельзя [22]. Тем не менее, приближение Борна-Оппенгеймера получило широкое распространение и сейчас оно лежит в основе электронной теории материалов, в основе доминирующей современной электроники. В связи с этим существующую сейчас в науке и технике твердотельную, в том числе, полупроводниковую электронику, можно обоснованно называть адиабатической электроникой, электроникой Борна-Оппенгеймера. Эта электроника в силу ее приближенного характера не дает исчерпывающего ответа на многие вопросы о природе материалов и о физических явлениях в них, например, таких как сверхпроводимость, сверхтекучесть, гиперпроводимость, сверхтеплопроводность, увлечение электронов фононами при температурах Дебая фононов отчасти в силу ограниченности адиабатического приближения Борна-Оппенгеймера. Дальнейшие исследования упрочили понимание ограниченности адиабатического приближения при его использовании в решении проблем материалов вообще и проблем твердотельной электроники в частности.In 1930, the Nobel laureate, one of the founders of wave quantum mechanics and the creators of its mathematical apparatus, P. Dirac showed for the first time that the adiabatic Born – Oppenheimer approximation in the general case cannot be substantiated [22]. Nevertheless, the Born-Oppenheimer approximation is widespread and now it underlies the electronic theory of materials, the basis of the dominant modern electronics. In this regard, the solid state electronics, including semiconductor electronics, existing now in science and technology, can reasonably be called adiabatic electronics, Born-Oppenheimer electronics. Due to its approximate nature, this electronics does not provide an exhaustive answer to many questions about the nature of materials and physical phenomena in them, for example, superconductivity, superfluidity, hyperconductivity, superconductivity, electron drag by phonons at Debye temperature of phonons, partly due to the limited adiabatic Born approximation -Oppenheimer. Further studies strengthened the understanding of the limitations of the adiabatic approximation when used in solving problems of materials in general and problems of solid-state electronics in particular.

Установлено, что даже в адиабатическом приближении Борна-Оппенгеймера, когда потенциал А≡0 и поэтому обмен энергией между ярами и электронами локальных центров якобы отсутствует, тем не менее, такой энергетический обмен все же происходит. Обмен энергией между системой электронов и системой атомных ядер в материалах происходит постоянно, поскольку кристаллический потенциал Vкp в уравнении (2) зависит и от совокупности координат ядер (ℜ) и от совокупности координат электронов (r) из-за чего решения уравнений (2, 3) и их собственные значения, вообще говоря, зависят от совокупностей координат ℜ и r. Таким образом, адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера оказалось адиабатическим только условно, приближенно. Реальность такова, что обмен энергией между системой электронов и системой атомных ядер является принципиальным и неотъемлемым свойством материалов: молекул, жидкостей, твердых тел. Однако, колебания ядер в атомах материалов, их взаимодействие с электронами и фононами почти не изучали с самого основания квантовой науки о материалах, т.е. последние сто лет. В связи с этими данными следует отметить, что утвердившиеся в физике представления о куперовских парах и теория сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) используют обмен энергией между электронами, используют обмен электронов фононами, представляющими собой упругие колебания атомов кристаллической решетки, колебания атомов или ионов материала. Иначе говоря, теория куперовских пар и связанная с ней теория сверхпроводимости БКШ в принципе используют обмен энергией между системой электронов и системой атомов (ионов) в материале. Это соответствует адиабатическому приближению Борна-Оппенгеймера, поскольку атомы и ионы в этих теориях рассматриваются как материальные точки. В этом приближении не предполагаются ни самостоятельные смещения атомных ядер, ни обмен энергиями между электронами и ядрами, не смотря на то, что движения атомных ядер и движения электронов представлены в уравнении Шредингера для материала (1) отдельными, независимыми друг от друга операторами кинетических энергий.It has been established that even in the adiabatic Born-Oppenheimer approximation, when the potential is А≡0 and therefore the energy exchange between the holes and the electrons of the local centers is supposedly absent, nevertheless, such an energy exchange does occur. The energy exchange between the system of electrons and the system of atomic nuclei in materials occurs constantly, since the crystalline potential V kp in equation (2) depends on both the set of coordinates of the nuclei (ℜ) and the set of coordinates of electrons (r), which is why the solutions of equations (2, 3) and their eigenvalues, generally speaking, depend on the sets of coordinates ℜ and r. Thus, the adiabatic Born-Oppenheimer approximation turned out to be adiabatic only conditionally, approximately. The reality is that the energy exchange between a system of electrons and a system of atomic nuclei is a fundamental and integral property of materials: molecules, liquids, solids. However, the vibrations of nuclei in the atoms of materials, their interaction with electrons and phonons have hardly been studied since the foundation of quantum material science, i.e. last hundred years. In connection with these data, it should be noted that the concepts of Cooper pairs that have been established in physics and the Bardin-Cooper-Schriffer (BCS) theory of superconductivity use the exchange of energy between electrons, use the exchange of electrons by phonons, which are elastic vibrations of atoms of the crystal lattice, vibrations of atoms or ions material. In other words, the theory of Cooper pairs and the theory of BCS superconductivity associated with it, in principle, use the energy exchange between a system of electrons and a system of atoms (ions) in a material. This corresponds to the adiabatic Born-Oppenheimer approximation, since atoms and ions in these theories are regarded as material points. In this approximation, neither independent displacements of atomic nuclei nor energy exchange between electrons and nuclei are assumed, despite the fact that the movements of atomic nuclei and electron motions are represented in the Schrödinger equation for material (1) by separate, independent from each other kinetic energy operators.

Заявленное изобретение относится к новой развивающейся неадиабатической электронике. В отличие от существующей традиционной и доминирующей сейчас адиабатической электроники Борна-Оппенгеймера неадиабатическая электроника усиливает с помощью ЭКЦ обмен энергией между атомными ядрами, фононами и электронами в материалах и использует такой энергетический обмен для научных и технических применений.The claimed invention relates to a new developing non-adiabatic electronics. In contrast to the existing traditional and currently dominant adiabatic electronics of Born-Oppenheimer, non-adiabatic electronics enhance the energy exchange between atomic nuclei, phonons, and electrons in materials by means of ECC and use this energy exchange for scientific and technical applications.

Таким образом, неадиабатическая электроника представляет собой новое научно-техническое направление, основанное на неотвратимом, но не учитывавшимся ранее обмене энергией между электронами и ядрами атомов в молекулах, газах, жидкостях, в конденсированных материалах и материальных структурах. Особенно интенсивно и ярко эффекты неадиабатической электроники проявляются в полупроводниковых материалах и структурах в виде собственных (I-, Inherent) α-, β- и γ-типов колебаний ядер внутри атомов материалов; в виде глубоких электронно-колебательных уровней в запрещенной энергетической зоне полупроводников (и диэлектриков); в процессах генерирования, усиления, детектирования и преобразования частот СВЧ колебаний и волн на ЭКЦ; в виде увлечения электронов фононами при дебаевых температурах фононов; в виде явлений гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, а также в виде отрицательного электрического сопротивления; в явлении электрического управления тепловыми потоками; в оптических, электрических и магнитных способах регулирования оптических свойств материалов; в возможности создавать неохлаждаемые низкошумящие твердотельные электронные и отоэлектронные приборы и устройства.Thus, non-adiabatic electronics represents a new scientific and technical direction based on the inevitable but not taken into account earlier energy exchange between electrons and atomic nuclei in molecules, gases, liquids, in condensed materials and material structures. Particularly intense and bright effects of non-adiabatic electronics are manifested in semiconductor materials and structures in the form of intrinsic (I-, Inherent) α-, β- and γ-types of nuclear vibrations inside material atoms; in the form of deep electron-vibrational levels in the energy gap of semiconductors (and dielectrics); in the processes of generation, amplification, detection and conversion of frequencies of microwave oscillations and waves at the ECC; in the form of electron drag by phonons at Debye temperatures of phonons; in the form of phenomena of hyperconductivity and superconductivity, as well as in the form of negative electrical resistance; in the phenomenon of electrical control of heat fluxes; in optical, electrical and magnetic methods for regulating the optical properties of materials; the ability to create uncooled low-noise solid-state electronic and otoelectronic devices and devices.

Открытие I-колебаний и волн в материалах увеличило количество физически важных степеней свободы для частиц, образующих материал; увеличило количество каналов обмена энергией, т.е. взаимодействий между частицами материала. Новые взаимодействия проявляются в виде принципиально новых технических эффектов и в виде новых особенностей известных эффектов.The discovery of I-vibrations and waves in materials increased the number of physically important degrees of freedom for the particles forming the material; increased the number of energy exchange channels, i.e. interactions between particles of material. New interactions manifest themselves in the form of fundamentally new technical effects and in the form of new features of known effects.

При определенных условиях в ограниченных областях материала I-колебания и волны становятся когерентными, то есть приобретают одинаковые частоты и фазы колебаний. Такие области материала с одинаковыми фазами упругих колебаний получили название когерентных областей. Когерентность упругих колебаний является условием нулевого электрического сопротивления и нулевого теплового сопротивления материала в когерентных областях, то есть условием гиперпроводимости и сверхтеплопроводности когерентных областей материала является именно когерентность I-колебаний и связанных с ними фононов. Геометрические размеры когерентных областей могут иметь размеры от десятков ангстрем до десятков и сотен микрон при различных технических условиях. Если когерентная область занимает весь материал на протяжении между электродами, то электрическое и тепловое сопротивления материала между электродами становятся нулевыми, тем самым реализуются гиперпроводимость и сверхтеплопроводность материала между электродами.Under certain conditions, in limited areas of the material, I-vibrations and waves become coherent, that is, they acquire the same frequencies and phases of vibrations. Such regions of the material with the same phases of elastic vibrations are called coherent regions. The coherence of elastic vibrations is a condition of zero electrical resistance and zero thermal resistance of a material in coherent regions, that is, the coherence of I-vibrations and associated phonons is a condition of hyperconductivity and superconductivity of coherent regions of a material. The geometric dimensions of coherent regions can range from tens of angstroms to tens and hundreds of microns under various technical conditions. If the coherent region occupies all the material along the length between the electrodes, then the electric and thermal resistances of the material between the electrodes become zero, thereby realizing the superconductivity and super-thermal conductivity of the material between the electrodes.

Переход материала в гиперпроводящее состояние происходит при его нагревании до температуры гиперпроводящего перехода Th или до более высоких температур и представляет собой явление гиперпроводимости, технический эффект гиперпроводимости. Состоянию гиперпроводимости материала сопутствует состояние сверхтеплопроводности. Явление перехода материала в состояние с нулевым тепловым сопротивлением, в состояние сверхтеплопроводности представляет собой технический эффект сверхтеплопроводности. Явления, эффекты гиперпроводимости и сверхтеплопроводности возникают вблизи температуры гиперпроводящего перехода Тh и существуют при более высоких температурах. Гиперпроводимость и сверхтеплопроводность являются взаимно связанными техническими эффектами, они не могут быть отделены друг от друга, возникают и существуют совместно, могут быть осуществлены и практически использованы при температурах выше Тh.The transition of the material to the hyperconducting state occurs when it is heated to the temperature of the hyperconducting transition T h or to higher temperatures and is a phenomenon of hyperconductivity, the technical effect of hyperconductivity. The state of hyperconductivity of the material is accompanied by a state of superconductivity. The phenomenon of transition of a material to a state with zero thermal resistance, to a state of superconductivity is a technical effect of superconductivity. Phenomena, effects of hyperconductivity and superconductivity occur near the temperature of the hyperconducting transition T h and exist at higher temperatures. Hyperconductivity and super thermal conductivity are mutually related technical effects, they cannot be separated from each other, arise and exist together, can be implemented and practically used at temperatures above T h .

Данное изобретение обеспечивает увеличение эффективности известного способа осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности [16]. В заявленном способе реализован технический механизм формирования нулевого электрического сопротивления и нулевого теплового сопротивления материалов между электродами, то есть гиперпроводимости и сверхтеплопроводности при околокомнатных и более высоких температурах за счет использования электронно-колебательных центров и характерного для ЭКЦ сильного электрон-фононного взаимодействия в условиях вывода из материала избыточной колебательной энергии.This invention provides an increase in the efficiency of the known method of hyperconductivity and super thermal conductivity [16]. The claimed method implements a technical mechanism for the formation of zero electrical resistance and zero thermal resistance of materials between the electrodes, that is, hyperconductivity and superconductivity at near-room and higher temperatures due to the use of electron-vibration centers and characteristic for ECC strong electron-phonon interaction in conditions of output from the material excess vibrational energy.

Изобретение может быть использовано в наноэлектронике, микроэлектронике, радиотехнике, электротехнике и радиоэлектронике.The invention can be used in nanoelectronics, microelectronics, radio engineering, electrical engineering and radio electronics.

Уровень техникиState of the art

Переход материалов в состояние с нулевым электрическим сопротивлением при низких температурах известен как открытое в 1911 году явление сверхпроводимости [23]. На фиг. 1 приведена типичная температурная зависимость электрического сопротивления (R) сверхпроводникового материала. Из фиг. 1 видно, что его электрическое сопротивление R обращается в ноль при охлаждении материала ниже температуры сверхпроводящего перехода (Тс). Сверхпроводимость наблюдается только у некоторых материалов и только при известных условиях, а именно, если температура материала ниже температуры сверхпроводящего перехода, а плотность электрического тока и напряженность магнитного поля в материале ниже критических значений Jк и Нк [24-26]. Наличие критических значений Tc, Jк и Нк ограничивает технические применения сверхпроводимости вблизи комнатных и при более высоких температурах, поскольку значения Jк и Нк зависят от температуры материала и стремятся к нулю при повышении и приближении температуры к Tc.The transition of materials to a state with zero electrical resistance at low temperatures is known as the phenomenon of superconductivity discovered in 1911 [23]. In FIG. Figure 1 shows a typical temperature dependence of the electrical resistance (R) of a superconducting material. From FIG. 1 it can be seen that its electrical resistance R vanishes when the material is cooled below the superconducting transition temperature (T s ). Superconductivity is observed only in some materials and only under certain conditions, namely, if the material temperature is lower than the superconducting transition temperature, and the electric current density and magnetic field strength in the material are below the critical values of J к and Н к [24-26]. The presence of critical values of T c , J k and H k limits the technical applications of superconductivity near room temperature and at higher temperatures, since the values of J k and H k depend on the temperature of the material and tend to zero as the temperature rises and approaches T c .

Первые сверхпроводники имели малые значения Tc: 4,1 К (ртуть), 7,3 K (свинец). В 1967 г. была обнаружена сверхпроводимость в сплаве соединений ниобия, алюминия и германия с Tc≅20К. В 1986 г. Ж.Г. Беднорцем и К.А.З. Мюллером был обнаружен класс металлооксидов с Tc≅40К [27] в связи с чем им была присуждена Нобелевская премия. Позже было открыто много классов высокотемпературных сверхпроводников, а максимальная температура сверхпроводящего перехода достигла 133К-134К. В соединении HgBa2Ca2Cu3O8 под давлением в десятки Гигапаскалей обнаружен сверхпроводящий переход при температурах от 156К до 164К. Обнаружена сверхпроводимость при температурах около 200К в соединении SrRuO3 подвергнутом лазерной обработке [28]. Полученный в работе [29] материал (Sn5In)Ba4Ca2Cu10OY, демонстрирует сверхпроводимость при температурах до Tc=212K, предположительно до Tc=250K.The first superconductors had small values of T c : 4.1 K (mercury), 7.3 K (lead). In 1967, superconductivity was discovered in an alloy of niobium, aluminum, and germanium compounds with T c ≅20K. In 1986, J.G. Bednorets and K.A.Z. Müller discovered a class of metal oxides with T c ≅40K [27] in connection with which he was awarded the Nobel Prize. Later, many classes of high-temperature superconductors were discovered, and the maximum temperature of the superconducting transition reached 133K-134K. A superconducting transition was detected in the HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 compound under pressure of tens of Gigapascals at temperatures from 156K to 164K. Superconductivity was detected at temperatures of about 200 K in the SrRuO 3 compound subjected to laser treatment [28]. The material (Sn 5 In) Ba 4 Ca 2 Cu 10 O Y obtained in [29] exhibits superconductivity at temperatures up to T c = 212 K, presumably up to T c = 250 K.

Нужно отметить, что сверхпроводимость во всех классах сверхпроводящих материалов была обнаружена экспериментально, без теоретического прогноза, практически "вслепую", а доминирующие представления о сверхпроводимости нередко основываются на неподходящем для этих целей адиабатическом приближении Борна-Оппенгеймера. Экспериментальные поиски сверхпроводящих материалов с высокими значениями Tc все еще продолжаются. Эта важная задача более ста лет решается путем подбора химического состава и технологических обработок материалов, то есть по-прежнему "поиском вслепую", напоминающим средневековую алхимию, новых сверхпроводящих материалов с высокими значениями Tc. Считается определенным и несомненным, что при температуре меньше Tc сверхпроводниковый материал может быть сверхпроводящим, может обладать нулевым электрическим сопротивлением. Ожидания сверхпроводимости именно при температуре Т<Тс традиционно основаны на имеющихся эмпирических данных. Известные физические модели явления сверхпроводимости также ориентированы на существование сверхпроводящего состояния материала при температуре меньше Tc.It should be noted that superconductivity in all classes of superconducting materials was discovered experimentally, without a theoretical prediction, practically “blindly”, and the dominant ideas about superconductivity are often based on the inappropriate Born-Oppenheimer adiabatic approximation. Experimental searches for superconducting materials with high values of T c are still ongoing. This important task has been solved for more than a hundred years by selecting the chemical composition and technological processing of materials, that is, as before, by a "blind search", reminiscent of medieval alchemy, of new superconducting materials with high values of T c . It is considered certain and certain that at a temperature less than T c the superconducting material may be superconducting, may have zero electrical resistance. Expectations of superconductivity precisely at a temperature T <T c are traditionally based on available empirical data. Known physical models of the phenomenon of superconductivity are also oriented towards the existence of a superconducting state of a material at a temperature lower than T c .

Полноценной теории сверхпроводников пока не создано, но выдвинуто несколько физических механизмов, призванных объяснить явление сверхпроводимости. Среди этих механизмов доминирующее положение занимает фононный механизм, объясняющий попарное притяжение электронов проводимости из-за обмена электронов друг с другом виртуальными кристаллическими фононами, сопровождающееся образованием "электронных пар", так называемых «пар Купера» или «куперовских электронных пар». Энергия связи электронов в "электронной паре" определяет величину Tc. Данный механизм лежит в основе общеизвестной теории сверхпроводимости Ж. Бардина, Н. Купера, Ж. Шриффера (БКШ) [30], в которой температура сверхпроводящего перехода Tc зависит от энергии связанного с электронами упругого колебания материала (Екол):A complete theory of superconductors has not yet been created, but several physical mechanisms have been put forward to explain the phenomenon of superconductivity. Among these mechanisms, the dominant position is occupied by the phonon mechanism, which explains the pairwise attraction of conduction electrons due to the exchange of electrons with each other by virtual crystalline phonons, accompanied by the formation of “electron pairs”, the so-called “Cooper pairs” or “Cooper electron pairs”. The binding energy of electrons in the "electron pair" determines the value of T c . This mechanism underlies the well-known theory of superconductivity by J. Bardin, N. Cooper, J. Shriffer (BCS) [30], in which the temperature of the superconducting transition T c depends on the energy of the elastic vibrations of the material associated with electrons (E count ):

Figure 00000008
Figure 00000008

где k - постоянная Больцмана, V* - энергия связи упругого колебания материала с электроном, N(F) - плотность электронных состояний при энергии Ферми, F - энергия Ферми. Например, в сверхпроводящих металлах V*N(F)<<1, Екол≤17 мэВ и поэтому Tc не превышает 20К. Казалось, что теория БКШ не объяснила наблюдаемые на опыте высокие экспериментальные значения Tc. Это давало повод полагать, что данная теория верна только для низкотемпературных сверхпроводников.where k is the Boltzmann constant, V * is the binding energy of the elastic vibration of the material with the electron, N (F) is the density of electronic states at the Fermi energy, F is the Fermi energy. For example, in superconducting metals V * N (F) << 1, E count ≤17 meV and therefore T c does not exceed 20K. It seemed that the BCS theory did not explain the experimentally observed high experimental values of T c . This gave reason to believe that this theory is true only for low-temperature superconductors.

Однако, основываясь на теории БКШ [30] в работах [31, 32] была сформулирована принципиальная возможность увеличения температуры сверхпроводящего перехода (Тс) за счет использования фононов с большими энергиями. Эти работы в принципе объясняют высокие значения Tc практически наблюдаемые при осуществлении технических эффектов гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, в которых используются I-колебания ядер в атомах материалов, содержащих электронно-колебательные центры (ЭКЦ) кванты упругих колебаний которых многократно превышают энергии оптических и акустических фононов. Именно поэтому гиперпроводимость и сверхтеплопроводность осуществляются в содержащих ЭКЦ материалах.However, based on the BCS theory [30] in Refs [31, 32], a fundamental possibility was formulated of increasing the temperature of the superconducting transition (T c ) by using phonons with high energies. These works, in principle, explain the high values of T c that are practically observed during the implementation of the technical effects of hyperconductivity and superconductivity, in which I-vibrations of nuclei in atoms of materials containing electron-vibrational centers (ECCs) are used, the quanta of elastic vibrations of which are many times higher than the energies of optical and acoustic phonons. That is why hyperconductivity and super thermal conductivity are carried out in materials containing ECC.

Для увеличения Tc ранее предлагали использовать в куперовских парах более энергичные фононы, с большими энергиями, с волновыми векторами, пронизывающими несколько зон Бриллюэна (Ларкин А.И.). Однако данное предложение технически не было реализовано.To increase T c, it was previously proposed to use more energetic phonons in Cooper pairs, with higher energies, with wave vectors penetrating several Brillouin zones (Larkin A.I.). However, this proposal has not been technically implemented.

Б.Д. Джозефсон открыл два технических эффекта [33] подтвержденные экспериментально, отмеченные Нобелевскими премиями и проявляющиеся в структурах, состоящих из двух сверхпроводников, разделенных туннельно тонким диэлектрическим слоем, а именно: стационарный эффект Джозефсона и нестационарный высокочастотный эффект Джозефсона.B.D. Josephson discovered two technical effects [33] which were experimentally confirmed, awarded by the Nobel Prizes and manifested in structures consisting of two superconductors separated by a tunnel with a thin dielectric layer, namely, the stationary Josephson effect and the non-stationary high-frequency Josephson effect.

Стационарный эффект Джозефсона проявляется в виде постоянного электрического тока (I0), протекающего сквозь туннельно тонкий слой диэлектрика, разделяющего сверхпроводники, даже если между сверхпроводниками не приложено электрическое напряжение. Этот ток объяснили туннелированием куперовских пар электронов сквозь диэлектрик. Величина и направление туннельного тока сквозь диэлектрический слой толщиной порядка десятка ангстрем зависит от разности фаз колебаний куперовских пар в сверхпроводниках. На фиг. 2 приведена вольтамперная характеристика джозефсоновского туннельного контакта двух одинаковых сверхпроводников из работы [24]. Из фиг. 2 видно, что при нулевом напряжении между сверхпроводниками сквозь диэлектрический слой течет постоянный ток I0, представляющий стационарный эффект Джозефсона.The stationary Josephson effect manifests itself in the form of a constant electric current (I 0 ) flowing through a thin tunnel of dielectric separating superconductors, even if no voltage is applied between the superconductors. This current was explained by the tunneling of Cooper pairs of electrons through a dielectric. The magnitude and direction of the tunneling current through a dielectric layer with a thickness of the order of a dozen angstroms depends on the phase difference of the oscillations of Cooper pairs in superconductors. In FIG. Figure 2 shows the current-voltage characteristic of the Josephson tunnel junction of two identical superconductors from [24]. From FIG. 2 it can be seen that at zero voltage between the superconductors a direct current I 0 flows through the dielectric layer, which represents the stationary Josephson effect.

Нестационарный высокочастотный эффект Джозефсона проявляется в виде переменного электрического тока, протекающего сквозь туннельно тонкий слой диэлектрика, разделяющего сверхпроводники, если между сверхпроводниками приложено постоянное электрическое напряжение величиной V. Циклическая частота этого переменного токаThe non-stationary high-frequency Josephson effect manifests itself in the form of an alternating electric current flowing through a tunnel thin layer of dielectric separating superconductors if a constant voltage of magnitude V is applied between the superconductors. The cyclic frequency of this alternating current

Figure 00000009
Figure 00000009

где е - заряд электрона. Квант энергии таких колебаний

Figure 00000010
. Частота ω/2π обычно соответствует СВЧ диапазону.where e is the electron charge. The energy quantum of such vibrations
Figure 00000010
. The frequency ω / 2π usually corresponds to the microwave range.

В сверхпроводниках действует эффект Мейснера [24] состоящий в том, что материал в сверхпроводящем состоянии, в состоянии с нулевым электрическим сопротивлением, выталкивает из своего объема внешнее магнитное поле. При этом возникают и действуют значительные механические силы, расталкивающие материал и магнит. Эффект Мейснера практически используется в устройствах магнитной подвески, в которых сверхпроводниковые материалы охлаждают до температур ниже Tc, что технически неудобно и затратно.In superconductors, the Meissner effect [24] acts in that a material in a superconducting state, in a state with zero electrical resistance, pushes an external magnetic field out of its volume. In this case, significant mechanical forces arise and act as a repulsive material and magnet. The Meissner effect is practically used in magnetic suspension devices in which superconducting materials are cooled to temperatures below T c , which is technically inconvenient and costly.

В невырожденных и слабо вырожденных полупроводниках и полупроводниковых содержащих ЭКЦ структурах, то есть в гиперпроводниках, спонтанно возникают и существуют области когерентности с характерным размером Λ (с длиной когерентности Λ) от десятков ангстрем до десятков микрон, которые обладают нулевым электрическим (и нулевым тепловым) сопротивлением. Благодаря нулевому сопротивлению когерентных областей гиперпроводники и гиперпроводниковые структуры выталкивают из своего объема внешнее магнитное поле, проявляя действие эффекта Мейснера. То есть эффект Мейснера является характерным и для сверхпроводников, и для гиперпроводников вследствие нулевого электрического сопротивления существующих в них когерентных областей.In non-degenerate and weakly degenerate semiconductors and semiconductor ECC-containing structures, that is, in hyperconductors, coherence regions with a characteristic size Λ (with coherence length Λ) from tens of angstroms to tens of microns that have zero electrical (and zero thermal) resistance spontaneously arise and exist . Due to the zero resistance of coherent regions, hyperconductors and hyperconducting structures push an external magnetic field out of their volume, exhibiting the action of the Meissner effect. That is, the Meissner effect is characteristic of both superconductors and hyperconductors due to the zero electrical resistance of the coherent regions existing in them.

Эффект Мейснера в гиперпроводниках проявляется практически при температурах спонтанного формирования когерентных областей и усиливается при увеличении объема когерентных областей в материале, например, при увеличении температуры материала. Эффект Мейснера проявляется в материале между электродами при температурах ниже температуры гиперпроводящего перехода Тh, при температуре Тh и выше Тh. Таким образом, технический эффект Мейснера и его технические приложения вполне осуществимы с помощью гиперпроводников при низких, околокомнатных и более высоких температурах. Для усиления эффекта Мейснера в гиперпроводниках целесообразно увеличивать суммарный объем когерентных областей, например, увеличивая их количество, характерный размер, т.е. длину когерентности Λ, например, используя технические средства, предложенные в заявленном изобретении.The Meissner effect in hyperconductors manifests itself practically at temperatures of the spontaneous formation of coherent regions and increases with an increase in the volume of coherent regions in the material, for example, with an increase in the temperature of the material. The Meissner effect manifests itself in the material between the electrodes at temperatures below the temperature of the hyperconducting transition T h , at temperatures T h and above T h . Thus, the Meissner technical effect and its technical applications are quite feasible with the help of hyperconductors at low, near-room and higher temperatures. To enhance the Meissner effect in hyperconductors, it is advisable to increase the total volume of coherent regions, for example, by increasing their number, characteristic size, i.e. the coherence length Λ, for example, using the technical means proposed in the claimed invention.

Эффект Мейснера проявляется в виде силы, выталкивающей материал с нулевым электрическим сопротивлением из магнитного поля, т.е. эффект Мейснера характеризуют вектором силы: модулем вектора, представляющим величину эффекта, и направлением вектора силы. Изменение эффекта Мейснера состоит из изменения величины (модуля) силы и из изменения направления этой силы.The Meissner effect manifests itself in the form of a force pushing a material with zero electrical resistance from a magnetic field, i.e. The Meissner effect is characterized by a force vector: a vector module representing the magnitude of the effect, and the direction of the force vector. A change in the Meissner effect consists of a change in the magnitude (modulus) of the force and a change in the direction of this force.

До 2000 года осуществление нулевого электрического сопротивления материала при околокомнатных и более высоких температурах представляла нерешенную научно-техническую проблему. Более того, не была доказана сама возможность осуществления сверхпроводимости при комнатной температуре и тем более, выше комнатной температуры. Не было доказано и отсутствие такой возможности. Теперь установлено, что в определенных условиях в полупроводниковых материалах между электродами возникает состояние с нулевым электрическим сопротивлением при околокомнатных и более высоких температурах, получившее название гиперпроводимости, сопровождающееся возникновением нулевого теплового сопротивления материала, получившего название сверхтеплопроводности.Until 2000, the implementation of zero electrical resistance of the material at room temperature and higher temperatures was an unresolved scientific and technical problem. Moreover, the very possibility of superconductivity at room temperature, and even more so, above room temperature, has not been proved. The lack of such an opportunity has not been proven. It has now been established that under certain conditions in semiconductor materials between the electrodes there is a state with zero electrical resistance at near-room and higher temperatures, called hyperconductivity, accompanied by the appearance of zero thermal resistance of the material, called superconductivity.

Экспериментальное осуществление гиперпроводимости и сверхтеплопроводности стало возможным в результате открытия и исследования нового типа упругих колебаний и волн в материалах, Inherent, I-колебаний и волн [1, 4, 7-15, 34-38]. I-колебания и волны представляют собой упругие колебания ядер в атомах материалов. Оказалось, что I-колебания и волны эффективно взаимодействуют с электронами, дырками, и фононами обеспечивая тем самым сильное электрон-фононное взаимодействие, сильную электрон-фононную связь, благодаря которой возникает гиперпроводимость и сверхтеплопроводность. Были определены α-, β- и γ-типы I-колебаний и волн, вычислены элементарные кванты таких колебаний (EZ) в атомах материалов в зависимости от атомного номера (Z), различными экспериментальными методами измерены кванты таких колебаний в ряде атомов. На фиг. 3 светлыми кружками указаны вычисленные энергии элементарных квантов этих типов I-колебаний в атомах с атомными номерами Z от 1 до 80, а темными кружками указаны соответствующие значения квантов, измеренные различными экспериментальными методами. Из фиг. 3 видно, что наибольшие величины квантов таких колебаний и волн соответствуют колебаниям α-типа, при которых ядро атома осциллирует относительно его электронной оболочки в окрестности ее центра, вблизи равновесного положения ядра в атоме, совпадающего с положением минимума потенциала, создаваемого электронами оболочки атома. Величина квантов I-колебаний α-типа монотонно уменьшается от 0,519 эВ до 0,22 эВ при увеличении Z от 1 до 8 и затем монотонно увеличивается до 0,402 эВ при дальнейшем увеличении Z до 80 и более. Такие кванты I-колебаний взаимодействуя с электронами и дырками согласно формуле (4) способны обеспечить нулевое электрическое и нулевое тепловое сопротивления материалов, гиперпроводящее состояние, при температурах от Тh до 2500 K и выше, то есть температура сверхпроводящего перехода Tc в данном случае может превышать 2500 K. Иначе говоря, сверхпроводимость, сверхпроводящее состояние в принципе может существовать в материалах до температуры их плавления и вероятно в расплавах материалов, когда в расплаве обеспечивается достаточная связь электронов с I-колебаниями атомных ядер.The experimental implementation of hyperconductivity and superconductivity became possible as a result of the discovery and study of a new type of elastic vibrations and waves in materials, Inherent, I-vibrations and waves [1, 4, 7-15, 34-38]. I-vibrations and waves are elastic vibrations of nuclei in atoms of materials. It turned out that I-vibrations and waves effectively interact with electrons, holes, and phonons, thereby providing a strong electron-phonon interaction, a strong electron-phonon coupling, due to which hyperconductivity and super thermal conductivity arise. The α-, β-, and γ-types of I-vibrations and waves were determined, elementary quanta of such vibrations (E Z ) in the atoms of materials were calculated depending on the atomic number (Z), and quanta of such vibrations in a number of atoms were measured by various experimental methods. In FIG. 3 light circles indicate the calculated energies of elementary quanta of these types of I-vibrations in atoms with atomic numbers Z from 1 to 80, and dark circles indicate the corresponding values of quanta measured by various experimental methods. From FIG. Figure 3 shows that the largest quanta of such vibrations and waves correspond to α-type vibrations in which the atom’s core oscillates relative to its electron shell in the vicinity of its center, near the equilibrium position of the nucleus in the atom, which coincides with the position of the minimum potential created by the electrons of the atom’s shell. The magnitude of the α-type I-vibration quanta monotonically decreases from 0.519 eV to 0.22 eV with an increase in Z from 1 to 8 and then monotonically increases to 0.402 eV with a further increase in Z to 80 or more. Such quanta of I-vibrations interacting with electrons and holes according to formula (4) are able to provide zero electrical and zero thermal resistance of materials, a hyperconducting state, at temperatures from T h to 2500 K and above, that is, the temperature of the superconducting transition T c in this case can exceed 2500 K. In other words, the superconductivity, the superconducting state, in principle, can exist in materials up to their melting temperature and probably in material melts, when a sufficient electron bond is provided in the melt ktronov with I-vibrations of atomic nuclei.

I-колебания атомного ядра в атоме определенного сорта характеризуются вполне определенной величиной элементарного кванта таких колебаний и набором колебательных термов существенно отличающихся от энергии квантов I-колебаний и набора колебательных термов атомов другого сорта. Экспериментальное определение квантов I-колебаний атомных ядер в газообразных, жидких и твердотельных материалах позволяет надежно идентифицировать такие атомы по величине и набору колебательных термов, что может быть положено в основу действия приборов, определяющих атомный состав материалов.The I-vibrations of an atomic nucleus in an atom of a certain kind are characterized by a very definite value of the elementary quantum of such vibrations and a set of vibrational terms significantly different from the energy of quanta of I-vibrations and a set of vibrational terms of atoms of another kind. The experimental determination of the quanta of I-vibrations of atomic nuclei in gaseous, liquid, and solid-state materials makes it possible to reliably identify such atoms by the magnitude and set of vibrational terms, which can be the basis for the operation of devices that determine the atomic composition of materials.

I-колебания проявляют незначительную ангармоничность. Профиль сферически симметричного потенциального поля в окрестности центра электронной оболочки, в котором движется ядро атома, отличается от параболической зависимости, из-за чего возникают ангармонические поправки к энергии гармонических колебаний. Поправки для одномерных колебаний α-типа (ΔEαν) с колебательными числами ν=0, 1, 2 и 3 вычислены в первом и втором порядках стационарной теории возмущений согласно [39, стр. 93]. Как и следовало ожидать, наибольшие значения поправок относятся к колебательным состояниям с ν=3, соответствующим наибольшим смещениям ядер из равновесных положений в центрах электронных оболочек. На фиг. 4 графически представлены поправки к энергии I-колебаний α-типа в состояниях с ν=0, 1, 2, 3 для атомов в зависимости от атомного номера Z. На вставке фиг. 4 поправки представлены в другом масштабе для атомов с Z>10. Представленные на фиг. 4 данные выявили незначительную ангармоничность I-колебаний.I-oscillations show slight anharmonicity. The profile of a spherically symmetric potential field in the vicinity of the center of the electron shell in which the atomic nucleus moves differs from the parabolic dependence, which results in anharmonic corrections to the energy of harmonic vibrations. Corrections for one-dimensional α-type vibrations (ΔE αν ) with vibrational numbers ν = 0, 1, 2, and 3 were calculated in the first and second orders of the stationary perturbation theory according to [39, p. 93]. As expected, the largest values of corrections relate to vibrational states with ν = 3, which correspond to the largest displacements of nuclei from equilibrium positions in the centers of electron shells. In FIG. 4 graphically shows the corrections to the energy of α-type I-vibrations in states with ν = 0, 1, 2, 3 for atoms depending on the atomic number Z. In the inset of FIG. The 4 corrections are presented on a different scale for atoms with Z> 10. Presented in FIG. 4 data revealed a slight anharmonicity of I-oscillations.

Согласно имеющимся экспериментальным данным I-колебания являются одномерными, их колебательные энергии описываются формулой линейного гармонического квантового осциллятора:According to the available experimental data, the I-oscillations are one-dimensional, their vibrational energies are described by the formula of a linear harmonic quantum oscillator:

Figure 00000011
Figure 00000011

где EZ - элементарный квант колебаний, а колебательное квантовое число ν принимает значения 0, 1, 2, 3, …where E Z is the elementary quantum of vibrations, and the vibrational quantum number ν takes the values 0, 1, 2, 3, ...

В экспериментах проявляются электронно-колебательные переходы с колебательных уровней ЭКЦ в минимум осцилляторного потенциала с полной потерей энергии I-колебаний. Возможны электронно-колебательные переходы даже с потерей энергии так называемых «нулевых колебаний», равной EZ/2. Это не соответствует свободному квантовому гармоническому осциллятору, для которого согласно квантовой теории состояние в минимуме параболического потенциала в центре электронной оболочки недопустимо. Однако для классического осциллятора такое состояние разрешено. В этом состоит дуализм свойств ЭКЦ, проявляющих квантовые и классические свойства. Иначе говоря, ЭКЦ, I-колебания не являются свободными (идеальными) и обмениваются энергией (кристаллических фононов различных типов) с окружающей средой. Учитывая это, следует полагать, что осцилляторы, описывающие I-колебания ЭКЦ, являются линейными, одномерными гармоническими осцилляторами, проявляющими и квантовые и классические свойства, а стационарные колебательные энергии I-колебаний атомных ядер в ЭКЦ описываются формулой (6), включая еще энергию Екол=0, соответствующую минимуму осцилляторного потенциала.The experiments show electron-vibrational transitions from vibrational levels of the ECC to the minimum of the oscillatory potential with a complete loss of energy of I-oscillations. Electron-vibrational transitions are possible even with a loss of energy of the so-called “zero vibrations” equal to E Z / 2. This does not correspond to a free quantum harmonic oscillator, for which, according to quantum theory, the state at the minimum of the parabolic potential in the center of the electron shell is unacceptable. However, for the classical oscillator, such a state is allowed. This is the dualism of the properties of ECCs exhibiting quantum and classical properties. In other words, ECC, I-vibrations are not free (ideal) and exchange energy (crystalline phonons of various types) with the environment. Given this, it should be assumed that the oscillators describing the I-vibrations of the ECC are linear, one-dimensional harmonic oscillators exhibiting both quantum and classical properties, and the stationary vibrational energies of the I-vibrations of atomic nuclei in the ECC are described by formula (6), including also the energy E count = 0, corresponding to the minimum of the oscillatory potential.

Величина Екол в полупроводниках может превышать ширину запрещенной зоны материала, если значение ν достаточно велико. Соответствующая температура сверхпроводящего перехода Tc, согласно (4) может превышать десятки тысяч градусов. Такие температуры, несомненно, относятся не к материалу в целом, а только к участвующим в I-колебаниях локальным центрам.The value of E count in semiconductors may exceed the band gap of the material if the value of ν is sufficiently large. The corresponding temperature of the superconducting transition T c , according to (4), can exceed tens of thousands of degrees. Such temperatures, of course, do not apply to the material as a whole, but only to local centers participating in the I-vibrations.

Описываемые формулой (6) электронно-колебательные энергетические уровни ЭКЦ проявляются в полупроводниках в виде так называемых глубоких энергетических уровней, преимущественно лежащих в запрещенной зоне полупроводника. Согласно данным о рекомбинации электронов и дырок на ЭКЦ, об энергиях активации сопротивления содержащих ЭКЦ материалов, большинство из электронно-колебательных уровней ЭКЦ действительно лежат в запрещенной зоне полупроводника, как показано на фиг. 5. В центре фиг. 5 изображена энергетическая схема полупроводника, где Ес и Ev обозначают энергии дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, F - уровень Ферми. Рассматриваемые электронно-колебательные центры расположены в объеме полупроводника, в точках с координатами r0 и

Figure 00000012
. Параболические потенциалы, удерживающие атомное ядро вблизи центра электронной оболочки ЭКЦ, представлены слева и справа на фиг. 5 параболами V(r-r0) и
Figure 00000013
. Энергетические уровни ЭКЦ с различными значениями колебательного квантового числа ν=0, 1, 2, … показаны пунктирными горизонтальными линиями. Электронные переходы из зоны проводимости на колебательные уровни ЭКЦ с ν>0 показаны вертикальными направленными вниз от Ес стрелками. Переходы дырок на колебательные уровни ЭКЦ изображены вертикальными направленными вверх от Ev стрелками. Для этого ветви параболы V(r-r0) обращены вниз, а ветви параболы
Figure 00000013
обращены вверх, как показано на фиг. 5. Именно такие положения потенциальных кривых V(r-r0) и
Figure 00000013
соответствуют возбуждению I-колебаний ЭКЦ за счет энергии электронных или дырочных переходов. Эти переходы преимущественно происходят с испусканием или поглощением нескольких кристаллических фононов, возбуждают I-колебания атомных ядер в атомах ЭКЦ и поэтому они являются электронно-колебательными переходами. Электронно-колебательный процесс на ЭКЦ можно представить как последовательное, периодическое чередование электронно-колебательного перехода из зоны проводимости (или из валентной зоны) на ЭКЦ и последующего перехода с ЭКЦ электрона в зону проводимости (дырки в валентную зону) за счет энергии I-колебаний атомного ядра и кристаллических фононов. Каждый атом, ядро которого выполняет свободные или вынужденные I-колебания, целесообразно рассматривать как I-осциллятор, энергии колебаний которого описываются формулой (6).The electron-vibrational energy levels of the ECC described by formula (6) are manifested in semiconductors in the form of so-called deep energy levels, mainly lying in the forbidden band of the semiconductor. According to the data on the recombination of electrons and holes on the ECC, on the activation energies of the resistance of materials containing ECC, most of the electronic-vibrational levels of the ECC do lie in the band gap of the semiconductor, as shown in FIG. 5. In the center of FIG. 5 shows the energy diagram of a semiconductor, where E c and E v denote the energy of the bottom of the conduction band and the ceiling of the valence band, F is the Fermi level. The considered electron-vibrational centers are located in the volume of the semiconductor, at points with coordinates r 0 and
Figure 00000012
. The parabolic potentials holding the atomic nucleus near the center of the electron shell of the ECC are presented on the left and right in FIG. 5 parabolas V (rr 0 ) and
Figure 00000013
. The energy levels of the ECC with different values of the vibrational quantum number ν = 0, 1, 2, ... are shown by dashed horizontal lines. Electronic transitions from the conduction band to the vibrational levels with ECC ν> 0 are shown vertically downward from E with arrows. The transitions of holes to the vibrational levels of the ECC are shown by vertical arrows pointing upward from E v . For this, the branches of the parabola V (rr 0 ) are turned down, and the branches of the parabola
Figure 00000013
facing up as shown in FIG. 5. These are precisely the positions of the potential curves V (rr 0 ) and
Figure 00000013
correspond to the excitation of I-vibrations of the ECC due to the energy of electronic or hole transitions. These transitions mainly occur with the emission or absorption of several crystalline phonons, excite the I-vibrations of atomic nuclei in the atoms of the ECC and therefore they are electronic-vibrational transitions. The electronic-vibrational process at the ECC can be represented as a sequential, periodic alternation of the electronic-vibrational transition from the conduction band (or from the valence band) to the ECC and the subsequent transition from the ECC of the electron to the conduction band (holes in the valence band) due to the energy of I-vibrations of the atomic nuclei and crystalline phonons. Each atom, the core of which performs free or forced I-vibrations, is advisable to consider as an I-oscillator, the vibrational energies of which are described by formula (6).

Благодаря сильной электрон-фононной связи ЭКЦ обладают большим сечением захвата электронов и дырок из-за чего электроны и дырки локализуются на указанных электронно-колебательных уровнях ЭКЦ. Причем один из уровней с квантовым числом ν=ν* доминирует в процессах захвата и удержания носителей зарядов. В результате электрические заряды накапливаются на данном уровне и, именно вблизи него фиксируется уровень Ферми F≅E(ν*)=Е*. Плотность электронно-колебательных состояний на уровне Ферми N(F)=N*⋅δ(E*-F), где N* - плотность состояний с энергией Е*, δ(E*-F) - дельта функция Дирака. Очевидно, что N* превышает среднюю плотность состояний, равную N/EZ, где N - концентрация ЭКЦ, а из фиг. 5 видно, что V*=(ЕC-Е*)≥EZ. Если на каждом центре в среднем локализован хотя бы один электрон, то для любого единичного объема материала (1 см3) произведение V*N(F)≥N≥1012. Поэтому входящая в выражение (4) экспонента имеет близкое к единице значение, а вычисленная температура сверхпроводящего перехода Tc≅1,13TD, где температура Дебая I-колебаний TD=V*/k. Например, для содержащего А-центры кремния даже при ν=1 получается Tc>2500 K, то есть выше температуры плавления материала. Соответствующая, ожидаемая по теории БКШ температурная зависимость электрического сопротивления (R) гиперпроводника, т.е. содержащего ЭКЦ полупроводника, качественно показана на фиг. 6. сплошной линией. Она совпадает с нулевым значением сопротивления на температурном участке от Тh до Tc, при этом температура Tc может превышать температуру плавления материала (Тпл). Из фиг. 6 видно, что сопротивление гиперпроводника становится нулевым при температурах выше температуры гиперпроводящего перехода Тh, а при Т<Тh оно имеет конечное, ненулевое значение. Вообще говоря, в гиперпроводнике может возникнуть традиционная сверхпроводимость при низких температурах, ниже

Figure 00000014
, как это качественно показано пунктирной линией на фиг. 6.Due to the strong electron – phonon coupling, ECCs have a large cross section for the capture of electrons and holes, due to which electrons and holes are localized at the indicated electron-vibrational levels of the ECC. Moreover, one of the levels with a quantum number ν = ν * dominates in the processes of capture and retention of charge carriers. As a result, electric charges accumulate at a given level and, precisely near it, the Fermi level F≅E (ν *) = E * is fixed. The density of electronic-vibrational states at the Fermi level is N (F) = N * ⋅δ (E * -F), where N * is the density of states with energy E *, δ (E * -F) is the Dirac delta function. Obviously, N * exceeds the average density of states equal to N / E Z , where N is the ECC concentration, and from FIG. 5 it can be seen that V * = (E C -E *) ≥E Z. If at each center on average at least one electron is localized, then for any unit volume of material (1 cm 3 ) the product V * N (F) ≥N≥10 12 . Therefore, the exponent included in expression (4) has a value close to unity, and the calculated temperature of the superconducting transition T c ≅1.13T D , where the Debye temperature of I-oscillations is T D = V * / k. For example, for silicon containing A centers, even at ν = 1, T c > 2500 K is obtained, i.e., higher than the melting temperature of the material. The corresponding temperature dependence of the electrical resistance (R) of the hyperconductor, expected by the BCS theory, i.e. containing an ECC semiconductor is shown qualitatively in FIG. 6. solid line. It coincides with a zero value of resistance in the temperature range from T h to T c , while the temperature T c may exceed the melting temperature of the material (T PL ). From FIG. Figure 6 shows that the resistance of the hyperconductor becomes zero at temperatures above the temperature of the hyperconducting transition T h , and at T <T h it has a finite, nonzero value. Generally speaking, conventional superconductivity can occur in a hyperconductor at low temperatures, below
Figure 00000014
as shown qualitatively by the dashed line in FIG. 6.

Характерный размер когерентной области (длина когерентности Λ) зависит от температуры материала. При нагревании материала между электродами когерентные области вначале увеличиваются в размерах и при температуре Тh они занимают весь материал на протяжении от одного электрода до другого электрода электрически замыкая электроды друг с другом, что соответствует гиперпроводимости и сверхтеплопроводности. Если температура материала превысит Th, то соответствующее увеличение размера когерентных областей не нарушает гиперпроводимости и сверхтеплопроводности материала между электродами при нагревании. Однако, приближение температуры материала к Tc вызывает уменьшение размера когерентных областей (длины когерентности Λ). При температуре Tc когерентные области хотя и занимают еще весь материал на протяжении от одного электрода до другого электрода электрически замыкая электроды друг с другом, тем не менее, нагревание материала выше Tc вызывает появление слоев материала не относящихся к когерентным областям. В результате электрическое и тепловое сопротивления материала между электродами отличаются от нулевых значений и увеличиваются при дальнейшем нагревании. Таким образом гиперпроводимость и сверхтеплопроводность могут существовать в интервале температур от Th до Tc. При этом расстояние между электродами (D) следует установить не более размера материала, занятого когерентными областями между электродами. Уменьшение D позволяет уменьшить Тh и увеличить Tc, т.е. расширить необходимый для гиперпроводимости и свертеплопроводности интервал температур от Тh до Тc. Увеличение D вызывает сужение этого интервала, уменьшение разности (Тсh) вплоть до нулевого значения из-за чего при увеличенных значениях D осуществление гиперпроводимости и сверхтеплопроводности требует применения дополнительных мер, из которых некоторые предложены в данном изобретении.The characteristic size of the coherent region (coherence length Λ) depends on the temperature of the material. When the material is heated between the electrodes, the coherent regions initially increase in size and at a temperature T h they occupy all the material from one electrode to another electrode, electrically closing the electrodes with each other, which corresponds to hyperconductivity and super thermal conductivity. If the material temperature exceeds T h , then a corresponding increase in the size of the coherent regions does not violate the hyperconductivity and superconductivity of the material between the electrodes when heated. However, approaching the material temperature to T c causes a decrease in the size of the coherent regions (coherence length Λ). At a temperature T c, although coherent regions still occupy all the material from one electrode to another electrode, electrically closing the electrodes with each other, nevertheless, heating the material above T c causes the appearance of layers of material that are not related to coherent regions. As a result, the electric and thermal resistances of the material between the electrodes differ from zero values and increase with further heating. Thus, hyperconductivity and super thermal conductivity can exist in the temperature range from T h to T c . In this case, the distance between the electrodes (D) should be set no more than the size of the material occupied by the coherent regions between the electrodes. Decreasing D allows decreasing T h and increasing T c , i.e. to expand the temperature range necessary for hyperconductivity and conduction of heat from T h to T c . An increase in D causes a narrowing of this interval, a decrease in the difference (T c -T h ) up to a zero value due to which, with increased D values, the implementation of hyperconductivity and superconductivity requires additional measures, some of which are proposed in this invention.

Определен диапазон концентраций ЭКЦ допустимых для осуществления электронно-колебательных процессов и гиперпроводимости от минимальной (Nmin=2⋅1012 см-3) до максимальной (Nmax=6⋅1017 см-3).The range of ECC concentrations allowed for the implementation of electronic-vibrational processes and hyperconductivity from minimum (N min = 2⋅10 12 cm -3 ) to maximum (N max = 6⋅10 17 cm -3 ) was determined.

Для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности следует обеспечить связь I-колебаний с движениями электронов. Такую связь обеспечивают ЭКЦ посредством фононов. Однако необходимые для этого фононы возникают в достаточном количестве только вблизи температур Дебая фононов (Тm). Поэтому при нагревании гиперпроводника состояние гиперпроводимости возникает и может существовать при сравнительно высокой температуре гиперпроводящего перехода Тh, которая близка к дебаевой температуре связанного с ЭКЦ типа кристаллических фононов, и при более высоких температурах.For the implementation of hyperconductivity and super thermal conductivity, it is necessary to ensure the connection of I-oscillations with electron motions. Such a connection is provided by ECC via phonons. However, the necessary phonons arise in sufficient quantities only near the Debye temperature of phonons (T m ). Therefore, when a hyperconductor is heated, a state of hyperconductivity arises and can exist at a relatively high temperature of the hyperconducting transition T h , which is close to the Debye temperature of the type of crystalline phonons associated with ECC, and at higher temperatures.

Гиперпроводимость может существовать при температурах между Тh и Tc, причем Тhс, в то время как сверхпроводимость может существовать при температурах ниже

Figure 00000015
. В связи с этим очевидно, что механизм формирования гиперпроводимости вообще говоря отличается от механизма формирования сверхпроводимости. Поэтому новому состоянию с нулевым электрическим и тепловым сопротивлением содержащих ЭКЦ материалов было дано иное название: гиперпроводимость, а сопутствующему гиперпроводимости состоянию с нулевым тепловым сопротивлением (RT=0) было дано название - сверхтеплопроводность.Hyperconductivity can exist at temperatures between T h and T c , with T h <T c , while superconductivity can exist at temperatures below
Figure 00000015
. In this regard, it is obvious that the mechanism of formation of hyperconductivity generally speaking differs from the mechanism of formation of superconductivity. Therefore, the new state with zero electrical and thermal resistance of materials containing ECC was given a different name: hyperconductivity, and the concomitant hyperconductivity state with zero thermal resistance (R T = 0) was given the name super thermal conductivity.

Определена связь между температурой гиперпроводящего перехода T=Тh и параметрами материала. Действительно, согласно теории электронно-колебательных переходов [17-20] в таком переходе на ЭКЦ участвуют в среднем S фононов. В стационарном состоянии электроны (дырки) преимущественно локализуются на энергетическом уровне Е* (см. фиг. 5) и материал имеет проводимость, близкую к собственной проводимости. Скорость тепловой генерации электронов и дырок в материале равна скорости их рекомбинации на ЭКЦ. Из этого условия получается следующее выражение (7), связывающее концентрацию электронно-колебательных центров N, температуру гиперпроводящего перехода Т=Тh и константу электрон-фононной связи S на ЭКЦ:The relationship between the temperature of the hyperconducting transition T = T h and the material parameters is determined. Indeed, according to the theory of electron – vibrational transitions [17–20], on average S phonons participate in such a transition to the ECC. In the stationary state, electrons (holes) are mainly localized at the energy level E * (see Fig. 5) and the material has a conductivity close to intrinsic conductivity. The rate of thermal generation of electrons and holes in a material is equal to the rate of their recombination at the ECC. From this condition, the following expression (7) is obtained, relating the concentration of electron-vibrational centers N, the temperature of the hyperconducting transition T = T h and the electron-phonon coupling constant S at the ECC:

Figure 00000016
Figure 00000016

где NC и NV - эффективные значения плотностей электронных и дырочных состояний в зоне проводимости и в валентной зоне, соответственно, Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, E(ν) - колебательная энергия, равная Е*.where N C and N V are the effective densities of electronic and hole states in the conduction and valence bands, respectively, E g is the semiconductor band gap, and E (ν) is the vibrational energy equal to E *.

На фиг. 7 приведены экспериментально измеренные значения температур гиперпроводящего перехода в различных материалах, содержащих различные концентрации ЭКЦ, в зависимости от среднего значения атомного номера Zcpeдн. Наклонные прямые линии а и б представляют вычисленные по формуле (7) значения Th, при максимальной (Nmax) и минимальной (Nmin) концентрациях ЭКЦ. Из фиг. 7 видно, что экспериментальные значения Тh лежат между прямыми а и б, являющимися пределами области ожидаемых из расчета значений Тh, что подтверждает согласие экспериментальных и вычисленных результатов в условиях термодинамического равновесия.In FIG. Figure 7 shows the experimentally measured values of the temperatures of the hyperconducting transition in various materials containing different ECC concentrations, depending on the average atomic number Z average . Inclined straight lines a and b represent the values of T h calculated by the formula (7), at the maximum (N max ) and minimum (N min ) ECC concentrations. From FIG. Figure 7 shows that the experimental values of T h lie between lines a and b, which are the limits of the range of values expected from the calculation of T h , which confirms the agreement between the experimental and calculated results under conditions of thermodynamic equilibrium.

Известно, что в кристаллах могут существовать и распространяться упругие акустические (А), оптические (О) [40], а также I-колебания и волны I-колебаний [1, 4, 7-15, 34-38]. Акустические колебания представляют собой периодические во времени смещения элементарных ячеек кристалла друг относительно друга и могут существовать как в простых кристаллах, когда элементарная ячейка материала содержит один атом, так и в сложных кристаллах, элементарная ячейка которых содержит несколько атомов. Оптические колебания представляют собой периодические во времени смещения атомов друг относительно друга внутри элементарной ячейки и могут существовать в кристаллах, имеющих в ячейке два или более двух атомов. Собственные (Inherent, I-) колебания (α, β и γ типов) представляют собой периодические во времени смещения ядра атома или иона относительно его электронной оболочки и могут существовать в любых молекулах и материалах. Элементарные кванты акустических и оптических колебаний и волн называют фононами, I-колебания также квантованы. Энергия кванта I-колебаний значительно (в 5-10 раз) превышает максимальную энергию акустического фонона и превышает (в 4-5 раз) максимальную энергию оптического фонона. Эти типы колебаний обычно описываются в приближении линейной связи между смещениями составляющих кристалл частиц и возникающими при этом силами. Соответственно каждый атом в кристалле можно представить как два связанных осциллятора. Один из этих осцилляторов представляет колебания атома с частотами фононов (р), а второй осциллятор это - собственный (Inherent), I-осциллятор представляет периодические смещения ядра в атоме с циклической частотой I-колебаний (ω).It is known that elastic acoustic (A), optical (O) [40], as well as I-vibrations and I-vibration waves [1, 4, 7-15, 34-38] can exist and propagate in crystals. Acoustic vibrations are time-periodic displacements of the unit cells of the crystal relative to each other and can exist both in simple crystals, when the unit cell of the material contains one atom, and in complex crystals, the unit cell of which contains several atoms. Optical vibrations are displacements of atoms that are periodic in time with respect to each other inside the unit cell and can exist in crystals having two or more two atoms in the cell. Natural (Inherent, I-) vibrations (α, β, and γ types) are time-periodic displacements of the nucleus of an atom or ion relative to its electron shell and can exist in any molecules and materials. Elementary quanta of acoustic and optical vibrations and waves are called phonons, I-vibrations are also quantized. The energy of the quantum of I-oscillations significantly (5-10 times) exceeds the maximum energy of the acoustic phonon and exceeds (4-5 times) the maximum energy of the optical phonon. These types of oscillations are usually described in the approximation of a linear relationship between the displacements of the particles making up the crystal and the forces arising from it. Accordingly, each atom in the crystal can be represented as two coupled oscillators. One of these oscillators represents atomic vibrations with phonon frequencies (p), and the second oscillator is its own (Inherent), I-oscillator represents periodic displacements of a nucleus in an atom with a cyclic frequency of I-oscillations (ω).

Чаще всего полагают, что колебательные смещения атомов в кристалле и вызываемые такими смещениями упругие силы связаны друг с другом линейно, из-за чего колебания являются гармоническими. В таком приближении классическое уравнение движения атома в узле кристаллической решетки в общем виде модно записать следующим образом:Most often, it is believed that the vibrational displacements of atoms in a crystal and the elastic forces caused by such displacements are linearly related to each other, which is why the vibrations are harmonic. In this approximation, the classical equation of motion of an atom in a node of a crystal lattice in a general form can be written as follows:

Figure 00000017
Figure 00000017

где x - смещение атома из положения равновесия, М - масса атома, коэффициент g>0, F' - амплитуда силы, возникающей вследствие смещения ядра атома относительно электронной оболочки с циклической частотой I-колебаний (ω). Поделив обе части уравнения (8) на М и обозначив r=g/2M, р2=k/M,

Figure 00000018
, F=F'/М запишем его в видеwhere x is the displacement of the atom from the equilibrium position, M is the mass of the atom, the coefficient g> 0, F 'is the amplitude of the force arising due to the displacement of the atomic nucleus relative to the electron shell with the cyclic frequency of I-oscillations (ω). Dividing both sides of equation (8) by M and designating r = g / 2M, p 2 = k / M,
Figure 00000018
, F = F ' / M we write it in the form

Figure 00000019
Figure 00000019

Если r, p и F не зависят от времени, то данное уравнение с постоянными коэффициентами описывает вынужденные колебания затухающего гармонического осциллятора [41, с. 15-22, с. 183-210], а его решение можно записать следующим образом:If r, p and F are independent of time, then this equation with constant coefficients describes the forced oscillations of a damped harmonic oscillator [41, p. 15-22, p. 183-210], and his decision can be written as follows:

Figure 00000020
Figure 00000020

где амплитуда вынужденных колебанийwhere is the amplitude of the forced oscillations

Figure 00000021
Figure 00000021

зависит от затухания r, от частоты свободных колебаний p и от частоты вынуждающей силы со. Коэффициент r описывает затухание колебаний или потерю осциллятором колебательной энергии, p - циклическая частота акустической волны, т.е. частота фонона в нашем случае, ω - частота I-колебаний ядра в атоме материала.depends on the damping r, the frequency of free oscillations p and the frequency of the driving force co. The coefficient r describes the damping of the oscillations or the loss of oscillatory energy by the oscillator, p is the cyclic frequency of the acoustic wave, i.e. the phonon frequency in our case, ω is the frequency of I-vibrations of the nucleus in the atom of the material.

Изменение фазы (δ) вынужденных колебаний относительно фазы внешней силы описываются следующими соотношениями:The change in the phase (δ) of forced oscillations relative to the phase of the external force is described by the following relationships:

Figure 00000022
Figure 00000022

Из выражения (10) следует, что с течением времени (t) при r>0, свободные колебания, описываемые слагаемым, содержащим множитель e-rt, затухают и прекращаются, однако возникают, и будут существовать только вынужденные колебания с фазой, описываемой выражениями (12). Сдвиг фазы вынужденных колебаний относительно фазы вынуждающей силы (δ) жестко определяется циклической частотой свободных колебаний ЭКЦ (ω), циклической частотой связанных с ЭКЦ фононов (p) и затуханием колебаний (r). Таким образом, имеется реальная техническая возможность создавать вынужденные колебания ЭКЦ с заданной фазой, определяемой амплитудой и фазой внешнего вынуждающего воздействия на ЭКЦ и затуханием колебаний ЭКЦ, т.е. величиной коэффициента r. Для этого следует создавать в материале вынуждающий, синхронизирующий сигнал с определенной частотой и фазой.It follows from expression (10) that, over time (t), for r> 0, the free oscillations described by the term containing the factor e -rt damp and stop, however, only forced oscillations with the phase described by the expressions will exist and exist ( 12). The phase shift of the forced oscillations relative to the phase of the driving force (δ) is rigidly determined by the cyclic frequency of free vibrations of the ECC (ω), the cyclic frequency of the phonons associated with the ECC (p) and the damping of the vibrations (r). Thus, there is a real technical opportunity to create forced ECC oscillations with a given phase, determined by the amplitude and phase of the external stimulating effect on the ECC and the attenuation of ECC oscillations, i.e. coefficient r. To do this, create a compelling, synchronizing signal in the material with a certain frequency and phase.

Если циклические частоты колебаний ЭКЦ (ω) и фононов (р) в формулах (12) поменять местами, то физический смысл формул не измениться. Следовательно, техническую функцию синхронизирующего сигнала могут выполнять и собственные, т.е. I-колебания ЭКЦ, по отношению к фононам и фононы по отношению к колебаниям атомных ядер в ЭКЦ. Поэтому амплитуду и фазу вынужденных колебаний ЭКЦ можно изменять, изменяя либо амплитуду и фазу собственных колебаний ЭКЦ, либо изменяя амплитуду и фазу связанных с ЭКЦ фононов.If the cyclic vibrational frequencies of the ECC (ω) and phonons (p) in formulas (12) are interchanged, then the physical meaning of the formulas will not change. Consequently, the technical function of the synchronizing signal can be performed by its own, i.e. I-vibrations of ECC, in relation to phonons and phonons in relation to vibrations of atomic nuclei in ECC. Therefore, the amplitude and phase of forced vibrations of the ECC can be changed by changing either the amplitude and phase of the natural vibrations of the ECC, or by changing the amplitude and phase of the phonons associated with the ECC.

Было установлено, что в состоянии гиперпроводимости материал обладает нулевым электрическим сопротивлением и нулевым тепловым сопротивлением, то есть гиперпроводимость сосуществует с сверхтеплопроводностью [13, 16]. Кроме того, установлено, что материалы в гиперпроводящем состоянии являются неоднородными, в них возникают области когерентности с характерным размером Λ, который имеет смысл длины когерентности. Так в изотропном материале область когерентности имеет форму шара с радиусом Λ. Рассеяние энергии электронами в объеме когерентной области невозможно из-за когерентности, идентичности, неразличимости электронно-колебательных состояний атомов, входящих в когерентные области. Электроны испытывают рассеяние энергии только в пределах слоя материала, прилежащего к когерентной области, имеющего толщину, равную средней длине рассеяния энергии

Figure 00000023
.It was found that in a state of hyperconductivity the material has zero electrical resistance and zero thermal resistance, that is, hyperconductivity coexists with super thermal conductivity [13, 16]. In addition, it was found that the materials in the hyperconducting state are inhomogeneous, and coherence regions with a characteristic size Λ arise in them, which has the meaning of the coherence length. So in an isotropic material, the coherence region has the shape of a ball with radius Λ. The scattering of energy by electrons in the volume of the coherent region is impossible due to the coherence, identity, and indistinguishability of the electron-vibrational states of atoms in the coherent region. Electrons experience energy dissipation only within the material layer adjacent to the coherent region, having a thickness equal to the average energy dissipation length
Figure 00000023
.

В науке о сверхпроводниках используют понятие длины когерентности. B.Л. Гинзбург и Л.Д. Ландау [42] ввели понятие зависящей от температуры Т длины когерентности ξ(Т). Величина ξ(Т) определяет расстояние, на котором волновая функция электронов может изменяться без существенного изменения их энергии.The science of superconductors uses the concept of coherence length. B.L. Ginzburg and L.D. Landau [42] introduced the concept of a temperature-dependent coherence length ξ (T). The quantity ξ (Т) determines the distance at which the wave function of the electrons can change without a significant change in their energy.

Понятие длины когерентности применительно к сверхпроводникам также ввел А.Б. Пиппард [43]. Длина когерентности Пиппарда (ξ0) представляет собой минимальный размер волновых пакетов, которые могут образовывать сверхпроводящие носители заряда в чистом (бездефектном) материале, когда нет рассеяния электронов, а при наличии рассеяния длина когерентности

Figure 00000024
, где
Figure 00000025
- средняя длина свободного пробега электрона.The concept of coherence length as applied to superconductors was also introduced by AB Pippard [43]. The Pippard coherence length (ξ 0 ) is the minimum size of wave packets that superconducting charge carriers can form in a pure (defect-free) material when there is no electron scattering, and in the presence of scattering, the coherence length
Figure 00000024
where
Figure 00000025
is the mean free path of an electron.

Волновые функции в этих теориях имеют разный смысл. Длины когерентности в этих теориях также имеют разный смысл и относятся к сверхпроводящим электронам в зоне проводимости сверхпроводника.The wave functions in these theories have different meanings. The coherence lengths in these theories also have different meanings and relate to superconducting electrons in the conduction band of a superconductor.

Напротив, в заявленном изобретении гиперпроводимость и сверхтеплопроводность обусловлены электронами локальных центров и их когерентными колебаниями, а не электронами зоны проводимости материала как в серхпроводнике. Известные в сверхпроводниковой науке длины когерентности нельзя обоснованно применить для описания характерных размеров участков гиперпроводника с когерентными колебаниями. В связи с этим необходима длина когерентности Λ, которая представляет характерный размер области материала с когерентными колебаниями и поэтому имеющей нулевые электрическое и тепловое сопротивления.On the contrary, in the claimed invention, hyperconductivity and superconductivity are due to the electrons of the local centers and their coherent oscillations, and not to the electrons of the material’s conduction band as in the seroconductor. The coherence lengths known in superconducting science cannot be reasonably used to describe the characteristic sizes of sections of a hyperconductor with coherent oscillations. In this regard, the coherence length Λ is required, which represents the characteristic size of the material region with coherent oscillations and therefore having zero electrical and thermal resistance.

Гиперпроводимость и сверхтеплопроводность обусловлены взаимодействием электронов, фононов и I-колебаний на ЭКЦ и этим принципиально отличаются от сверхпроводимости, обусловленной электронами проводимости связанными фононами в куперовские пары. Видимо в природе есть много механизмов формирования нулевого электрического сопротивления (с наборами различных свойств) из которых нам пока известны только сверхпроводимость и гиперпроводимость. Однако нельзя механически распространять на гиперпроводники свойства сверхпроводников только потому, что сверхпроводники стали известны раньше. Поэтому целесообразно уточнить смысл длины когерентности Λ.Hyperconductivity and super thermal conductivity are due to the interaction of electrons, phonons and I-oscillations at the ECC and this fundamentally differs from superconductivity due to conduction electrons bound by phonons into Cooper pairs. Apparently in nature there are many mechanisms for the formation of zero electrical resistance (with sets of various properties), of which so far we only know superconductivity and hyperconductivity. However, one cannot mechanically extend the properties of superconductors to hyperconductors only because superconductors have become known before. Therefore, it is advisable to clarify the meaning of the coherence length Λ.

Длину когерентности Λ для отдельной когерентной области в термодинамически равновесных условиях, когда она не взаимодействует с другими когерентными областями или с границами однородного материала, можно определить количественно. По соображениям минимума поверхностной энергии область когерентности в изотропном материале должна иметь форму шара с радиусом, равным длине когерентности Λ. На фиг. 8 изображено сечение материала плоскостью (XY) проходящей через центр сферической области когерентности. Граница области когерентности на фиг. 8 показана пунктирной окружностью с радиусом Λ. Рассеяние энергии I-колебаний происходит в прилежащей к когерентной области части кристалла, являющейся областью рассеяния энергии, которая имеет форму сферического слоя с толщиной, равной средней длине рассеяния энергии электрона

Figure 00000026
и объем
Figure 00000027
. В области рассеяния имеется
Figure 00000028
центров рассеяния. За среднее время рассеяния энергии (τе) на этих центрах в среднем рассеивается энергия, равная
Figure 00000029
. С другой стороны, за это же время те колебательная энергия (Екол) уменьшается в е раз то есть на (1-1/е)Екол. Если приравнять эти энергии друг к другу и положить
Figure 00000030
, то получается алгебраическое уравнение:The coherence length Λ for a single coherent region under thermodynamically equilibrium conditions, when it does not interact with other coherent regions or with the boundaries of a homogeneous material, can be quantified. For reasons of minimum surface energy, the coherence region in an isotropic material should have the shape of a ball with a radius equal to the coherence length Λ. In FIG. Figure 8 shows a section of a material by a plane (XY) passing through the center of a spherical coherence region. The boundary of the coherence region in FIG. 8 is shown by a dashed circle with radius Λ. The energy dissipation of I-vibrations occurs in the part of the crystal adjacent to the coherent region, which is the energy dissipation region, which has the form of a spherical layer with a thickness equal to the average electron energy dissipation length
Figure 00000026
and volume
Figure 00000027
. In the scattering region there is
Figure 00000028
scattering centers. During the average energy dissipation time (τ e ), these centers average energy dissipation equal to
Figure 00000029
. On the other hand, during the same time, those vibrational energy (E count ) decreases e times, i.e., by (1-1 / e) E count . If you equate these energies to each other and put
Figure 00000030
, we obtain the algebraic equation:

Figure 00000031
Figure 00000031

которое имеет следующее решение:which has the following solution:

Figure 00000032
Figure 00000032

где

Figure 00000033
, δ - доля энергии, рассеиваемой в одном акте рассеяния,
Figure 00000034
- средняя длина свободного пробега,Where
Figure 00000033
, δ is the fraction of energy dissipated in one scattering event,
Figure 00000034
- average mean free path,

Figure 00000035
Figure 00000035

и величинаand value

Figure 00000036
Figure 00000036

не зависит от температуры материала Т. В формуле (15) приняты следующие обозначения: m* - эффективная масса носителя заряда, k - постоянная Больцмана, ζ - доля энергии, рассеиваемой носителем заряда в одном акте рассеяния, М - масса и Ω - объем элементарной ячейки материала,

Figure 00000037
- интеграл по объему элементарной ячейки кристалла, Uk - амплитуда электронной волновой функции Блоха, Vзв - скорость звука в материале,
Figure 00000038
- постоянная Дирака, θ - параметр гауссова распределения температурной зависимости интенсивности I(Т) электронно-колебательных переходов [17-20]:does not depend on the temperature of the material T. In the formula (15), the following notation is used: m * is the effective mass of the charge carrier, k is the Boltzmann constant, ζ is the fraction of energy dissipated by the charge carrier in one scattering event, M is the mass, and Ω is the elementary volume material cells
Figure 00000037
is the integral over the volume of the unit cell of the crystal, U k is the amplitude of the electronic Bloch wave function, V sv is the speed of sound in the material,
Figure 00000038
is the Dirac constant, θ is the parameter of the Gaussian distribution of the temperature dependence of the intensity I (T) of electronic-vibrational transitions [17–20]:

Figure 00000039
Figure 00000039

где Тm - температура материала при максимальной интенсивности электронно-колебательных переходов, т.е. maxI(T)=I(Tm). Установлено, что температура Тm совпадает с температурами Дебая связанных на ЭКЦ фононов. Параметр θ имеет размерность температуры, но его величина не зависит от температуры материала и для многих материалов θ обычно имеет постоянное значение, лежащее в примерных пределах от 2 K до 6 K.where T m is the material temperature at the maximum intensity of electron-vibrational transitions, i.e. maxI (T) = I (T m ). It was found that the temperature T m coincides with the Debye temperatures of phonons connected at the ECC. The parameter θ has a dimensionality of temperature, but its value does not depend on the temperature of the material and for many materials θ usually has a constant value lying in the approximate range from 2 K to 6 K.

Из (13) видно, что длина когерентности зависит от колебательной энергии когерентной области Екол, которая обычно увеличивается при увеличении температуры материала, а образование когерентной области возможно при X>0, когда Екол>0,79kθ, т.е. при температурах около 1,5 K и выше.It can be seen from (13) that the coherence length depends on the vibrational energy of the coherent region E count , which usually increases with increasing material temperature, and the formation of a coherent region is possible at X> 0, when E count > 0.79 kθ, i.e. at temperatures of about 1.5 K and above.

На фиг. 9 показано сечение материала между электродами плоскостью, проходящей через центр области когерентности радиусом Λ=D/2 расположенной между электродами 1 и 2, разделенными расстоянием D. Из фиг. 9 видно, что для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами 1 и 2 следует установить расстояние D между электродами не более 2Λ, D≤2Λ, или обеспечить увеличение Λ до величины D/2 или более. Тогда электроды 1 и 2 будут соединены одной когерентной областью с нулевым сопротивлением, и на всем протяжении в материале между электродами будет существовать гиперпроводимость и сверхтеплопроводность.In FIG. 9 shows a cross section of the material between the electrodes by a plane passing through the center of the coherence region of radius Λ = D / 2 located between the electrodes 1 and 2 separated by the distance D. From FIG. Figure 9 shows that for the implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes 1 and 2, it is necessary to set the distance D between the electrodes no more than 2Λ, D≤2Λ, or provide an increase in Λ to a value of D / 2 or more. Then the electrodes 1 and 2 will be connected by one coherent region with zero resistance, and throughout the course of the material between the electrodes there will be hyperconductivity and super thermal conductivity.

В реальном материале при нагревании от низких температур (≈1,5K) увеличивается концентрация и размеры когерентных областей, расстояния между когерентными областями уменьшаются, они могут смыкаться друг с другом при температуре Th и выше, обеспечивая гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами вплоть до температуры Tc. Однако при нагревании взаимно перекрываются и уменьшаются размеры областей рассеяния колебательной энергии, уменьшаются размеры самих когерентных областей в соответствии с обратной температурной зависимостью в (14). В результате возникшие в материале между электродами гиперпроводимость и сврхтеплопроводность прекращаются, исчезают выше некоторой температуры (Т*), электрическое и тепловое сопротивления отклоняются от нулевого значения и увеличиваются при дальнейшем нагревании материала. Реальная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами качественно представлена на фиг. 10. В области низких температур, ниже

Figure 00000040
, возможна традиционная сверхпроводимость. Гиперпроводимость (и сверхтеплопроводность) существует между Th и T*.In real material, when heated from low temperatures (≈1.5 K), the concentration and sizes of coherent regions increase, the distances between coherent regions decrease, they can close together at temperatures T h and above, providing hyperconductivity and super thermal conductivity in the material between the electrodes up to temperature T c . However, upon heating, the sizes of the regions of scattering of vibrational energy mutually overlap and decrease, and the sizes of the coherent regions themselves decrease in accordance with the inverse temperature dependence in (14). As a result, the hyperconductivity and thermal conductivity arising in the material between the electrodes cease, disappear above a certain temperature (T * ), the electrical and thermal resistances deviate from zero and increase with further heating of the material. The real temperature dependence of the electrical resistance of the material between the electrodes is qualitatively presented in FIG. 10. At low temperatures, lower
Figure 00000040
, traditional superconductivity is possible. Hyperconductivity (and super thermal conductivity) exists between T h and T * .

Уменьшение расстояния между электродами D позволяет уменьшить температуру Th и увеличить температуру T*, т.е. позволяет увеличить температурный интервал существования гиперпроводимости между электродами. Увеличение расстояния между электродами D до величин более 4Λ препятствует осуществлению гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в условиях прототипа [16], но это препятствие может быть устранено за счет дополнительного, альтернативного отвода колебательной энергии из материала. Возможные способы отвода колебательной энергии из материала предложены в данном изобретении.Reducing the distance between the electrodes D allows you to reduce the temperature T h and increase the temperature T * , i.e. allows you to increase the temperature range of the existence of hyperconductivity between the electrodes. Increasing the distance between the electrodes D to values greater than 4Λ prevents the implementation of hyperconductivity and superconductivity under the conditions of the prototype [16], but this obstacle can be eliminated by an additional, alternative removal of vibrational energy from the material. Possible methods for removing vibrational energy from a material are provided in this invention.

Эффекты Джозефсона, происходящие в сверхпроводниковых туннельных контактах и состоящих в туннелировании куперовских электронных пар сквозь зазор между сверхпроводниками, отличаются от процессов туннелирования электронов, происходящих между когерентными областями в туннельных гиперпроводниковых структурах, в связи с чем электрические эффекты, происходящие в гиперпроводниковых туннельных структурах, являются аналогами эффектов Джозефсона. Установлено, что при наличии между когерентными областями туннельно тонкого для электронов зазора (вакуумного, диэлектрического или состоящего из атомов основного или иного вещества) между этими когерентными областями возникают и существуют аналоги эффектов Джозефсона, вызванные туннелированием электронов когерентных областей сквозь туннельно тонкий зазор. В отличие от эффектов Джозефсона, обусловленных туннелированием куперовских пар электронов и происходящих при температурах ниже температуры сверхпроводящего перехода, аналоги эффектов Джозефсона обусловлены туннелированием электронов сквозь туннельно тонкий зазор между соседними когерентными областями при околокомнатных и более высоких температурах. Участия куперовских электронных пар в аналогах эффектов Джозефсона не выявлено.The Josephson effects occurring in superconducting tunnel junctions and consisting in the tunneling of Cooper electron pairs through the gap between superconductors differ from the electron tunneling processes occurring between coherent regions in tunneling hyperconducting structures, and therefore the electrical effects occurring in hyperconducting tunneling structures are analogous to Josephson effects. It has been established that when there is a gap between the coherent regions of a tunnel-thin gap for electrons (vacuum, dielectric, or consisting of atoms of the main or other substance) between these coherent regions, analogs of Josephson effects arise and exist, caused by the tunneling of electrons of coherent regions through the tunnel thin gap. In contrast to the Josephson effects due to the tunneling of Cooper pairs of electrons and occurring at temperatures below the superconducting transition temperature, the analogs of the Josephson effects are due to the tunneling of electrons through a tunnel thin gap between adjacent coherent regions at near-room and higher temperatures. The participation of Cooper electron pairs in analogues of Josephson effects was not revealed.

Аналог стационарного эффекта Джозефсона проявляется в виде постоянного электрического тока (I0) протекающего между когерентными областями или в виде разности напряжений между когерентными областями, разделенными туннельно тонким зазором толщиной d, даже если между когерентными областями не приложено внешнее электрическое напряжение. Полярность (направление тока) стационарного эффекта Джозефсона определяется знаком разности фаз когерентных колебаний этих областей. Ток I0 образован теми электронами, которые туннелируют между электронно-колебательными состояниями соседних когерентных областей при участии связанных с ними фононов и I-колебаний.An analogue of the stationary Josephson effect manifests itself in the form of a constant electric current (I 0 ) flowing between coherent regions or in the form of a voltage difference between coherent regions separated by a tunnel thin gap of thickness d, even if no external electric voltage is applied between the coherent regions. The polarity (current direction) of the stationary Josephson effect is determined by the sign of the phase difference of the coherent oscillations of these regions. The current I 0 is formed by those electrons that tunnel between the electron-vibrational states of neighboring coherent regions with the participation of the associated phonons and I-vibrations.

Аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона проявляется в виде переменного (ВЧ или СВЧ) электрического тока с циклической частотой

Figure 00000041
, протекающего между когерентными областями, если между этими когерентными областями приложено внешнее постоянное напряжение V.An analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect manifests itself in the form of an alternating (RF or microwave) electric current with a cyclic frequency
Figure 00000041
flowing between coherent regions if an external constant voltage V is applied between these coherent regions

Отличительные признаки заявленного изобретения близки к отличительным признакам известного способа [16] который целесообразно принять в качестве прототипа заявленного изобретения. В прототипе используют образец полупроводникового материала с выпрямляющими электродами 1 и 2, разделенными расстоянием D, вводят в материал ЭКЦ. В прототипе, как и в заявленном изобретении, используют электронно-колебательные переходы между различными ЭКЦ и возникающие при этом электрические токи и тепловые потоки. В прототипе указаны пределы допустимой концентрации ЭКЦ (N) (от 2⋅1012 см-3 до 6⋅1017 см-3), установленные путем анализа экспериментальных данных о туннелировании электронов сквозь тонкие диэлектрические слои в контактах металл-диэлектрик-полупроводник и особенности зонной структуры встречно включенных контактов Шоттки [44-46]. Характерные данные о таких процессах туннелирования электронов сквозь диэлектрический слой толщиной h в структурах на основе InP приведены на фиг. 11. Из представленных на фиг. 11 данных видно, что максимальная концентрация ЭКЦ для электронно-колебательных процессов достигает Nmax=6⋅1017 см-3. Минимальная концентрация ЭКЦ близка к Nmin=2⋅1012 см-3, что вытекает из теоретической оценки и соответствует современным технологическим и метрологическим возможностям уменьшать N до таких значений и измерять такие концентрации ЭКЦ с приемлемой точностью. Известное правило «1/3», определяющее высоту потенциального барьера Шоттки в контакте металл-полупроводник, изложено в [47, стр. 287].Distinctive features of the claimed invention are close to the distinctive features of the known method [16] which it is advisable to accept as a prototype of the claimed invention. The prototype uses a sample of a semiconductor material with rectifying electrodes 1 and 2, separated by a distance D, is introduced into the material of the ECC. In the prototype, as in the claimed invention, use is made of electronic-vibrational transitions between different ECCs and the resulting electric currents and heat fluxes. The prototype shows the limits of the permissible concentration of ECC (N) (from 2⋅10 12 cm -3 to 6⋅10 17 cm -3 ) established by analyzing experimental data on electron tunneling through thin dielectric layers in metal-insulator-semiconductor contacts and features band structure of counterclosed Schottky contacts [44–46]. Typical data on such processes of electron tunneling through a dielectric layer of thickness h in InP-based structures are shown in FIG. 11. From those shown in FIG. 11 data it is seen that the maximum concentration of ECC for electronic-vibrational processes reaches N max = 6⋅10 17 cm -3 . The minimum concentration of ECC is close to N min = 2⋅10 12 cm -3 , which follows from a theoretical assessment and corresponds to modern technological and metrological capabilities to reduce N to such values and measure such ECC concentrations with acceptable accuracy. The well-known “1/3” rule, which determines the height of the Schottky potential barrier in a metal-semiconductor contact, is described in [47, p. 287].

В прототипе выбирают D<<L, где L - глубина проникновения в материал электрического поля, вызванного контактной разностью потенциалов, Dmin=10 нанометров, Dmax=30 мкм. Однако в заявленном изобретении показано, что возможности выбора величины D существенно изменяются в зависимости от внешних по отношению к материалу между электродами условий, в частности, от интенсивности вывода из материала колебательной энергии вследствие чего величина D может существенно превышать указанную в прототипе Dmax.In the prototype, choose D << L, where L is the penetration depth of the electric field into the material caused by the contact potential difference, D min = 10 nanometers, D max = 30 μm. However, in the claimed invention it is shown that the possibilities for choosing the value of D vary significantly depending on external conditions relative to the material between the electrodes, in particular, on the intensity of the output of vibrational energy from the material, as a result of which the value of D can significantly exceed that indicated in the prototype D max .

Критика прототипа изобретения. Использование прототипа изобретения при осуществлении гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в различных полупроводниковых материалах выявило его низкую эффективность. Говоря техническим языком, применение прототипа обеспечивает достижение цели изобретения, но выход годных к техническому применению приборов, демонстрирующих гиперпроводимость и сверхтеплопроводность, является небольшим, то есть эффективность прототипа невелика, нередко она составляет процент или менее процента. В связи с этим необходим способ, обеспечивающий существенное увеличение эффективности прототипа, необходим способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности.Criticism of the prototype of the invention. The use of the prototype of the invention in the implementation of hyperconductivity and superconductivity in various semiconductor materials has revealed its low efficiency. In technical language, the use of the prototype ensures the achievement of the purpose of the invention, but the yield of devices suitable for technical use demonstrating hyperconductivity and super thermal conductivity is small, that is, the effectiveness of the prototype is small, often it is a percentage or less than a percent. In this regard, a method is needed that provides a significant increase in the effectiveness of the prototype, a method is needed for the effective implementation of hyperconductivity and super thermal conductivity.

Целью данного изобретения является создание способа эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности.The aim of this invention is to provide a method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Указанная цель изобретения достигается тем, что применяют заявленный способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности согласно пункту 1 формулы которого, как и в прототипе, используют невырожденный или слабо вырожденный полупроводниковый материал, размещают на его поверхности или в его объеме электроды 1 и 2, образующие выпрямляющие контакты с материалом, такие как контакты металл-полупроводник, контакты Шоттки, отличающийся тем, что расстояние между электродами (D) выбирают не более 4Λ, D≤4Λ, где Λ - длина когерентности; характерный размер контактной области каждого электрода с материалом выбирают не более четверти длины ВЧ или СВЧ волны в материале

Figure 00000042
, где с - скорость света в вакууме, ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала, F - характерная резонансная частота замедляющего устройства; устанавливают и поддерживают тепловой контакт материала с термостатом; устанавливают и поддерживают согласованную электромагнитную связь части материала, примыкающей к электроду 1, или (и) части материала, примыкающей к электроду 2, или материала, или части материала расположенного между электродами 1 и 2, с высокочастотным (высокочастотными, ВЧ) и (или) сверхвысокочастотным (сверхвысокочастотными) (СВЧ) замедляющим устройством (замедляющими устройствами) таким (такими) как коаксиальная линия, волноводная линия, полосковая линия, резонатор, колебательный контур, которые характеризуются резонансными частотами (F) в диапазоне от 106 Гц до 3⋅1015 Гц и добротностями Q≥10; материал нагревают до температуры (Т), равной или превышающей температуру гиперпроводящего перехода (Th), до температур существования гиперпроводимости и свертеплопроводности (Тh≤Т≤Т*), в результате электрическое сопротивление и тепловое сопротивление материала между электродами обращаются в ноль, то есть осуществляется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность, усиливается эффект Мейснера; измеряют электрическое и (или) тепловое сопротивление материала между электродами, и (или) Th, и (или) Λ,, или (и) эффект Мейснера, или (и) уровень внутренних (собственных) шумов.This objective of the invention is achieved by applying the claimed method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity according to paragraph 1 of the formula of which, as in the prototype, use non-degenerate or slightly degenerate semiconductor material, place electrodes 1 and 2 on its surface or in its volume, forming rectifying contacts with the material, such as metal-semiconductor contacts, Schottky contacts, characterized in that the distance between the electrodes (D) is chosen no more than 4Λ, D≤4Λ, where Λ is the length of the coher essence; the characteristic size of the contact area of each electrode with the material is chosen no more than a quarter of the length of the RF or microwave waves in the material
Figure 00000042
where c is the speed of light in vacuum, ε is the relative permittivity of the material, F is the characteristic resonant frequency of the moderator; establish and maintain thermal contact of the material with the thermostat; establish and maintain a coordinated electromagnetic coupling of the part of the material adjacent to the electrode 1, or (and) the part of the material adjacent to the electrode 2, or the material, or the part of the material located between the electrodes 1 and 2, with high-frequency (high-frequency, high-frequency) and (or) microwave (microwave) slow-down device (slow-down devices) such (such as) a coaxial line, a waveguide line, a strip line, a resonator, an oscillatory circuit, which are characterized by resonant frequencies (F) in the range from 10 6 Hz to 3 × 10 15 Hz and Q factors Q≥10; the material is heated to a temperature (T) equal to or higher than the temperature of the hyperconducting transition (T h ), to the temperatures of the existence of hyperconductivity and superconductivity (T h ≤T≤T * ), as a result, the electrical resistance and thermal resistance of the material between the electrodes become zero, then there is hyperconductivity and super thermal conductivity, the Meissner effect is enhanced; measure the electrical and (or) thermal resistance of the material between the electrodes, and (or) T h , and (or) Λ ,, or (and) the Meissner effect, or (and) the level of internal (intrinsic) noise.

Согласно п. 2 формулы в способе по п. 1 с целью стабилизации гиперпроводящего перехода материал между электродами нагревают от температуры ≈1,5K или от более высокой температуры до температур существования гиперпроводимости (Th≤Т≤T*), прекращают нагрев или (и) создают в материале поперечное к току магнитное поле с индукцией до 2 Тесла на время до 60 секунд, поддерживают температуру материала в диапазоне между Th и T*; в результате электрическое сопротивление и тепловое сопротивление материала между электродами обращаются в ноль и тем самым осуществляется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность, усиливается эффект Мейснера.According to claim 2, in the method according to claim 1, in order to stabilize the hyperconducting transition, the material between the electrodes is heated from a temperature of ≈1.5 K or from a higher temperature to the existence temperatures of hyperconductivity (T h ≤T≤T *) , the heating is stopped or (and ) create a magnetic field transverse to the current in the material with an induction of up to 2 Tesla for up to 60 seconds, maintain the temperature of the material in the range between T h and T * ; as a result, the electrical resistance and thermal resistance of the material between the electrodes turn to zero and thereby hyperconductivity and super thermal conductivity are realized, the Meissner effect is enhanced.

Согласно п. 3 формулы в способе по п. 1 с целью уменьшения температуры гиперпроводящего перехода Th за счет увеличения длины когерентности Λ и с целью усиления эффекта Мейснера размер материала (b) выбирают не менее двух длин когерентности (2Λ), (b≥2Λ), например выбирают толщину пластины материала не менее 2Λ или толщину слоя материала не менее 2Λ на полупроводниковой, полуизолирующей или диэлектрической подложке; измеряют Тh, и (или) Λ, и (или) величину эффекта Мейснера.According to claim 3 of the formula in the method according to claim 1, in order to reduce the temperature of the hyperconducting transition T h by increasing the coherence length Λ and in order to enhance the Meissner effect, the material size (b) is chosen at least two coherence lengths (2Λ), (b≥2Λ ), for example, choose a material plate thickness of at least 2Λ or a material layer thickness of at least 2Λ on a semiconductor, semi-insulating or dielectric substrate; measure T h , and (or) Λ, and (or) the value of the Meissner effect.

Согласно п. 4 формулы в способе по п. 3 с целью осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в объеме материала с размерами, многократно превышающими 2Λ, а также с целью усиления эффекта Мейснера на поверхности или (и) в объеме материала размещают вкрапления частиц, образующих выпрямляющие контакты с материалом, например, вкрапления металлических частиц с размерами (с) не более Λ, (с≤Λ), в концентрации от (2Λ)-3 до (2с)-3 или (и) частиц из которых каждая в отдельности или группа (группы) частиц образуют замедляющую систему (замедляющие системы) или (и) является (являются) частью (частями) замедляющей системы (замедляющих систем); измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th и (или) длину когерентности Λ, и (или) величину эффекта Мейснера.According to claim 4, in the method according to claim 3, in order to realize hyperconductivity and superconductivity in the bulk of the material with dimensions many times greater than 2Λ, and also with the aim of enhancing the Meissner effect, interspersed particles forming rectifying contacts are placed on the surface or (and) in the bulk of the material with a material, for example, interspersed metal particles with sizes (c) of no more than Λ, (c≤Λ), in a concentration of (2Λ) -3 to (2c) -3 or (s) of particles of which each is individually or a group ( groups) of particles form a slowing system (slowing down with systems) or (and) is (are) a part (parts) of a retarding system (retarding systems); measure the temperature of the hyperconducting transition T h and (or) the coherence length Λ, and (or) the magnitude of the Meissner effect.

Согласно п. 5 формулы в способе по п. 3 с целью осуществления аналога стационарного эффекта Джозефсона устанавливают расстояние между электродами превышающее четыре длины когерентности (4Λ) на величину туннельно прозрачного зазора величиной d между областями когерентности, (D=4Λ+d), (10А°≤d≤50 микрон); измеряют постоянный ток в материале между электродами 1 и 2 и (или) его направление, полярность, или (и) измеряют постоянную разность потенциалов между электродами 1 и 2 и (или) ее полярность; результаты измерений интерпретируют как величину аналога стационарного эффекта Джозефсона и его полярность, соответственно.According to p. 5 of the formula, in the method according to p. 3, in order to implement an analog of the stationary Josephson effect, the distance between the electrodes is set in excess of four coherence lengths (4Λ) by the tunnel-transparent gap of d between the coherence regions, (D = 4Λ + d), (10А ° ≤d≤50 microns); measure the direct current in the material between the electrodes 1 and 2 and (or) its direction, polarity, or (and) measure the constant potential difference between the electrodes 1 and 2 and (or) its polarity; the measurement results are interpreted as the value of the analogue of the stationary Josephson effect and its polarity, respectively.

Согласно п. 6. в способе по п. 5 с целью осуществления аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона между электродами 1 и 2 прикладывают постоянное напряжение произвольной полярности величиной менее напряжения пробоя данной структуры; измеряют величину переменного напряжения между электродами и (или) измеряют частоту (частоты) переменного напряжения или (и) измеряют величину переменного тока в материале между электродами и (или) измеряют частоту (частоты) переменного тока в материале между электродами и (или) измеряют фазу напряжения и (или) фазу тока; результаты измерений, соответственно, идентифицируют как величину, частоту и фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.According to p. 6. in the method according to p. 5, in order to implement an analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect, a constant voltage of arbitrary polarity less than the breakdown voltage of this structure is applied between electrodes 1 and 2; measure the magnitude of the alternating voltage between the electrodes and (or) measure the frequency (frequencies) of alternating voltage or (and) measure the magnitude of the alternating current in the material between the electrodes and (or) measure the frequency (frequencies) of alternating current in the material between the electrodes and (or) measure the phase voltage and (or) phase of current; the measurement results, respectively, are identified as the magnitude, frequency and phase of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect.

Согласно п. 7 формулы в способе по п. 5 с целью осуществления аналогов эффектов Джозефсона используют два материала отделенных друг от друга туннельно тонким диэлектрическим слоем толщиной d, размер каждого материала выбирают не менее четырех длин когерентности (4Λ), на внешней поверхности или в объеме каждого материала размещают электрод (электроды), образующий (образующие) выпрямляющий контакт (выпрямляющие контакты) с материалом, например, контакт (контакты) металл-полупроводник; измеряют постоянный ток между электродами 1 и 2 в данной структуре (электрод 1 - материал 1 - диэлектрик - материал 2 - электрод 2); измеряют постоянную разность потенциалов между этими электродами; результаты измерений интерпретируют как аналог стационарного эффекта Джозефсона; прикладывают постоянное напряжение между электродами величиной, не достигающей напряжения электрического пробоя данной структуры, измеряют переменное напряжение между электродами 1 и 2 и (или) переменный ток в материале между электродами, а результаты измерений идентифицируют как аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона; измеряют частоту (частоты) переменного напряжения между электродами и (или) переменного тока в материале между электродами и (или) фазы тока и напряжения; результаты измерений идентифицируют как величину, частоту (частоты) и фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.According to p. 7 of the formula, in the method according to p. 5, in order to implement analogues of the Josephson effects, two materials are used, separated from each other by a tunnel thin dielectric layer of thickness d, the size of each material is chosen at least four coherence lengths (4Λ), on the outer surface or in the volume each material is placed an electrode (electrodes), forming (forming) a rectifying contact (rectifying contacts) with the material, for example, contact (contacts) metal-semiconductor; measure the direct current between the electrodes 1 and 2 in this structure (electrode 1 - material 1 - dielectric - material 2 - electrode 2); measure a constant potential difference between these electrodes; the measurement results are interpreted as an analog of the stationary Josephson effect; apply a constant voltage between the electrodes with a value that does not reach the electrical breakdown voltage of this structure, measure the alternating voltage between electrodes 1 and 2 and / or alternating current in the material between the electrodes, and the measurement results are identified as an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect; measure the frequency (s) of the alternating voltage between the electrodes and (or) the alternating current in the material between the electrodes and (or) the phase of the current and voltage; The measurement results are identified as the magnitude, frequency (s) and phase of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect.

Согласно п. 8 формулы в способе по п. 5 с целью осуществления эффектов Джозефсона используют два различных материала образующих гетероструктуру; на внешней поверхности или в объеме каждого материала устанавливают электрод, образующий выпрямляющий контакт с материалом, например, контакт металл-полупроводник; измеряют постоянный ток в материале между электродами 1 и 2 или (и) измеряют напряжение между электродами и его полярность и идентифицируют результаты измерений как величину и полярность стационарного эффекта Джозефсона; между электродами 1 и 2 прикладывают постоянное напряжение величиной не более напряжения пробоя данной гетероструктуры, измеряют величину и (или) частоту и (или) фазу напряжения между электродами и (или) тока в материале между электродами и идентифицируют их как величину, частоту, фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.According to claim 8, in the method of claim 5, two different materials forming a heterostructure are used to implement Josephson effects; an electrode is formed on the outer surface or in the volume of each material, forming a rectifying contact with the material, for example, a metal-semiconductor contact; measure the direct current in the material between the electrodes 1 and 2 or (and) measure the voltage between the electrodes and its polarity and identify the measurement results as the magnitude and polarity of the stationary Josephson effect; a constant voltage of no more than the breakdown voltage of a given heterostructure is applied between electrodes 1 and 2, the magnitude and (or) frequency and (or) phase of the voltage between the electrodes and (or) the current in the material between the electrodes are measured, and they are identified as the magnitude, frequency, phase of the analog high-frequency non-stationary Josephson effect.

Согласно п. 9 формулы в способе по п. 6 с целью регулирования величины, частоты, фазы высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона и (или) величины эффекта Мейснера посредством электрического напряжения между электродами 1 и 2, между этими электродами прикладывают постоянное или низкочастотное

Figure 00000043
переменное напряжение величиной V не более напряжения пробоя данной структуры; изменяют полярность и (или) фазу этого напряжения и (или) его величину; измеряют полярность и (или) фазу и (или) частоту аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона и (или) измеряют изменения величины эффекта Мейснера.According to claim 9, in the method according to claim 6, in order to control the magnitude, frequency, phase of the high-frequency non-stationary Josephson effect and (or) the magnitude of the Meissner effect by means of an electric voltage between electrodes 1 and 2, a constant or low frequency frequency is applied between these electrodes
Figure 00000043
alternating voltage of V no more than the breakdown voltage of this structure; change the polarity and (or) the phase of this voltage and (or) its value; measure the polarity and (or) phase and (or) the frequency of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect and (or) measure changes in the magnitude of the Meissner effect.

Согласно п. 10 формулы в способе по п. 5 с целью регулирования температуры гиперпроводящего перехода Тh, величины эффектов Джозефсона, частоты и фазы высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также величины эффекта Мейснера с помощью электромагнитного излучения в материал между электродами 1 и 2 направляют электромагнитное излучение интенсивностью до

Figure 00000044
квантов⋅с-1см-2, где N* - эффективное число электронных состояний в разрешенной энергетической зоне материала, ζ - коэффициент оптического поглощения и τ - время жизни электронов (дырок), в спектральном диапазоне собственного, основного, фундаментального поглощения материала или (и) в спектральном диапазоне электронно-колебательных переходов ЭКЦ или (и) в спектральном диапазоне упругих колебаний с частотами фононов локализованных на ЭКЦ электронов; измеряют вызванные излучением изменения мощности (мощностей) рассеивающихся в нагрузках связанных с материалом замедляющих устройств или (и) измеряют изменения величины (величин) аналогов эффектов Джозефсона или (и) измеряют изменение частоты (частот) и фазы (фаз) аналога высокочастотного эффекта Джозефсона или (и) измеряют изменение температуры гиперпроводящего перехода (Тh) или (и) измеряют изменения величины эффекта Мейснера; по результатам измерений делают вывод о свойствах излучения, например, о интенсивности регулирующего излучения, о его поляризации, о его частоте, о его когерентности.According to paragraph 10 of the formula in the method according to claim 5, in order to control the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects, the frequency and phase of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the magnitude of the Meissner effect using electromagnetic radiation in the material between the electrodes 1 and 2 direct electromagnetic radiation up to
Figure 00000044
quanta⋅s -1 cm -2 , where N * is the effective number of electronic states in the allowed energy zone of the material, ζ is the optical absorption coefficient and τ is the lifetime of electrons (holes) in the spectral range of intrinsic, fundamental, fundamental absorption of the material or ( i) in the spectral range of electronic-vibrational transitions of the ECC or (and) in the spectral range of elastic vibrations with phonon frequencies of electrons localized on the ECC; measuring radiation-induced changes in the power (capacities) of the moderators dissipating in the loads associated with the material; and (i) measuring changes in the magnitude (s) of the analogs of Josephson effects or (and) measuring changes in the frequency (frequencies) and phase (s) of an analog of the high-frequency Josephson effect or ( i) measure the change in temperature of the hyperconducting transition (T h ) or (i) measure changes in the magnitude of the Meissner effect; according to the measurement results, a conclusion is drawn about the properties of radiation, for example, about the intensity of regulatory radiation, about its polarization, about its frequency, about its coherence.

Согласно п. 11 формулы в способе по п. 10 с целью стабилизации гиперпроводящего и сверхтеплопроводного состояния, стабилизации температуры гиперпроводящего перехода Тh, величин эффектов Джозефсона и частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также с целью изменения величины эффекта Мейснера толщину полупроводниковой пластины, или толщину полупроводникового слоя на подложке, или толщину подложки, или общую толщину полупроводникового слоя и подложки, или расстояние (расстояния) между взаимно параллельными границами материала или материала и подложки выбирают равным (равными) или кратным (кратными) W=ПVзв/2, где Vзв - скорость звука, распространяющегося между взаимно параллельными границами полупроводника, подложки, или полупроводника и подложки; в материале между электродами создают переменное электрическое поле с напряженностью до SEz/e, где S - константа электрон-фононного взаимодействия и Ez - элементарный квант I-колебаний ядер в атомах, но не более напряжения пробоя, и (или) постоянное и (или) переменное магнитное поле с индукцией В≤2 Тл с периодом П; измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th, величину и (или) полярность аналога стационарного эффекта Джозефсона, величину и (или) частоту и (или) фазу высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, величину или (и) изменение величины эффекта Мейснера.According to p. 11 of the formula in the method according to p. 10 with the aim of stabilizing the hyperconducting and superconducting state, stabilizing the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects and the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, and also with the aim of changing the value of the Meissner effect the thickness of the semiconductor wafer, or thickness the semiconductor layer on the substrate, or the thickness of the substrate, or the total thickness of the semiconductor layer and the substrate, or the distance (distance) between mutually parallel boundaries material or material and the substrate is chosen equal to (equal to) or a multiple (multiple) of W = PV sv / 2, where V sv is the speed of sound propagating between mutually parallel boundaries of the semiconductor, substrate, or semiconductor and substrate; in the material between the electrodes create an alternating electric field with intensity up to SE z / e, where S is the constant of electron-phonon interaction and E z is the elementary quantum of I-vibrations of nuclei in atoms, but not more than the breakdown voltage, and (or) constant and ( or) an alternating magnetic field with induction B≤2 T with a period of P; measure the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude and (or) polarity of the analogue of the stationary Josephson effect, the magnitude and (or) the frequency and (or) phase of the high-frequency non-stationary Josephson effect, the magnitude and (or) change in the magnitude of the Meissner effect.

Согласно п. 12 формулы в способе по п. 5, с целью получения электрического тока посредством аналога стационарного эффекта Джозефсона обеспечивают приток тепла к материалу; направляют постоянный ток в материале между электродами, представляющий аналог стационарного эффекта Джозефсона или аналогичные токи от нескольких таких структур последовательно или параллельно в стационарное или мобильное потребляющее (потребляющие) электрический ток устройство (устройства).According to p. 12 of the formula in the method according to p. 5, in order to obtain an electric current through an analog of the stationary Josephson effect, heat is supplied to the material; direct a direct current in the material between the electrodes, representing an analog of the stationary Josephson effect or similar currents from several such structures in series or in parallel to a stationary or mobile device (s) that consume electric current.

Согласно п. 13 формулы в способах по п. 6 с целью получения электрического тока (электрической энергии) посредством аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона обеспечивают приток тепла к материалу, между электродами 1 и 2 поддерживают постоянную разность потенциалов величиной до SEz/e, но не более напряжения пробоя структуры; высокочастотный ток, протекающий между электродами и представляющий аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона направляют в потребляющие этот ток устройства, при необходимости этот ток детектируют (выпрямляют), а полученный в результате детектирования постоянный ток направляют в стационарное или мобильное потребляющее (потребляющие) электроэнергию устройство (устройства).According to paragraph 13 of the formula, in the methods of claim 6, in order to obtain electric current (electric energy) by means of an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, heat is supplied to the material, between electrodes 1 and 2 a constant potential difference of up to SE z / e is maintained, but not more voltage breakdown structure; the high-frequency current flowing between the electrodes and representing an analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect is sent to devices that consume this current, if necessary, this current is detected (rectified), and the direct current obtained as a result of detection is directed to a stationary or mobile device consuming (consuming) electric energy (device) .

Согласно п. 14 формулы в способе по п. 8 с целью регулирования температуры материала между электродами изменяют величины токов, представляющих аналог стационарного эффекта Джозефсона или (и) аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона изменяя величину нагрузочного сопротивления (импеданса) для этих токов; измеряют температуру материала между электродами.According to p. 14 of the formula in the method according to p. 8, in order to control the temperature of the material between the electrodes, the currents representing the analog of the stationary Josephson effect or (and) the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect are changed by changing the load resistance (impedance) for these currents; measure the temperature of the material between the electrodes.

Согласно п. 15 формулы в способе по п. 7 с целью регулирования величин аналогов эффектов Джозефсона, частоты аналога высокочастотного эффекта Джозефсона, величины эффекта Мейснера изменяют температуру материала между электродами в температурной области выше Th, то есть в области существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, измеряют величину аналога стационарного эффекта Джозефсона и (или) величину аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, и (или) частоту аналога высокочастотного эффекта Джозефсона, и (или) величину эффекта Мейснера.According to p. 15 of the formula in the method according to p. 7, in order to control the values of analogs of the Josephson effects, the frequency of the analog of the high-frequency Josephson effect, the values of the Meissner effect change the temperature of the material between the electrodes in the temperature region above T h , that is, in the region of hyperconductivity and superconductivity, measure the magnitude of the analog of the stationary Josephson effect and (or) the magnitude of the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, and (or) the frequency of the analog of the high-frequency Josephson effect, and (il i) the value of the Meissner effect.

Согласно п. 16 формулы в способе по п. 7 с целью регулирования температуры гиперпроводящего перехода Th, величины эффектов Джозефсона и частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также величины эффекта Мейснера используют полевой электрод, образующий выпрямляющий контакт или контакт металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с материалом между электродами, или используют несколько таких полевых электродов; к полевому электроду (к полевым электродам) подводят постоянные, переменные или импульсные внешние напряжения прямой или обратной полярности относительно материала величиной менее напряжения (напряжений) пробоя или разрушения структуры; измеряют изменение температуры гиперпроводящего перехода Th или (и) изменения величин эффектов Джозефсона или (и) изменение частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона или (и) изменение величины эффекта Мейснера вызванные действием напряжений на полевом электроде (на полевых электродах) относительно материала.According to claim 16, in the method according to claim 7, in order to control the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects and the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the magnitude of the Meissner effect, a field electrode is used that forms a rectifying contact or a metal-insulator-semiconductor contact ( MIS) with the material between the electrodes, or use several such field electrodes; constant, variable or pulsed external voltages of direct or reverse polarity with respect to a material less than the voltage (s) of breakdown or destruction of the structure are supplied to the field electrode (to the field electrodes); measure the change in the temperature of the hyperconducting transition T h or (and) the change in the magnitude of the Josephson effects or (and) the change in the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect or (and) the change in the magnitude of the Meissner effect caused by the action of voltages on the field electrode (field electrodes) relative to the material.

Согласно п. 17 формулы в способе по п. 10 с целью упрощения способа используют образец материала с одним электродом (с номером 1 или 2); постоянное или модулированное по амплитуде, или (и) по частоте или (и) по фазе или (и) по поляризации или (и) по направлению распространения и подлежащее регистрации излучение направляют в примыкающую к электроду часть материала; измеряют вызванные излучением изменения тока или (и) частоты тока в примыкающей к электроду части материала или (и) изменения величины и (или) частоты (частот) модуляции мощности, рассеивающейся в согласованной нагрузке связанного (связанных) с материалом замедляющего устройства (замедляющих устройств); по результатам измерений судят о свойствах регистрируемого излучения, например, о интенсивности и (или) о частоте и (или) о спектре модуляции, и (или) о поляризации, и (или) о направлении распространения регистрируемого излучения.According to p. 17 of the formula in the method according to p. 10, in order to simplify the method, use a sample of material with one electrode (with the number 1 or 2); constant or modulated in amplitude and / or frequency and / or phase and / or polarization and / or direction of propagation and radiation to be detected is directed to a part of the material adjacent to the electrode; changes in current and / or frequency of a current caused by radiation in a portion of the material adjacent to the electrode; ; the measurement results judge the properties of the detected radiation, for example, the intensity and (or) the frequency and (or) the modulation spectrum, and (or) the polarization, and (or) the direction of propagation of the detected radiation.

Согласно п. 18 формулы в способе по п. 17 с целью увеличения чувствительности при оптическом регулировании величины, частоты, фазы (полярности) аналогов эффектов Джозефсона на примыкающий к электроду материал наносят просветляющее в спектральной области регулирующего излучения покрытие или (и) устанавливают параллельно поверхности материала на расстоянии (h) кратном половине длины волны излучения зеркало, обращенное рабочей поверхностью к материалу; излучение направляют в примыкающий к электроду материал под острым углом не более arctg[2Λ/(h⋅i)] к направлению нормали к поверхностям материала и зеркала, где i - число отражений луча излучения от поверхности материала или зеркала; измеряют величину и (или) частоту и (или) фазу (полярность) эффекта (эффектов) Джозефсона и (или) величину или (и) изменение величины эффекта Мейснера.According to p. 18 of the formula in the method according to p. 17, in order to increase the sensitivity during optical regulation of the magnitude, frequency, phase (polarity) of analogs of Josephson effects, a coating that is adjacent to the electrode is coated with an antireflection material in the spectral region of the control radiation, or (and) it is installed parallel to the surface of the material at a distance (h) a multiple of half the radiation wavelength, a mirror facing the material with the working surface; radiation is directed into a material adjacent to the electrode at an acute angle of not more than arctan [2Λ / (h⋅i)] to the normal direction to the surfaces of the material and the mirror, where i is the number of reflections of the radiation beam from the surface of the material or mirror; measure the magnitude and (or) frequency and (or) phase (polarity) of the Josephson effect (s) and (or) the magnitude and (or) change in the magnitude of the Meissner effect.

Согласно п. 19 формулы в способе по п. 3 с целью регулирования длины когерентности Λ, величин аналогов эффектов Джозефсона, частоты высокочастотного нестационарного аналога эффекта Джозефсона, а также величины эффекта Мейснера изменяют добротность Q связанного (связанных) с материалом между электродами замедляющего устройства (замедляющих устройств) или (и) изменяют коэффициент (коэффициенты) связи замедляющего устройства (замедляющих устройств) с материалом между электродами; измеряют длину или изменения длины когерентности Λ или (и) изменения величины эффектов Джозефсона или (и) изменения частоты или (и) фазы высокочастотного эффекта Джозефсона или (и) изменение эффекта Мейснера.According to p. 19 of the formula in the method according to p. 3 in order to control the coherence length Λ, the values of analogues of the Josephson effects, the frequency of the high-frequency non-stationary analog of the Josephson effect, as well as the values of the Meissner effect, change the quality factor Q of the material connected (connected) between the electrodes of the retardation device devices) or (and) change the coefficient (coefficients) of the connection of the retarding device (retarding devices) with the material between the electrodes; measure the length or changes in the coherence length Λ or (and) changes in the magnitude of the Josephson effects or (and) changes in the frequency and / or phase of the high-frequency Josephson effect or (and) change in the Meissner effect.

Согласно п. 20 формулы в способе по п. 3 с целью регулирования температуры гиперпроводящего перехода Th, величины эффектов Джозефсона и эффекта Мейснера, частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также с целью улучшения стабильности гиперпроводящего состояния и уменьшения внутренних шумов в материале между электродами создают постоянное, переменное или импульсное магнитное поле с индукцией (В) до 2 Тесла; изменяют направление индукции по отношению к направлению электронно-колебательного тока между электродами или (и) изменяют частоту индукции или изменяют величину, направление и частоту индукции; измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th, или (и) величину (величины) или (и) частоту или (и) фазу (полярность) эффектов Джозефсона, или (и) эффект Мейснера, или (и) уровень внутренних шумов.According to claim 20, in the method according to claim 3, in order to control the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects and the Meissner effect, the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as to improve the stability of the hyperconducting state and reduce internal noise in the material between the electrodes permanent, alternating or pulsed magnetic field with induction (B) up to 2 Tesla; change the direction of induction with respect to the direction of the electron-vibrational current between the electrodes or (and) change the frequency of induction or change the magnitude, direction and frequency of induction; measure the temperature of the hyperconducting transition T h , or (and) the magnitude (s) or (and) the frequency or (and) the phase (polarity) of the Josephson effects, or (and) the Meissner effect, or (and) the level of internal noise.

Согласно п. 21 формулы в способе по п. 11 с целью регулирования температуры гиперпроводящего перехода Th, величины аналогов эффектов Джозефсона, частоты аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также эффекта Мейснера с помощью упругих волн в материал между электродами направляют упругую волну (упругие волны), то есть поток звука, инфразвука, ультразвука или гиперзвука с частотой F и с объемной плотностью мощности до

Figure 00000045
, где S - константа электрон-фононного взаимодействия, N - концентрация ЭКЦ, τ - время жизни электронов (дырок) в материале между электродами; изменяют частоту, направление распространения или (и) поляризацию упругой волны относительно направления между электродами; измеряют изменения температуры гиперпроводящего перехода Th или (и) величину стационарного или (и) величину, частоту и фазу высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона или (и) эффект Мейснера или его изменение.According to claim 21, in the method according to claim 11, in order to control the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the analogs of the Josephson effects, the frequency of the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the Meissner effect, the elastic wave is sent between the electrodes between the electrodes (elastic waves ), i.e., the flow of sound, infrasound, ultrasound or hypersound with a frequency F and with a power density of up to
Figure 00000045
where S is the electron-phonon interaction constant, N is the ECC concentration, τ is the electron (hole) lifetime in the material between the electrodes; change the frequency, direction of propagation or (and) the polarization of the elastic wave relative to the direction between the electrodes; measure changes in the temperature of the hyperconducting transition T h or (and) the value of the stationary or (and) the value, frequency and phase of the high-frequency non-stationary Josephson effect or (and) the Meissner effect or its change.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается применением теплового контакта материала с термостатом, использованием согласованной электромагнитной связи материала между электродами 1 и 2 или прилежащих к электродам частей материала с коаксиальной линией, волноводной линией, полосковой линией, с резонатором, колебательным контуром или другими замедляющими устройствами, имеющими резонансные частоты в диапазоне от 106 Гц до 3⋅1015 Гц и добротностями Q≥10, изменением добротностей, изменением коэффициента связи замедляющих устройств с материалом, нагреванием материала от начальных температур (≈1,5K), выбором определенных размеров электродов образующих выпрямляющие контакты с материалом, выбором величины расстояния D между электродами, выбором размера образца материала не менее 4Λ, изменением температуры материала между электродами в температурной области существования эффектов Мейснера, введением в материал вкраплений частиц определенных размеров и в определенной концентрации, образующих выпрямляющие контакты с материалом, в том числе вкраплений являющихся частями замедляющих систем или образующих замедляющие системы, выбором толщины d туннельно тонкого зазора между областями когерентности, измерением постоянного тока в материале между электродами 1 и 2 или постоянной разности потенциалов между электродами 1 и 2 и идентификацией результатов этих измерений как аналога стационарного эффекта Джозефсона, приложением постоянного электрического напряжения (V) между электродами 1 и 2 и измерением переменного тока в материале между электродами 1 и 2, измерением переменного напряжения между электродами 1 и 2 и идентификацией результатов измерений как аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, измерением частоты переменного тока в материале между электродами 1 и 2 и измерением частоты напряжения между электродами и идентификацией этих измерений как частоты аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, созданием постоянных или переменных электрических, магнитных, а также тепловых полей в материале между электродами, определенными изменениями и направлениями этих полей, освещением материала или его частей внешним электромагнитным излучением определенной интенсивности и спектрального состава, направлением в материал между электродами упругих волн: звуковых, ультразвуковых, гиперзвуковых, выбором размеров материала и структуры на подложке в соответствии с условием акустоэлектрического синхронизма, а также измерением эффекта Мейснера.A comparative analysis of the invention with the prototype shows that the claimed method is characterized by the use of thermal contact of the material with the thermostat, the use of a coordinated electromagnetic coupling of the material between the electrodes 1 and 2 or adjacent parts of the material with a coaxial line, a waveguide line, a strip line, with a resonator, oscillatory circuit, or other decelerating devices having resonant frequencies in the range of 10 6 Hz to 15 Hz and 3⋅10 quality factors Q≥10, quality factors change, a change the coupling coefficient of moderators with the material, heating the material from initial temperatures (≈1.5 K), choosing specific sizes of the electrodes forming rectifying contacts with the material, choosing the distance D between the electrodes, choosing a material sample size of at least 4Λ, changing the temperature of the material between the electrodes in the temperature region of the existence of Meissner effects, by introducing into the material interspersed particles of certain sizes and in a certain concentration, forming rectifying contacts with matter scrap, including inclusions that are parts of slowing systems or forming slowing systems, by choosing the thickness d of the tunnel-thin gap between the coherence regions, measuring the direct current in the material between electrodes 1 and 2, or the constant potential difference between electrodes 1 and 2 and identifying the results of these measurements as analogue of the stationary Josephson effect, by applying a constant electric voltage (V) between electrodes 1 and 2 and measuring the alternating current in the material between electrodes 1 and 2, measuring alternating voltage between electrodes 1 and 2 and identifying the measurement results as an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, measuring the frequency of alternating current in the material between electrodes 1 and 2 and measuring the voltage frequency between the electrodes and identifying these measurements as the frequency of the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, creating constant or alternating electric, magnetic, and also thermal fields in the material between the electrodes, certain changes and directions these fields, illumination of the material or its parts by external electromagnetic radiation of a certain intensity and spectral composition, direction of elastic waves: sound, ultrasound, hypersonic into the material between the electrodes, the choice of the size of the material and structure on the substrate in accordance with the condition of acoustoelectric synchronism, as well as the measurement of the Meissner effect .

Анализ аналогов и прототипа изобретения не выявил таких же совокупностей отличительных признаков.Analysis of analogues and prototype of the invention did not reveal the same sets of distinctive features.

В заявленном изобретении впервые использована возможность изменения, увеличения длины когерентности Λ, за счет высокочастотного электромагнитного отвода колебательной энергии из материала посредством замедляющих устройств. Это позволяет изменить потоки энергии и термодинамическое равновесие электронно-колебательных процессов в материале, обеспечить увеличение Λ и соответственно увеличить эффективность прототипа, что соответствует цели изобретения.In the claimed invention for the first time used the ability to change, increase the coherence length Λ, due to high-frequency electromagnetic removal of vibrational energy from the material through slowing down devices. This allows you to change the energy fluxes and thermodynamic equilibrium of electron-vibrational processes in the material, to increase Λ and, accordingly, increase the efficiency of the prototype, which corresponds to the purpose of the invention.

Таким образом, заявленный способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности соответствует критерию изобретения "новизна".Thus, the claimed method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявленного способа эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники не выявило технических решений, обладающих сходными совокупностями отличительных признаков. Это позволяет сделать обоснованный вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "существенные отличия".Comparison of the claimed method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity with a prototype and other technical solutions in the art did not reveal technical solutions that have similar sets of distinctive features. This allows you to make a reasonable conclusion about the conformity of the claimed technical solution to the criteria of the invention "significant differences".

Действительно:Really:

Данное изобретение основано на использовании технической возможности регулирования длины когерентности Λ, являющейся характерным размером области когерентности. В однородном изотропном материале в условиях термодинамического равновесия величина Λ определена применительно к отдельной, изолированной когерентной области. Соответствующие формулы (13-15) приведены и в описании заявленного изобретения. Они связывают величину Λ с длиной рассеяния энергии электронами

Figure 00000046
, где
Figure 00000047
не зависит от температуры, с колебательной энергией когерентной области материала Екол, с температурой материала T, и с величиной θ, имеющей размерность температуры, принимающей для различных материалов и типов ЭКЦ фиксированное, независящее от температуры материала значение от 2 K до 10 K, обычно 4 K≤0≤6 K. Процесс рассеяния энергии электронами представлен величиной
Figure 00000047
, взаимодействие ЭКЦ с окружающей его кристаллической средой представлен величиной θ. Величины
Figure 00000047
и θ определяются только микроскопическими взаимодействиями внутри материала и не поддаются регулированию за счет изменения внешних условий по отношению к материалу. Регулирование длины когерентности Λ посредством изменения температуры материала T, как это следует из формул (13-15) не обеспечивает увеличение Λ, необходимое для увеличения эффективности прототипа [16]. Следует учесть, что формула (13) верна только в условиях термодинамического равновесия.This invention is based on using the technical ability to control the coherence length Λ, which is the characteristic size of the coherence region. In a homogeneous isotropic material under conditions of thermodynamic equilibrium, Λ is defined as applied to a separate, isolated coherent region. The corresponding formulas (13-15) are given in the description of the claimed invention. They relate the quantity Λ to the electron scattering length
Figure 00000046
where
Figure 00000047
independent of temperature, with the vibrational energy of the coherent region of the material E count , with the temperature of the material T, and with a value of θ having a temperature dimension that takes a fixed value independent of the material temperature from 2 K to 10 K for various materials and types of ECC, usually 4 K≤0≤6 K. The process of energy dissipation by electrons is represented by
Figure 00000047
, the interaction of the ECC with its surrounding crystalline medium is represented by θ. Quantities
Figure 00000047
and θ are determined only by microscopic interactions inside the material and are not subject to regulation due to changes in external conditions with respect to the material. The regulation of the coherence length Λ by changing the temperature of the material T, as follows from formulas (13-15) does not provide an increase in Λ, which is necessary to increase the efficiency of the prototype [16]. It should be noted that formula (13) is valid only under conditions of thermodynamic equilibrium.

Известно, что в материалах могут существовать α, β, γ-типы собственных (Inherent, I-) упругих колебаний и волн, обусловленных упругими смещениями ядер в атомах, а также смещениями внутри атомов электронов K и L электронных орбиталей совместно с атомными ядрами. Собственные колебания α-типа представляют собой колебания ядер относительно электронной оболочки атома в материале. Собственные колебания β-типа представляют собой совместные колебания ядер и электронов K электронных орбиталей. Собственные колебания γ-типа представляют собой совместные колебания ядра и электронов K и L орбиталей относительно остальной части электронной оболочки атома материала. Существуют также упругие I-колебания и волны, обусловленные смещениями электронов М, N и одноэлектронных орбиталей совместно с ядром атома относительно остальной части электронной оболочки атома в материале. Кванты колебательных энергий таких I-колебаний с участием электронов М, N и O электронных орбиталей невелики, соответствующие частоты попадают в область частот акустических фононов. Такие упругие I-колебания с частотами от 106 Гц до 3⋅1013 Гц обеспечивают взаимодействие между ЭКЦ, осуществляют обмен энергией между центрами, благодаря чему устанавливаются одинаковые частоты и фазы когерентных колебаний атомов, а также определенная величина длины когерентности.It is known that α, β, γ-types of intrinsic (Inherent, I-) elastic vibrations and waves due to elastic displacements of nuclei in atoms, as well as displacements of electron orbitals K and L inside atoms together with atomic nuclei, can exist in materials. Natural vibrations of the α-type are vibrations of nuclei relative to the electron shell of an atom in a material. The natural vibrations of the β-type are joint vibrations of nuclei and electrons of K electronic orbitals. The natural vibrations of the γ type are the joint vibrations of the nucleus and electrons of the K and L orbitals relative to the rest of the electron shell of the atom of the material. There are also elastic I-vibrations and waves due to displacements of the electrons M, N and one-electron orbitals together with the atomic nucleus relative to the rest of the electron shell of the atom in the material. The quanta of vibrational energies of such I vibrations involving electrons M, N, and O of electronic orbitals are small, and the corresponding frequencies fall into the frequency range of acoustic phonons. Such elastic I-vibrations with frequencies from 10 6 Hz to 3 × 10 13 Hz provide interaction between ECCs, exchange energy between centers, which sets the same frequencies and phases of coherent atomic vibrations, as well as a certain value of the coherence length.

Спектр упругих колебаний ЭКЦ в материале можно описывать уравнением (8), но его решения не поддаются полному анализу. Согласно [41] выделяют периодические колебания:The spectrum of elastic vibrations of an ECC in a material can be described by equation (8), but its solutions cannot be completely analyzed. According to [41], periodic oscillations are distinguished:

а) Гармонические колебания. Решение x(t) имеет период, совпадающий с периодом возмущающей силы 2π/ω, и зависящую от p и от ω амплитуду колебаний

Figure 00000048
.a) Harmonic vibrations. The solution x (t) has a period coinciding with the period of the perturbing force 2π / ω, and the amplitude of the oscillations depends on p and ω
Figure 00000048
.

б) Субгармонические колебания. Решение x(t) имеет наименьший период 2π/p, равный периоду свободных колебаний осциллятора, который в n раз больше периода внешней силы 2π/pn. Частота p=ω/n, n - любое целое число, не равное 1.b) Subharmonic oscillations. The solution x (t) has the smallest period 2π / p equal to the period of free oscillations of the oscillator, which is n times greater than the period of the external force 2π / pn. The frequency p = ω / n, n is any integer not equal to 1.

в) Ультрагармонические колебания. Решение x(t) имеет период 2πm/p, равный периоду внешней силы. Частота p=mω, m - любое целое число, не равное 1.c) Ultragarmonic oscillations. The solution x (t) has a period of 2πm / p equal to the period of an external force. The frequency p = mω, m is any integer not equal to 1.

г) Ультрасубгармонические колебания. Решение x(t) имеет период 2πm/p, а внешняя сила имеет период 2πm/np, т.е. период колебаний в n раз больше периода внешней силы и в m раз больше периода свободных колебаний, p=mω/n, n и m - целые, простые числа.d) Ultrasubharmonic oscillations. The solution x (t) has a period of 2πm / p, and the external force has a period of 2πm / np, i.e. the oscillation period is n times greater than the period of external force and m times greater than the period of free vibrations, p = mω / n, n and m are integers, primes.

В соответствии с пунктом а) кроме общеизвестных оптических и акустических колебаний в содержащем ЭКЦ кристалле имеются гармонические колебания с частотами возмущающей силы, т.е. с частотами собственных (I-) колебаний ядер. Набор этих частот описывается формулой гармонического квантового 1-осциллятора (6): ω(ν)=ω⋅(1/2+ν), где ω - классическая частота данного осциллятора, колебательное квантовое число ν=0, 1, 2, … Наименьшая из этих частот ω/2 значительно превышает максимальную частоту акустических и оптических колебаний. В соответствии с согласующимися вычисленными и экспериментальными данными, представленными на фиг. 3 элементарные кванты I-колебаний α-типа (

Figure 00000049
) в атомах с атомными номерами Z≤80 лежат между 220 мэВ для атома кислорода с Z=8 и ≈400 мэВ для атомов с Z→80. Для сравнения: наибольший квант оптических колебаний обычно не превышает 60 мэВ, наибольший квант акустических колебаний обычно не превышает 25 мэВ.In accordance with paragraph a), in addition to well-known optical and acoustic vibrations, there are harmonic vibrations in the ECC-containing crystal with frequencies of the perturbing force, i.e. with frequencies of natural (I-) nuclear vibrations. The set of these frequencies is described by the formula of a harmonic quantum 1-oscillator (6): ω (ν) = ω⋅ (1/2 + ν), where ω is the classical frequency of this oscillator, the vibrational quantum number is ν = 0, 1, 2, ... The smallest of these frequencies, ω / 2 significantly exceeds the maximum frequency of acoustic and optical vibrations. In accordance with the consistent calculated and experimental data presented in FIG. 3 elementary quanta of I-vibrations of α-type (
Figure 00000049
) in atoms with atomic numbers Z≤80 lie between 220 meV for an oxygen atom with Z = 8 and ≈400 meV for atoms with Z → 80. For comparison: the largest quantum of optical vibrations usually does not exceed 60 meV, the largest quantum of acoustic vibrations usually does not exceed 25 meV.

В соответствии с пунктом б) среди упругих колебаний содержащего ЭКЦ кристалла имеются субгармонические колебания, частоты которых в n=2, 3, 4, … раз меньше частоты возмущающей силы ω.In accordance with paragraph b), among the elastic vibrations of the ECC-containing crystal, there are subharmonic vibrations whose frequencies are n = 2, 3, 4, ... times less than the frequency of the disturbing force ω.

В соответствии с пунктом в) среди упругих колебаний содержащего ЭКЦ кристалла имеются ультрагармонические колебания, частоты которых в m=2, 3, 4, … раз выше частоты I-колебаний ω. Эти частоты смещены на ω/2 относительно частот, описанных в пункте а).In accordance with paragraph c), among the elastic vibrations of the ECC-containing crystal there are ultraharmonic vibrations, whose frequencies are m = 2, 3, 4, ... times higher than the frequency of I-oscillations ω. These frequencies are offset by ω / 2 relative to the frequencies described in paragraph a).

В соответствии с пунктом г) среди упругих колебаний содержащего ЭКЦ кристалла имеются ультрасубгармонические колебания с частотами mω/n, которые при m<n могут совпасть с частотами оптических, акустических фононов или с частотами I-колебаний.In accordance with paragraph d), among the elastic vibrations of the ECC-containing crystal there are ultrasubharmonic vibrations with frequencies mω / n, which for m <n can coincide with the frequencies of optical, acoustic phonons or with frequencies of I-vibrations.

При субгармонических колебаниях возможны частоты ω/n при n=2, 3, …, при ультрасубгармонических колебаниях возможны частоты (m/n)ω, при n=2, 3, … и m=1, 2, … Среди указанных частот важны те частоты, которые меньше ω. Многие из этих частот попадают в спектр разрешенных фононных частот р. Особенно важны такие частоты, которые совпадают с частотами фононов имеющих наибольшую плотность в кристалле. Такие колебания эффективно усиливаются за счет энергии собственных колебаний и имеют возможность распространяться по кристаллу, участвовать в электронно-колебательных переходах ЭКЦ, определять физические свойства материалов и возникновение разнообразных технических эффектов.With subharmonic oscillations, frequencies ω / n are possible for n = 2, 3, ..., with ultrasubharmonic oscillations, frequencies (m / n) ω are possible, for n = 2, 3, ... and m = 1, 2, ... Among these frequencies, those are important frequencies that are less than ω. Many of these frequencies fall into the spectrum of allowed phonon frequencies p. Especially important are those frequencies that coincide with the frequencies of the phonons having the highest density in the crystal. Such vibrations are effectively amplified due to the energy of natural vibrations and have the ability to propagate through the crystal, participate in electronic-vibrational transitions of the ECC, determine the physical properties of materials and the appearance of various technical effects.

Соотношение квантов упругих колебаний различных частот и типов на ЭКЦ и соответственно в когерентных областях определяется исходным уравнением движения (8). В термодинамически равновесных условиях эти соотношения выражаются гауссовым распределением интенсивности электронно-колебательных переходов (16), где вместо температур можно использовать частоты гармонических упругих колебаний

Figure 00000050
Уменьшение или увеличение концентрации квантов того или иного типа колебаний вызывает установление нового динамического равновесия. В виду нелинейности уравнений движения системы ЭКЦ и когерентных областей новое динамическое равновесие может качественно и количественно описываться новыми параметрами или новыми значениями прежних параметров. Эта возможность использована в данном изобретении для увеличения длины когерентности и увеличения эффективности известного способа осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности (прототипа) [16].The ratio of the quanta of elastic vibrations of various frequencies and types at the ECC and, accordingly, in coherent regions is determined by the initial equation of motion (8). Under thermodynamically equilibrium conditions, these relations are expressed by the Gaussian distribution of the intensity of electron-vibrational transitions (16), where instead of temperatures, frequencies of harmonic elastic vibrations can be used
Figure 00000050
A decrease or increase in the concentration of quanta of a particular type of oscillation causes the establishment of a new dynamic equilibrium. In view of the nonlinearity of the equations of motion of the ECC system and coherent regions, the new dynamic equilibrium can be qualitatively and quantitatively described by new parameters or new values of the previous parameters. This opportunity was used in this invention to increase the coherence length and increase the efficiency of the known method of hyperconductivity and super thermal conductivity (prototype) [16].

В отношении длины когерентности в термодинамически равновесных условиях можно сказать, что в кремнии с А-центрами при

Figure 00000051
и T=300 K величина Λ≅10 мкм, а размер (диаметр) области когерентности составляет 2Λ≅20 мкм. Получается, что область когерентности содержит Ncog=4πΛ3/3Ω≅2,62⋅1018 атомов. Если же
Figure 00000052
, то при этой же температуре T=300 K величина 2Λ≅16 мкм, а при
Figure 00000053
величина 2Λ≅10 мкм и область когерентности содержит примерно Ncog=2,62⋅1015 атомов. Таким образом, изменение размера области когерентности означает изменение частоты и фазы I-колебаний тысяч атомов вещества, а время изменения размера области когерентности превышает среднее время рассеяния энергии электронами (τе). При этом положение области когерентности в кристалле существенно не изменяется, то есть области когерентности малоподвижны. Таким образом, области когерентности характеризуются одной (общей) частотой и фазой вынужденных I-колебаний всех атомов из-за чего эти области обладают нулевым электрическим и нулевым тепловым сопротивлениями, то есть являются гиперпроводящими и сверхтеплопроводными.With respect to the coherence length under thermodynamically equilibrium conditions, we can say that in silicon with A centers at
Figure 00000051
and T = 300 K, Λ≅10 μm, and the size (diameter) of the coherence region is 2Λ≅20 μm. It turns out that the coherence region contains N cog = 4πΛ 3 / 3Ω≅2.62⋅10 18 atoms. If
Figure 00000052
, then at the same temperature T = 300 K the quantity 2Λ≅16 μm, and at
Figure 00000053
2Λ≅10 μm in size and the coherence region contains approximately N cog = 2.62 1510 15 atoms. Thus, a change in the size of the coherence region means a change in the frequency and phase of the I-oscillations of thousands of atoms of a substance, and the time for changing the size of the coherence region exceeds the average time of energy dissipation by electrons (τ е ). In this case, the position of the coherence region in the crystal does not substantially change, i.e., the coherence regions are inactive. Thus, coherence regions are characterized by one (common) frequency and phase of forced I-vibrations of all atoms, which is why these regions have zero electrical and zero thermal resistances, that is, they are hyperconducting and super thermal conducting.

Структура гиперпроводника представляется такой, что отдельные области когерентности с нулевым электрическим и тепловым сопротивлением размещены в объеме материала и отделены друг от друга обычным материалом (материалом в обычном, нормальном состоянии).The structure of the hyperconductor seems to be such that separate coherence regions with zero electrical and thermal resistance are placed in the bulk of the material and separated from each other by ordinary material (material in a normal, normal state).

Иначе говоря, каждая пара когерентных областей представляет собой когерентную гетероструктуру, а материал заполнен системой таких когерентных гетероструктур. Когерентные гетероструктуры ранее не были известны и являются новым типом герероструктур.In other words, each pair of coherent regions is a coherent heterostructure, and the material is filled with a system of such coherent heterostructures. Coherent heterostructures were not previously known and are a new type of heterostructures.

Можно выделить два типа когерентных гетероструктур. Один тип когерентных гетероструктур представляет синхронные гетероструктуры в которых когерентные области имеют одинаковые частоты, но разные и отличающиеся на постоянную величину фазы колебаний. Другой тип когерентных гетероструктур представляет асинхронные гетероструктуры в которых когерентные области имеют разные частоты колебаний.Two types of coherent heterostructures can be distinguished. One type of coherent heterostructures is synchronous heterostructures in which coherent regions have the same frequencies, but different and differ by a constant value of the oscillation phase. Another type of coherent heterostructures is asynchronous heterostructures in which coherent regions have different vibration frequencies.

Расстояние между ближайшими друг к другу когерентными областями может принимать значения от межатомного расстояния в материале до десятков и сотен микрон и в зависимости от внешних условий изменяться в этих пределах. Электрическое и тепловое сопротивление материала в целом определяются сопротивлением материала за пределами областей когерентности и вызвано известными механизмами рассеяния носителей зарядов, а также возможно дополнительным рассеянием на границах областей когерентности и на электрических контактах к материалу, то есть на границе материала и токовых электродов 1 и 2, если толщина разделяющего когерентные области материала превышает длину свободного пробега электронов. Если же толщина разделяющего когерентные области материала является туннельно тонкой, то возможны эффекты, аналогичные эффектам Джозефсона, влияющие на электрические и тепловые свойства каждой гетероструктуры и материала в целом. Так в синхронных когерентных гетероструктурах с туннельно малыми расстояниями между когерентными областями возможен аналог стационарного эффекта Джозефсона в виде постоянного электрического тока или в виде постоянного электрического напряжения между когерентными областями. Полярность тока и напряжения аналога эффекта Джозефсона в гиперпроводниковой гетероструктуре, как и эффекта Джозефсона в сверхпроводниковой гетероструктуре, определяются разностью фаз колебаний по обе стороны туннельно тонкого слоя, которая постоянна в синхронных когерентных гетероструктурах. Частоты колебаний когерентных областей в асинхронных когерентных гетероструктурах различны. В таких структурах происходит непрерывное изменение относительного значения фаз колебаний. Благодаря непрерывному периодическому знакопеременному изменению относительных фаз колебаний когерентных областей оказывается возможным аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона в виде высокочастотного электрического тока в материале или напряжения между когерентными областями.The distance between the coherent regions closest to each other can take values from the interatomic distance in the material to tens and hundreds of microns and, depending on external conditions, vary within these limits. The electrical and thermal resistance of the material as a whole is determined by the resistance of the material outside the coherence regions and is caused by the known mechanisms of scattering of charge carriers, as well as possible additional scattering at the boundaries of the coherence regions and at the electrical contacts to the material, that is, at the boundary of the material and current electrodes 1 and 2, if the thickness of the material separating the coherent regions exceeds the mean free path of the electrons. If the thickness of the material that separates the coherent regions is tunnel thin, then effects similar to the Josephson effects are possible, affecting the electrical and thermal properties of each heterostructure and the material as a whole. So, in synchronous coherent heterostructures with tunneling small distances between coherent regions, an analogue of the stationary Josephson effect in the form of a constant electric current or in the form of a constant electric voltage between coherent regions is possible. The polarity of the current and voltage of an analogue of the Josephson effect in a hyperconductor heterostructure, as well as the Josephson effect in a superconductor heterostructure, are determined by the phase difference of oscillations on both sides of the tunnel thin layer, which is constant in synchronous coherent heterostructures. The oscillation frequencies of coherent regions in asynchronous coherent heterostructures are different. In such structures, a continuous change in the relative value of the oscillation phases occurs. Due to the continuous periodic alternating change in the relative phases of the oscillations of the coherent regions, it is possible to analogue the high-frequency non-stationary Josephson effect in the form of a high-frequency electric current in the material or voltage between the coherent regions.

Максимальный размер когерентной области (2Λmax) в термодинамически равновесных условиях в значительной мере определяется энергией колебаний Екол когерентной области которая, как мы видели, может быть больше в полупроводниках с большей шириной запрещенной зоны. Так в материалах с Eg≈2 эВ возможно Екол≥2 эВ. Тогда при комнатной температуре 2Λmax≈18 мкм, а при 200K значение 2Λmax≈27…30 мкм. Следовательно, когерентные области в типичных полупроводниках вблизи комнатной температуры могут иметь размеры в примерных пределах от 15 до 30 микрон. Так в кремнии при околокомнатной температуре 2Λmax составляет примерно 20 мкм.The maximum size of the coherent region (2Λ max ) under thermodynamically equilibrium conditions is largely determined by the vibrational energy E count of the coherent region, which, as we have seen, can be larger in semiconductors with a larger band gap. So in materials with E g ≈2 eV, E count ≥2 eV is possible. Then at room temperature 2Λ max ≈18 μm, and at 200 K the value 2Λ max ≈27 ... 30 μm. Therefore, coherent regions in typical semiconductors near room temperature can have sizes in the approximate range of 15 to 30 microns. So in silicon at a room temperature 2Λ max is approximately 20 microns.

Не представляется возможным осуществить гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами, используя прототип при больших расстояниях между электродами 1 и 2. Поскольку в прототипе не приняты меры для отвода из материала избыточной колебательной энергии и необходимое увеличение длины когерентности до Λ≥D/4 невозможно, то нулевое сопротивление материала между электродами не может быть достигнуто. Но и в таких условиях электронно-колебательные энергетические уровни когерентных областей проявляются в температурных зависимостях электрического сопротивления материала как глубокие энергетические уровни, в виде энергий активации сопротивления и согласуются с зависимостью (6).It is not possible to realize hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes using the prototype at large distances between the electrodes 1 and 2. Since the prototype did not take measures to remove excess vibrational energy from the material and the necessary increase in the coherence length to Λ≥D / 4 is impossible, then zero material resistance between the electrodes cannot be achieved. But even in such conditions, the electron-vibrational energy levels of the coherent regions are manifested in the temperature dependences of the electrical resistance of the material as deep energy levels, in the form of resistance activation energies, and are consistent with dependence (6).

На фиг. 12 приведена типичная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами 1 и 2 при D=50 мкм, измеренная на германиевом образце с почти собственной проводимостью без отвода избыточной колебательной энергии, как в прототипе, и не достигающая нулевого значения. На вставке фиг. 12 показан участок этой зависимости при высоких температурах. Данная зависимость содержит участки, отмеченные касательными стрелками к кривой, со следующими энергиями активации сопротивления: 0,22 эВ; 0,55 эВ; 0,68 эВ,0,77 эВ, 1,1 эВ;1,65 эВ; 22,2 эВ и 194,65 эВ, из которых пять последних энергий активации превышают ширину запрещенной зоны материала (≈0,68 эВ). Энергии активации менее ширины запрещенной зоны материала объясняются наличием в материале ЭКЦ и когерентных областей, включающих примесные атомы кислорода с элементарным квантом I-колебаний EZ=E8=0,22 эВ и участвующих в колебаниях с энергиями, совпадающими с вычисленными энергиями по формуле (6). Эти колебания возбуждаются за счет уменьшения потенциальной энергии локализующихся на этих уровнях электронов. Однако энергии активации, значительно и многократно превышающие ширину запрещенной зоны материала нельзя объяснить процессами рекомбинации. Такие энергии активации сопротивления представляют принципиально новый процесс увеличения размеров когерентных областей, предшествующий переходу материала между электродами в гиперпроводящее состояние. На вставке фиг. 12 показан высокотемпературный участок этой зависимости, из которой видно, что сопротивление материала между электродами не достигает нулевой величины, т.е. гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в данном случае не осуществляются.In FIG. 12 shows a typical temperature dependence of the electrical resistance of the material between electrodes 1 and 2 at D = 50 μm, measured on a germanium sample with almost intrinsic conductivity without removing excess vibrational energy, as in the prototype, and not reaching zero. In the inset of FIG. 12 shows a plot of this dependence at high temperatures. This dependence contains sections marked by tangent arrows to the curve, with the following resistance activation energies: 0.22 eV; 0.55 eV; 0.68 eV, 0.77 eV, 1.1 eV; 1.65 eV; 22.2 eV and 194.65 eV, of which the last five activation energies exceed the band gap of the material (≈0.68 eV). The activation energies less than the band gap of the material are explained by the presence of ECC and coherent regions in the material, including impurity oxygen atoms with an elementary quantum of I-vibrations E Z = E 8 = 0.22 eV and participating in vibrations with energies coinciding with the calculated energies by the formula ( 6). These oscillations are excited by reducing the potential energy of the electrons localized at these levels. However, activation energies significantly and many times greater than the band gap of the material cannot be explained by recombination processes. Such resistance activation energies represent a fundamentally new process of increasing the size of coherent regions, which precedes the transition of the material between the electrodes into the hyperconducting state. In the inset of FIG. 12 shows a high-temperature portion of this dependence, from which it can be seen that the resistance of the material between the electrodes does not reach zero, i.e. hyperconductivity and superconductivity are not implemented in this case.

На фиг. 13 приведена типичная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами в образце на основе GaAs, D=20 мкм. Верхняя кривая измерена при нагревании образца, а нижняя - при охлаждении образца. В этом случае, как и в образцах на основе ряда других полупроводников, проявляются энергии активации сопротивления, характерные для ЭКЦ, многократно превышающие ширину запрещенной зоны полупроводника. Однако нулевого значения сопротивления материала между электродами не достигается, а при дальнейшем нагревании сопротивление достигает некоторого минимального ненулевого значения и затем увеличивается по мере роста температуры, т.е. гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами в данном случае не осуществляются.In FIG. Figure 13 shows a typical temperature dependence of the electrical resistance of a material between electrodes in a GaAs-based sample, D = 20 μm. The upper curve was measured when the sample was heated, and the lower curve was measured when the sample was cooled. In this case, as in samples based on a number of other semiconductors, resistance activation energies characteristic of the ECC are manifested, many times exceeding the band gap of the semiconductor. However, a zero resistance value of the material between the electrodes is not reached, and upon further heating, the resistance reaches a certain minimum non-zero value and then increases with temperature, i.e. hyperconductivity and super thermal conductivity in the material between the electrodes in this case are not realized.

На фиг. 14 приведена характерная для образцов на основе кремния температурная зависимость электрического сопротивления (R) измеренная в соответствии с прототипом и также не достигающая нулевого значения сопротивления.In FIG. 14 shows the temperature dependence of the electrical resistance (R) characteristic of silicon-based samples, measured in accordance with the prototype and also not reaching zero resistance value.

Эти данные, представленные на фигурах 12, 13, 14, демонстрируют ограниченные возможности прототипа, невысокую эффективность прототипа, не обеспечивающего надежного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности даже при сравнительно небольших расстояниях между электродами. Эта ограниченность прототипа определяется тем, что избыточная колебательная энергия не выводится из материала и тем самым ограничивается увеличение размера когерентной области, величины Λ.These data, presented in figures 12, 13, 14, demonstrate the limited capabilities of the prototype, the low efficiency of the prototype, which does not provide reliable implementation of hyperconductivity and superconductivity even at relatively small distances between the electrodes. This limitation of the prototype is determined by the fact that excess vibrational energy is not derived from the material and thereby limits the increase in the size of the coherent region, Λ.

Если же осуществляется отвод избыточной колебательной энергии из материала между электродами, например высокочастотным или СВЧ способом, как предложено в заявленном изобретении, то с высокой эффективностью обеспечивается достижение нулевого электрического и нулевого теплового сопротивления материала между электродами даже при значительно больших расстояниях между электродами 1 и 2, чем в прототипе даже при нагревании материала от сравнительно высоких температур, в частности от околокомнатных температур. Тем самым в заявленном изобретении обеспечивается эффективное осуществление гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, что соответствует цели заявленного изобретения.If, however, excess vibrational energy is removed from the material between the electrodes, for example, by a high-frequency or microwave method, as proposed in the claimed invention, then it is possible to achieve high electrical and zero thermal resistance of the material between the electrodes even with significantly greater distances between electrodes 1 and 2, than in the prototype even when heating the material from relatively high temperatures, in particular from near-room temperatures. Thus, in the claimed invention provides an effective implementation of hyperconductivity and superconductivity, which corresponds to the purpose of the claimed invention.

К п. 1 формулы. В публикациях предшествовавших прототипу изобретения и в прототипе показано, что гиперпроводимость и сверхтеплопроводность могут быть осуществлены в материале между электродами в результате введения ЭКЦ в материал в концентрации от Nmin=2⋅1012 см-3 до Nmax=6⋅1017 см-3. С другой стороны, в материале вблизи выпрямляющего контакта, например, вблизи поверхности, вблизи границы с другим материалом, вблизи контакта Шоттки возникают и существуют ЭКЦ с объемной концентрацией от 2⋅1014 см-3 до 6⋅1015 см-3 в различных полупроводниках. Эти значения концентрации попадают в указанный допустимый диапазон от Nmin=2⋅1012 см-3 до Nmax=6⋅1017 см-3. В полупроводниковых выпрямляющих контактах ЭКЦ возникают независимо от нашей воли и желания, в связи с нарушением регулярной структуры материала вблизи контакта с другим материалом. Поэтому нет целесообразности и необходимости, как в прототипе, дополнительно вводить в материал ЭКЦ, применяя те или иные технологические процессы. В случае использования выпрямляющего контакта достаточная для достижения цели изобретения концентрация ЭКЦ возникнет в материале вблизи контакта. Поэтому, в отличие от прототипа, в п. 1 формулы заявленного изобретения процесс введения ЭКЦ в материал не предусматривается.To item 1 of the formula. In the publications preceding the prototype of the invention and in the prototype it is shown that hyperconductivity and super thermal conductivity can be implemented in the material between the electrodes as a result of introducing the ECC into the material in a concentration from N min = 2⋅10 12 cm -3 to N max = 6⋅10 17 cm - 3 . On the other hand, in the material near the rectifying contact, for example, near the surface, near the border with another material, near the Schottky contact, ECCs arise and exist with a volume concentration of 2⋅10 14 cm -3 to 6⋅10 15 cm -3 in various semiconductors . These concentration values fall into the indicated acceptable range from N min = 2⋅10 12 cm -3 to N max = 6⋅10 17 cm -3 . In semiconductor rectifying contacts, ECCs arise regardless of our will and desire, due to the violation of the regular structure of the material near the contact with another material. Therefore, there is no feasibility and necessity, as in the prototype, to additionally introduce ECC into the material, using these or those technological processes. If a rectifying contact is used, a concentration of ECC sufficient to achieve the purpose of the invention will occur in the material near the contact. Therefore, unlike the prototype, in paragraph 1 of the claims of the claimed invention, the process of introducing an ECC into the material is not provided.

В качестве электродов 1 и 2 можно применять «прижимные» электроды, зонды, образующие выпрямляющие контакты с материалом и обеспечивать тем самым упрощение способа. Действительно, применение прижимных электродов не связано с использованием, например, термического распыления металлов в вакууме. В то же время в материале вблизи контакта прижимного электрода с материалом, как и вблизи нанесенного на поверхность или в объем материала возникают локальные состояния электронно-колебательной природы, ЭКЦ. Поэтому в контактах металл-полупроводник имеется потенциальный барьер, высота которого определяется эмпирическим «правилом 1/3» [47], именно благодаря ЭКЦ возникающим в материале вблизи контакта. Вблизи таких выпрямляющих контактов концентрация ЭКЦ обычно составляет от 2⋅1014 см-3 до 6⋅1015 см-3, что вполне достаточно для осуществления заявленного изобретения. При этом оказывается, что нет необходимости стремиться, как это делают в традиционной адиабатической полупроводниковой электронике, с помощью сложных технологических приемов уменьшить «плотность поверхностных электронных состояний». Допустимый для осуществления данного изобретения диапазон концентраций ЭКЦ довольно велик. Таких центров в материалах вблизи контактов вполне достаточно для осуществления изобретения. Более того, для целей данного изобретения нет каких-либо особых требований к подготовке поверхности материала перед размещением электродов, например, прижимных электродов или зондов, или перед напылением металлических электродов. Эксперименты, выполненные на различных полупроводниках, показали, что электроды можно размещать на чистых шлифованных или полированных поверхностях. Это значительно упрощает подготовку полупроводниковых образцов для осуществления заявленного изобретения. Такое упрощение вообще характерно для неадиабатической полупроводниковой электроники, к которой относится данное изобретение, в отличие от традиционной адиабатической электроники, в которой технологически приходится обеспечивать теоретически определенные предельные значения технических параметров, например, малые значения «плотности поверхностных состояний».As the electrodes 1 and 2, it is possible to use "clamping" electrodes, probes forming rectifying contacts with the material, and thereby simplify the method. Indeed, the use of pressure electrodes is not associated with the use, for example, of thermal spraying of metals in vacuum. At the same time, in the material near the contact of the pressing electrode with the material, as well as near the material deposited on the surface or in the bulk of the material, local states of electronic-vibrational nature, ECC, arise. Therefore, there is a potential barrier in the metal – semiconductor contacts, the height of which is determined by the empirical “1/3 rule” [47], precisely due to the ECC arising in the material near the contact. Near such rectifying contacts, the ECC concentration is usually from 2 от10 14 cm -3 to 6⋅10 15 cm -3 , which is quite enough for the implementation of the claimed invention. It turns out that there is no need to strive, as is done in traditional adiabatic semiconductor electronics, to reduce the "density of surface electronic states" using sophisticated technological methods. Acceptable for the implementation of the present invention, the concentration range of ECC is quite large. Such centers in the materials near the contacts are sufficient for the implementation of the invention. Moreover, for the purposes of this invention, there are no special requirements for preparing the surface of the material before placing the electrodes, for example, pressure electrodes or probes, or before spraying metal electrodes. Experiments performed on various semiconductors have shown that electrodes can be placed on clean, polished or polished surfaces. This greatly simplifies the preparation of semiconductor samples for the implementation of the claimed invention. Such a simplification is generally characteristic of the non-adiabatic semiconductor electronics to which this invention relates, in contrast to traditional adiabatic electronics, in which it is technologically necessary to provide theoretically determined limit values of technical parameters, for example, small values of “density of surface states”.

В материале вблизи электродов вследствие взаимодействия между отдельными ЭКЦ и атомами материала самопроизвольно, спонтанно возникают и существуют области когерентности малого размера 4Λ<D. Эти когерентные области являются гиперпроводящими и сверхтеплопроводными участками материала. Иначе говоря, гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале вблизи электродов возникают самопроизвольно, спонтанно и существуют в результате взаимодействия вынужденных I-колебаний ЭКЦ и атомов основного вещества в ограниченных участках материала, в пределах когерентных областей. Однако, когерентные области обычно занимают не весь материал на протяжении между электродами. В связи с этим технической задачей прототипа и заявленного изобретения является увеличение размера когерентных областей, чтобы обеспечить перекрытие материала одной когерентной областью на всем протяжении между электродами. В таком случае гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами будет осуществлена, т.е. цель изобретения будет достигнута. Увеличение длины когерентности Λ в прототипе осуществляют одним способом, нагреванием материала до температур Т≥Тh. Однако возможности прототипа ограничены по нескольким причинам:In the material near the electrodes, due to the interaction between individual ECCs and the atoms of the material spontaneously, spontaneously appear and exist coherence regions of small size 4Λ <D. These coherent regions are hyperconducting and super heat conducting regions of the material. In other words, hyperconductivity and superconductivity in the material near the electrodes arise spontaneously, spontaneously and exist as a result of the interaction of forced I-vibrations of the ECC and the atoms of the main substance in limited areas of the material, within coherent regions. However, coherent regions do not usually occupy all of the material between the electrodes. In this regard, the technical task of the prototype and the claimed invention is to increase the size of the coherent regions to ensure that the material overlaps with one coherent region along the entire length between the electrodes. In this case, the hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes will be realized, i.e. the objective of the invention will be achieved. The increase in the coherence length Λ in the prototype is carried out in one way, by heating the material to temperatures T≥T h . However, the capabilities of the prototype are limited for several reasons:

- возможность увеличения длины когерентности Λ за счет увеличении температуры материала T ограничена, что видно из формулы (13). Действительно, увеличение колебательной энергии Екол замедляется или прекращается при увеличении T, а множитель 1/Т делает возможным увеличение Λ только при увеличении Т до некоторой критической температуры (Т2) превышение которой вызывает уменьшение Λ и увеличение сопротивления материала между электродами;- the possibility of increasing the coherence length Λ due to an increase in the material temperature T is limited, which can be seen from formula (13). Indeed, an increase in vibrational energy E count slows down or ceases with an increase in T, and a factor of 1 / T makes it possible to increase Λ only when T increases to a certain critical temperature (T 2 ) exceeding which causes a decrease in Λ and an increase in the resistance of the material between the electrodes;

- электрический ток, протекающий в материале между электродами при измерении электрического сопротивления, является электронно-колебательным током, состоящим из электронов и связанных с ними I-колебаний атомных ядер и фононов. При протекании этого тока происходит пространственный перенос не только электрических зарядов электронов, но и I-колебаний атомных ядер и фононов, т.е. тепла. В результате протекания этого тока возникает "омическое падение напряжения" в материале между когерентными областями, а также разность температур когерентных областей и, как следствие, возникает дифференциальная термоЭДС в слое материала между когерентными областями, полярность которой противоположна полярности "омического падения напряжения". При этом надо иметь в виду, что дифференциальная термоЭДС включает увлечение электронов фононами (УЭФ), которое многократно усиливается в окрестности дебаевых температур Тm;- the electric current flowing in the material between the electrodes when measuring electrical resistance is an electronic-vibrational current consisting of electrons and the associated I-vibrations of atomic nuclei and phonons. When this current flows, not only the electric charges of the electrons are spatially transferred, but also the I-vibrations of the atomic nuclei and phonons, i.e. heat. As a result of this current, an "ohmic voltage drop" occurs in the material between the coherent regions, as well as a temperature difference between the coherent regions and, as a result, a differential thermoEMF occurs in the material layer between the coherent regions, the polarity of which is opposite to the polarity of the "ohmic voltage drop". It should be borne in mind that differential thermoEMF includes electron drag by phonons (UEF), which is amplified many times in the vicinity of Debye temperatures T m ;

- толщина слоя материала между когерентными областями при увеличении температуры может стать туннельно тонкой. В результате становятся возможными аналоги стационарного и нестационарного высокочастотного эффектов Джозефсона, которые совместно с "омическим падением напряжения" и термоЭДС создают разнообразные условия перехода к гиперпроводимости.- the thickness of the layer of material between the coherent regions with increasing temperature can become tunnel thin. As a result, analogues of the stationary and non-stationary high-frequency Josephson effects become possible, which, together with the "ohmic voltage drop" and thermoEMF, create various conditions for the transition to hyperconductivity.

Перечисленные особенности определяют нелинейный характер перехода к гиперпроводимости и сверхтеплопроводности материала между электродами. Кроме того, сформировавшиеся вблизи различных электродов и сближающиеся при нагревании когерентные области вообще говоря имеют разные колебательные фазы. При образовании гиперпроводимости и сверхтеплопроводности между электродами эти когерентные области должны слиться в одну когерентную область с новой фазой I-колебаний. Гиперпроводящий переход аналогичен рассеянию одной когерентной области на другой когерентной области и протекает с выделением, рассеянием в окружающий материал "избыточной" колебательной энергии. Величина этой "избыточной" энергии примерно равна колебательной энергии одной когерентной области. В связи с этими особенностями актуальным оказываются:The listed features determine the nonlinear nature of the transition to hyperconductivity and superconductivity of the material between the electrodes. In addition, coherent regions formed near various electrodes and approaching upon heating generally have different vibrational phases. With the formation of hyperconductivity and superconductivity between the electrodes, these coherent regions should merge into one coherent region with a new phase of I-oscillations. The hyperconducting transition is similar to the scattering of one coherent region by another coherent region and proceeds with the release, scattering of "excess" vibrational energy into the surrounding material. The magnitude of this "excess" energy is approximately equal to the vibrational energy of one coherent region. In connection with these features, the following are relevant:

- отвод "избыточной" колебательной энергии из материала и- removal of "excess" vibrational energy from the material and

- внешние воздействия на материал в виде изменения скорости нагревания, изменения электрического или магнитного поля.- external influences on the material in the form of changes in the heating rate, changes in the electric or magnetic field.

Эти воздействия стимулируют перестройку когерентных областей и их слияние в одну когерентную область, что соответствует меньшей колебательной энергии и соответственно большей устойчивости такого динамического состояния материала.These effects stimulate the restructuring of coherent regions and their merging into one coherent region, which corresponds to lower vibrational energy and, accordingly, greater stability of such a dynamic state of the material.

Образованию одной когерентной области, замыкающей электроды 1 и 2, способствует использование одного замедляющего устройства, связанного со всем материалом между электродами. В таком случае I-колебания во всех частях материала будут однотипными, с одинаковыми колебательными квантами, а поле замедляющего устройства способствует синхронизации поляризации, частоты и фазы колебаний в материале между электродами, что соответствует когерентному состоянию и осуществлению гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами.The formation of one coherent region, closing the electrodes 1 and 2, is facilitated by the use of a single retarding device associated with all the material between the electrodes. In this case, the I-vibrations in all parts of the material will be of the same type, with the same vibrational quanta, and the field of the moderator will help to synchronize the polarization, frequency and phase of vibrations in the material between the electrodes, which corresponds to the coherent state and the implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes.

Из двух контактов 1 и 2 есть возможность использовать один выпрямляющий контакт, а второй - невыпрямляющий и выбрать расстояние между электродами В≤2Λ. В таком случае когерентные области возникают только вблизи выпрямляющего контакта, а второй, невыпрямляющий контакт не препятствует распространению когерентной области от первого контакта до второго и тем самым способствует осуществлению гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами.Of the two contacts 1 and 2, it is possible to use one rectifying contact, and the second non-rectifying contact and choose the distance between the electrodes B≤2Λ. In this case, coherent regions arise only near the rectifying contact, and the second non-rectifying contact does not prevent the propagation of the coherent region from the first contact to the second and thereby contributes to the realization of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes.

Увеличение размера (2Λ) области когерентности происходит за счет присоединения к ней соседних атомов материала, общая колебательная энергия которых уменьшается. Уменьшение колебательной энергии этих атомов предложено осуществлять, используя ВЧ или СВЧ электромагнитное поле, которое существует в материале благодаря колебаниям электрических зарядов. Энергию такого электромагнитного поля желательно выводить из материала во внешнюю среду. Преодолевая внешнюю границу материала с электродом ВЧ и СВЧ поле, ток испытывают частичное отражение, из-за чего часть ВЧ и СВЧ энергии возвращается от границы обратно в материал. Для уменьшения возвращающейся в материал электромагнитной мощности, высвобождающейся при увеличении области когерентности, характерный размер контактной области каждого электрода с материалом выбирают не более четверти длины ВЧ или СВЧ волны в материале

Figure 00000054
, где с - скорость света в вакууме, ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала, F - характерная резонансная частота замедляющего устройства.An increase in the size (2Λ) of the coherence region occurs due to the addition of neighboring material atoms, the total vibrational energy of which decreases. It is proposed to reduce the vibrational energy of these atoms using an RF or microwave electromagnetic field that exists in the material due to oscillations of electric charges. It is desirable to remove the energy of such an electromagnetic field from the material into the external environment. Overcoming the external boundary of the material with the RF and microwave fields, the current is partially reflected, due to which part of the RF and microwave energy returns from the boundary back to the material. To reduce the electromagnetic power returned to the material, which is released when the coherence region increases, the characteristic size of the contact area of each electrode with the material is chosen no more than a quarter of the length of the RF or microwave waves in the material
Figure 00000054
where c is the speed of light in vacuum, ε is the relative permittivity of the material, F is the characteristic resonant frequency of the moderator.

Гиперпроводимость и сверхтеплопроводность материала между электродами возможны, когда размер двух областей когерентности, расположенных вблизи контактов 1 и 2, становится равным расстоянию между электродами или превышает его, когда 4Λ≥D, и области когерентности занимают весь материал между электродами, электрически соединяют их друг с другом. Из формулы (13) видно, что увеличение Λ возможно при превышении колебательной энергии Екол некоторой минимальной величины

Figure 00000055
, для θ обычно лежащих между 2 K и 6 K в различных полупроводниках с известными ЭКЦ в таких материалах. Из этого следует также, что нагревание материала между электродами при осуществлении гиперпроводимости и сверхтеплопроводности можно начинать с соответствующих минимальных температур. Минимальные значения длины когерентности при низких температурах в термодинамически равновесных условиях могут составлять десятки ангстрем. Нагревание материала выше минимальной температуры вызывает увеличение колебательной энергии и, несмотря на содержащуюся в (13) обратную температурную зависимость, длина когерентности увеличивается до определенного предела. Например, в кремнии (Z=14) при комнатной температуре величина 2Λ может достигать 20 микрон, а в германии (Z=32) она больше чем в кремнии почти в b раз. Согласно (14, 15)Hyperconductivity and superconductivity of the material between the electrodes are possible when the size of two coherence regions located near contacts 1 and 2 becomes equal to the distance between the electrodes or exceeds it when 4Λ≥D, and the coherence regions occupy all the material between the electrodes, electrically connect them to each other . From formula (13) it can be seen that an increase in Λ is possible if the vibrational energy E count exceeds a certain minimum value
Figure 00000055
, for θ usually lying between 2 K and 6 K in various semiconductors with known ECC in such materials. It also follows from this that the heating of the material between the electrodes during the implementation of hyperconductivity and super thermal conductivity can begin with the corresponding minimum temperatures. The minimum values of the coherence length at low temperatures in thermodynamically equilibrium conditions can be tens of angstroms. Heating the material above the minimum temperature causes an increase in vibrational energy and, despite the inverse temperature dependence contained in (13), the coherence length increases to a certain limit. For example, in silicon (Z = 14) at room temperature, 2Λ can reach 20 microns, and in Germany (Z = 32) it is almost b times more than in silicon. According to (14, 15)

Figure 00000056
Figure 00000056

где МZ1 и MZ2 - массы ядер атомов основного вещества с атомными номерами Z1 и Z2, а

Figure 00000057
Figure 00000058
- эффективные массы носителей зарядов в образованных этими атомами материалах. Поэтому в материалах, состоящих из многоэлектронных атомов с большими атомными номерами и с большими эффективными массами основных носителей зарядов можно ожидать значительно больших значений длины когерентности при одинаковых температурах.where M Z1 and M Z2 are the masses of the nuclei of the atoms of the basic substance with atomic numbers Z 1 and Z 2 , and
Figure 00000057
Figure 00000058
- effective masses of charge carriers in the materials formed by these atoms. Therefore, in materials consisting of many-electron atoms with large atomic numbers and with large effective masses of the main charge carriers, significantly larger values of the coherence length at the same temperatures can be expected.

Такой результат верен, если в материале имеются свободные, невзаимодействующие друг с другом, с границами и иными неоднородностями материала когерентные области. Объем материала, в котором рассеивается энергия когерентных колебаний изолированной когерентной области, имеет форму шарового слоя толщиной

Figure 00000026
. Этот шаровой слой окружает сферическую когерентную область с радиусом Λ. Увеличение Λ по мере увеличения Екол при повышении температуры характеризуется переходом значительного числа расположенных вблизи когерентной области атомов из колебательного состояния с произвольной частотой и фазой гармонических собственных I-колебаний в колебательное состояние с общей частотой и фазой, в состояние когерентных I-колебаний. Такой переход к когерентным колебаниям дополнительно требует рассеяния избыточной энергии некогерентных колебаний. Действительно, колебательная энергия N атомов осуществляющих независимые 1-колебания с различными фазами за пределами когерентной области близка к сумме колебательных энергий этих атомов
Figure 00000059
. С другой стороны в составе когерентной области все атомы имеют общую колебательную энергию
Figure 00000060
. Поскольку число присоединяющихся к когерентной области атомов может достигать нескольких тысяч, то оказывается, что при увеличении размеров области когерентности необходимо рассеять значительную колебательную энергию, примерно равную
Figure 00000061
.This result is true if the material contains free, non-interacting with each other, with boundaries and other inhomogeneities of the material coherent regions. The volume of material in which the energy of coherent oscillations of the isolated coherent region is dissipated has the shape of a spherical layer with a thickness
Figure 00000026
. This spherical layer surrounds a spherical coherent region with radius Λ. An increase in Λ with increasing E count with increasing temperature is characterized by the transition of a significant number of atoms located near the coherent region from the vibrational state with an arbitrary frequency and phase of harmonic intrinsic I-vibrations to the vibrational state with a common frequency and phase, into the state of coherent I-vibrations. Such a transition to coherent oscillations additionally requires the dissipation of excess energy of incoherent oscillations. Indeed, the vibrational energy of N atoms performing independent 1-oscillations with different phases outside the coherent region is close to the sum of the vibrational energies of these atoms
Figure 00000059
. On the other hand, in the composition of the coherent region, all atoms have a common vibrational energy
Figure 00000060
. Since the number of atoms joining the coherent region can reach several thousand, it turns out that with an increase in the size of the coherence region, it is necessary to dissipate a significant vibrational energy, approximately equal to
Figure 00000061
.

Рассеяние избыточной энергии некогерентных колебаний за пределами когерентной области частично может обеспечиваться увеличением объема рассеяния энергии при увеличении Λ. Однако следует учесть, что объем когерентной области и соответствующее число когерентно колеблющихся атомов увеличивается пропорционально Λ3, а объем рассеяния колебательной энергии увеличивается «медленнее», пропорционально Λ2. Поэтому возможность увеличения рассеяния избыточной энергии некогерентных колебаний, присоединяющихся к когерентным колебаниям атомов, ограничена. Кроме того, в реальных условиях увеличение Λ приводит к сближению различных когерентных областей друг к другу и к соответствующему уменьшению тех объемов материала, в которых за пределами областей когерентности колебательная энергия может быть рассеяна. Это приводит к ограничению рассеиваемой мощности колебаний и даже к ее уменьшению. Соответственно наступает насыщение увеличения Λ и даже возможно уменьшение Λ, в частности, за счет обратной температурной зависимости (14).The scattering of excess energy of incoherent oscillations outside the coherent region can be partially provided by an increase in the energy dissipation volume with an increase in Λ. However, it should be taken into account that the volume of the coherent region and the corresponding number of coherently oscillating atoms increases in proportion to Λ 3 , and the scattering volume of vibrational energy increases “more slowly”, in proportion to Λ 2 . Therefore, the possibility of increasing the scattering of excess energy of incoherent vibrations joining the coherent vibrations of atoms is limited. In addition, under real conditions, an increase in Λ leads to the approach of various coherent regions to each other and to a corresponding decrease in those volumes of material in which vibrational energy can be dissipated outside the limits of coherence regions. This leads to a limitation of the dissipated power of the oscillations and even to its reduction. Correspondingly, saturation of an increase in Λ sets in and even a decrease in Λ is possible, in particular, due to the inverse temperature dependence (14).

Таким образом, при нагревании материала выше минимальной температуры (≈1.5K) в нем происходят следующие процессы:Thus, when the material is heated above the minimum temperature (≈1.5 K), the following processes occur in it:

1i. Увеличение колебательной энергии и соответствующее увеличение длины когерентности;1i. An increase in vibrational energy and a corresponding increase in the length of coherence;

2i. Уменьшение длины когерентности из-за обратной температурной зависимости длины рассеяния энергии;2i. Reduced coherence length due to the inverse temperature dependence of the energy dissipation length;

3i. Сближение частот и фаз колебаний атомов когерентной области и присоединяющихся к этой области атомов, увеличение когерентной области, увеличение длины когерентности;3i. The convergence of the frequencies and phases of oscillations of the atoms of the coherent region and the atoms joining this region, an increase in the coherent region, an increase in the length of coherence;

4i. Рассеяние избыточной колебательной энергии атомов, переходящих в состояние когерентных колебаний.4i. The scattering of excess vibrational energy of atoms passing into a state of coherent vibrations.

Процессы 1i и 2i имеют противоположные тенденции, они "конкурируют" друг с другом, определяются микроскопическими процессами, которые практически не оставляют нам возможностей влиять на изменение длины когерентности, регулировать длину когерентности за счет изменения внешних по отношению к материалу условий. Изменение колебательной энергии, соответствующее процессу 1i вызывает изменение длины когерентности на фоне монотонной зависимости (Т-1) соответствующей процессу 2i. Конкуренция процессов 1i и 2i вызывает ступенчатые температурные зависимости длины когерентности и размеров когерентных областей, а также гистерезисные явления в температурных зависимостях электрического и теплового сопротивления материала между электродами вследствие дискретности, квантованности I-колебаний.Processes 1i and 2i have opposite trends, they “compete” with each other, are determined by microscopic processes, which practically leave us no opportunity to influence the change in the coherence length, and to regulate the coherence length due to changes in the conditions external to the material. The change in vibrational energy corresponding to process 1i causes a change in the coherence length against the background of a monotonic dependence (T -1 ) corresponding to process 2i. The competition of processes 1i and 2i causes stepwise temperature dependences of the coherence length and sizes of coherent regions, as well as hysteresis phenomena in the temperature dependences of the electric and thermal resistance of the material between the electrodes due to the discreteness and quantization of I-oscillations.

Процесс 3i описывается формулами (9-12), учитывающими взаимодействие между ЭКЦ, участвующими в гармонических колебаниях с различными частотами и фазами. Взаимодействие, обмен фононами между когерентной областью и окружающими ее атомами создает вынужденные колебания всех атомов на одной частоте и с определенной фазой, что необходимо для присоединения атомов к области когерентности. Процессы установления одинаковых вынужденных частот и одинаковых фаз колебаний происходят самопроизвольно, согласно решениям уравнения движения. Мы имеем возможность интенсифицировать этот процесс, используя ВЧ и (или) СВЧ способ отвода колебательной энергии из материала между электродами. Для этого устанавливают согласованную электромагнитную связь материала между электродами с колебательным контуром, резонатором, волноводом, полосковой линией или с другим замедляющим, резонансным устройством (с другими замедляющими, резонансными устройствами) с добротностью Q. В таких условиях колебания электрических зарядов когерентной области возбуждают переменные электрические (ВЧ или СВЧ) токи в связанном с материалом замедляющем устройстве, усиливая их в Q раз на резонансной частоте замедляющего устройства. Протекание этих токов сопряжено с рассеянием энергии в виде Джоулева тепла в замедляющем устройстве, а также в нагрузке замедляющего устройства. Рассеивающаяся в замедляющем устройстве ВЧ или СВЧ энергия поступает из материала между электродами по согласованной электромагнитной связи. Таким образом, энергия некогерентных I-колебаний выводится из материала, что обеспечивает увеличение длины когерентности и соответствует цели изобретения.Process 3i is described by formulas (9-12), which take into account the interaction between ECCs participating in harmonic vibrations with different frequencies and phases. The interaction, the exchange of phonons between the coherent region and the atoms surrounding it creates forced vibrations of all atoms at the same frequency and with a certain phase, which is necessary for the atoms to join the coherence region. The processes of establishing the same forced frequencies and the same oscillation phases occur spontaneously, according to the solutions of the equation of motion. We are able to intensify this process using the HF and (or) the microwave method of removing vibrational energy from the material between the electrodes. For this, a coordinated electromagnetic connection is established between the electrodes with an oscillatory circuit, a resonator, a waveguide, a strip line, or with another slowing down, resonant device (with other slowing down, resonant devices) with a Q factor. Under such conditions, oscillations of the electric charges of the coherent region excite variable electric ( High-frequency or microwave) currents in a moderator associated with the material, amplifying them by a factor of Q at the resonant frequency of the moderator. The flow of these currents is associated with the dissipation of energy in the form of Joule heat in the moderator, as well as in the load of the moderator. The RF or microwave energy dissipated in the moderator is supplied from the material between the electrodes via a coordinated electromagnetic coupling. Thus, the energy of incoherent I-oscillations is derived from the material, which provides an increase in the coherence length and is consistent with the purpose of the invention.

Электрические поля, возникающие в замедляющем устройстве под действием колебаний электрических зарядов в материале, действуют на материал. В материале они выполняют функцию вынуждающего воздействия на колебания всех атомов, способствуют возникновению и существованию их вынужденных колебаний с одной частотой и общей фазой согласно (9-12), то есть выполняют синхронизацию I-колебаний, что необходимо для увеличения длины когерентности и достижения цели изобретения. Чтобы данный процесс был эффективным, выбирают резонансную частоту колебательного контура, резонатора, другого связанного с материалом замедляющего устройства в диапазоне частот фононов, обеспечивающих взаимодействие колебаний атомов, а именно в диапазоне частот от 106 Гц до 3⋅1015 Гц.The electric fields arising in the moderator under the influence of oscillations of electric charges in the material act on the material. In the material, they perform the function of a coercive effect on the vibrations of all atoms, contribute to the appearance and existence of their forced vibrations with the same frequency and common phase according to (9-12), that is, they synchronize I-vibrations, which is necessary to increase the coherence length and achieve the purpose of the invention . In order for this process to be effective, the resonant frequency of the oscillatory circuit, resonator, and other moderator associated with the material is selected in the frequency range of phonons that ensure the interaction of atomic vibrations, namely in the frequency range from 10 6 Hz to 3 × 10 15 Hz.

Данный процесс может быть использован для увеличения длины когерентности только совместно с процессом 4i, так как переход от колебаний атомов с произвольной фазой к колебаниям с одинаковой фазой, переход к когерентным колебаниям возможен при уменьшении общей энергии колебаний атомов, присоединяющихся к когерентной области.This process can be used to increase the coherence length only in conjunction with process 4i, since the transition from atomic vibrations with an arbitrary phase to vibrations with the same phase, the transition to coherent vibrations is possible with a decrease in the total energy of atomic vibrations joining the coherent region.

Процесс 4i допускает влияние на него извне и может быть использован для регулирования длины когерентности за счет изменения внешних условий в отношении материала между электродами. Излучательный механизм (с испусканием электромагнитных квантов) рассеяния энергии некогерентных колебаний атомов, присоединяющихся к когерентным областям, оказывается маловероятным и неэффективным из-за сильной связи электронов с фононами. Поэтому важными остаются процессы рассеяния энергии с участием фононов, связанных с электронами. Связанные с фононами электроны осциллируют на частотах фононов и создают соответствующие переменные электрические поля в материале, вообще говоря, с различными произвольными фазами. Эти поля возбуждают в связанных и согласованных с материалом замедляющих устройствах электрические колебания за счет энергии, поступающей из материала. Тем самым обеспечивается отвод энергии колебаний из материала в замедляющие устройства.Process 4i can be influenced externally and can be used to control the coherence length by changing external conditions regarding the material between the electrodes. The radiative mechanism (with the emission of electromagnetic quanta) of energy dissipation of incoherent vibrations of atoms joining coherent regions is unlikely and inefficient due to the strong coupling of electrons with phonons. Therefore, the processes of energy dissipation involving phonons associated with electrons remain important. Electrons associated with phonons oscillate at the phonon frequencies and create the corresponding alternating electric fields in the material, generally speaking, with various arbitrary phases. These fields excite electrical vibrations in coupled and matched with the material slowing devices due to the energy coming from the material. This ensures the removal of vibrational energy from the material into slowing devices.

Электрические колебания, возбуждаемые в связанных с материалом замедляющих устройствах вблизи их резонансной частоты, усиливаются примерно в Q>>1 раз и оказываются по отношению к материалу в роли внешнего воздействия, выполняющего синхронизирующую роль согласно формулам (9-12). В результате I-колебания многих атомов становятся когерентными, такие атомы присоединяются к когерентным областям, увеличивая их размер и длину когерентности Λ.The electric vibrations excited in the moderators associated with the material near their resonant frequency are amplified by about Q >> 1 times and turn out to be in relation to the material as an external influence, which performs a synchronizing role according to formulas (9-12). As a result, the I-vibrations of many atoms become coherent; such atoms attach to the coherent regions, increasing their size and coherence length Λ.

Два процесса (3i и 4i) синхронизации частот колебаний и отвод энергии некогерентных колебаний в заявленном изобретении выполняются контактным или бесконтактным высокочастотным способом. Для этого устанавливают согласованную электромагнитную связь материала между электродами с коаксиальной линией, волноводной линией, полосковой линией, нагруженные на согласованные нагрузки, с резонатором, колебательным контуром или другим (другими) замедляющим (замедляющими) устройством (устройствами), (например, с оптическими микрорезонаторами [48]), имеющими большие добротности и резонансные частоты в диапазоне от 106 Гц до 3⋅1015 Гц. В таких условиях колебательная энергия связанных с фононами электронов затрачивается на создание электрических колебаний и волн в перечисленных устройствах и рассеивается в этих устройствах в виде джоулевых потерь или в их нагрузке. С другой стороны, электрические колебания в указанных замедляющих устройствах оказывают синхронизирующее влияние на I-колебания в материале, обеспечивая их монохроматичность и когерентность. Тем самым с помощью замедляющих устройств с добротностью Q≥10 обеспечивается выполнение двух основных задач:Two processes (3i and 4i) for synchronizing vibration frequencies and energy removal of incoherent oscillations in the claimed invention are performed by a contact or non-contact high-frequency method. To do this, establish a coordinated electromagnetic connection of the material between the electrodes with a coaxial line, a waveguide line, a strip line, loaded on matched loads, with a resonator, an oscillatory circuit or other (other) decelerating (decelerating) device (s), (for example, with optical microresonators [ 48]), having high Q factors and resonant frequencies in the range from 10 6 Hz to 3⋅10 15 Hz. Under such conditions, the vibrational energy of the electrons associated with the phonons is expended to create electrical vibrations and waves in the above devices and dissipated in these devices in the form of Joule losses or in their load. On the other hand, electrical vibrations in these slowing down devices have a synchronizing effect on I-vibrations in the material, ensuring their monochromaticity and coherence. Thus, using slowing devices with a Q factor of Q≥10, two main tasks are achieved:

- синхронизации частот и фаз I-колебаний;- synchronization of frequencies and phases of I-oscillations;

- отвод колебательной энергии из материала между электродами.- removal of vibrational energy from the material between the electrodes.

Собственно, I-осцилляторы характеризуются параболической связью между энергией и смещениями атомных ядер в атомах или ионах материала. В связи с этим ЭКЦ и области когерентности являются почти идеальными преобразователями частот электрических и акустических сигналов. Их колебания подчиняются зависимостям а, б, в и г (см. стр. 33), описывающим частоты гармонических, субгармоническиех ультрагармонических и ультрасубгармонических колебаний. При любой резонансной частоте замедляющего устройства в указанном диапазоне всегда найдутся такие значения произвольных чисел тип, при которых преобразованная частота попадет в полосу пропускания замедляющего устройства. Это обеспечивает отвод колебательной энергии из материала в замедляющее устройство, увеличение длины когерентности, что в итоге соответствует цели изобретения.Actually, I-oscillators are characterized by a parabolic relationship between the energy and displacements of atomic nuclei in the atoms or ions of the material. In this regard, ECC and coherence are almost ideal frequency converters of electrical and acoustic signals. Their oscillations obey the dependences a, b, c and d (see page 33), which describe the frequencies of harmonic, subharmonic, ultraharmonic and ultrasubharmonic oscillations. At any resonant frequency of the moderator in the specified range, there are always values of arbitrary numbers such that the converted frequency falls into the passband of the moderator. This ensures the removal of vibrational energy from the material to the retarding device, increasing the coherence length, which ultimately corresponds to the purpose of the invention.

На фиг. 15 схематично показано бесконтактное подключение материала между электродами к колебательному контуру, состоящему из электродов 3 и 4, обеспечивающими емкостную связь материала с колебательным контуром, включающим индуктивность 5. Добротность колебательного контура

Figure 00000062
, где Рполная - мощность электрических колебаний в контуре, Рпотерь - мощность потерь в контуре. С одной стороны, Рпотерь=(Рполная/Q). С другой стороны, в стационарных условиях Рпотерь равна энергии, поступающей из материала между электродами, которую можно записать как G⋅Ωген⋅δ⋅E*, где G - скорость рекомбинации носителей зарядов, генерирующих I-колебания в объеме материала (Ωген), δ - доля колебательной энергии, рассеиваемая электроном за один акт рассеяния, Е* - энергия колебаний, возникающих в одном акте рекомбинации. Приравняв эти энергии приходим к условию δ⋅Q=Pполн/(G⋅Ωген⋅E*)=1, поскольку вся мощность генерируемых колебаний должна быть рассеяна. Учитывая типичное значение δ≈(10-1…10-2), получаем условие Q≥10.In FIG. 15 schematically shows the non-contact connection of the material between the electrodes to the oscillatory circuit, consisting of electrodes 3 and 4, providing capacitive coupling of the material with the oscillatory circuit, including inductance 5. Quality factor of the oscillatory circuit
Figure 00000062
where P full is the power of electrical oscillations in the circuit, P losses is the power of losses in the circuit. On the one hand, P loss = (P full / Q). On the other hand, under stationary conditions P the loss is equal to the energy coming from the material between the electrodes, which can be written as G⋅Ω gene ⋅δ⋅E * , where G is the recombination rate of charge carriers generating I-oscillations in the bulk of the material (Ω gene ), δ is the fraction of vibrational energy dissipated by the electron in one act of scattering, E * is the energy of vibrations arising in one act of recombination. Equating these energies, we arrive at the condition δ⋅Q = P full / (G⋅Ω gene ⋅E * ) = 1, since all the power of the generated oscillations must be dissipated. Given the typical value of δ≈ (10 -1 ... 10 -2 ), we obtain the condition Q≥10.

Для отвода избыточной колебательной энергии из материала между электродами можно располагать образец материала между обкладками конденсатора включенного в колебательный контур, включать образец в длинную, например, полосковую или коаксиальную линию, или располагать образец в СВЧ резонатор или волновод.To remove excess vibrational energy from the material between the electrodes, you can place a sample of the material between the plates of the capacitor included in the oscillatory circuit, include the sample in a long, for example, strip or coaxial line, or place the sample in a microwave resonator or waveguide.

Внешние электромагнитное и акустическое излучения, магнитные поля влияют на величину длины когерентности и на величину Th. Поэтому материалы между выпрямляющими электродами, проявляющие гиперпроводящие переходы, могут быть применены в качестве бесконтактных прерывателей, реле, выключателей электрического и теплового токов, не имеющих подвижных механических деталей, управляемых с помощью внешних излучений и магнитных полей. И наоборот, они могут быть применены в качестве датчиков, чувствительных к действию внешних излучений и магнитных полей.External electromagnetic and acoustic radiation, magnetic fields affect the value of the coherence length and the value of T h . Therefore, materials between the rectifying electrodes exhibiting hyperconducting transitions can be used as contactless breakers, relays, and electric and thermal current switches that do not have moving mechanical parts controlled by external radiation and magnetic fields. Conversely, they can be used as sensors sensitive to the action of external radiation and magnetic fields.

Экспериментальная проверка изобретения показала близкую к 100% эффективность, выход приборов на основе различных полупроводников (Ge, Si, GaAs, InAs, InSb, CdHgTe,), демонстрирующих переход в состояние гиперпроводимости и сверхтеплороводности при достижении и превышении соответствующих температур Th, (Тh≤Т≤Т*).An experimental verification of the invention showed a close to 100% efficiency, the output of devices based on various semiconductors (Ge, Si, GaAs, InAs, InSb, CdHgTe,), demonstrating a transition to the state of hyperconductivity and superhumidity at reaching and exceeding the corresponding temperatures T h , (T h ≤T≤T * ).

К пункту 2 формулы. Целесообразно начинать нагрев образцов с температур ≈1,5 K поскольку это обеспечивает уменьшение нестабильности сопротивления материалов при нагревании до температуры гиперпроводящего перехода, способствует ускоренному формированию доминирующей моды I-колебаний, уменьшению температур гиперпроводящего перехода, к сужению температурного интервала в котором происходит такой переход и к расширению температурного интервала существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности (Тh, Т*), т.е. к уменьшению Th и к увеличению T*.To paragraph 2 of the formula. It is advisable to start heating the samples from temperatures ≈1.5 K, since this ensures a decrease in the instability of the resistance of materials when heated to the temperature of the hyperconducting transition, facilitates the accelerated formation of the dominant mode of I-vibrations, decreases the temperatures of the hyperconducting transition, and narrows the temperature range in which such a transition occurs and the expansion of the temperature range of the existence of hyperconductivity and superconductivity (T h , T * ), i.e. to a decrease in T h and an increase in T * .

Из фиг. 7 видно, что при значениях концентрации ЭКЦ в заявленном изобретении от 2⋅1014 см-3 до 6⋅1015 см-3 существенно сужается температурный диапазон для осуществления цели изобретения, но это относится только к условиям прототипа, когда не осуществляется отвод колебательной энергии из материала. В отличие от прототипа, в заявленном изобретении применяется высокочастотный или СВЧ способ отвода энергии из материала между электродами, который позволяет расширить температурный диапазон осуществления гиперпроводящего перехода. Более того, даже если начинать нагрев образцов не с температур ≈1,5K, а с более высоких температур, например, с околокомнатной температуры, то можно осуществлять гиперпроводимость и сверхтеплопроводность, обеспечивая достижение цели изобретения с высокой эффективностью благодаря примененному высокочастотному способу отвода из материала избыточной колебательной энергии.From FIG. 7 it can be seen that when the ECC concentration in the claimed invention is from 2⋅10 14 cm -3 to 6⋅10 15 cm -3 , the temperature range for the purpose of the invention is significantly narrowed, but this only applies to the conditions of the prototype, when vibrational energy is not removed from material. Unlike the prototype, the claimed invention uses a high-frequency or microwave method of energy removal from the material between the electrodes, which allows to expand the temperature range of the implementation of the hyperconducting transition. Moreover, even if you start heating the samples not from temperatures ≈1.5 K, but from higher temperatures, for example, near room temperature, you can carry out hyperconductivity and super thermal conductivity, achieving the goal of the invention with high efficiency due to the high-frequency method of removing excess material from the material vibrational energy.

Эксперименты с различными полупроводниками показали, что в таких случаях переход к гиперпроводимости и свертеплопроводности обычно оказывается более «плавным», занимает более широкий температурный интервал и при дальнейшем нагревании образцов в определенных условиях такие состояния могут разрушаться из-за уменьшения Λ согласно обратной температурной зависимости (13).Experiments with various semiconductors have shown that in such cases the transition to hyperconductivity and superconductivity usually turns out to be smoother, occupies a wider temperature interval, and upon further heating of the samples under certain conditions, such states can be destroyed due to a decrease in Λ according to the inverse temperature dependence (13 )

На фиг. 16 приведены температурные зависимости электрического сопротивления арсенида галлия, измеренные при различных расстояниях D=10; 20 и 40 мкм между электродами 1 и 2 в условиях отвода колебательной энергии с помощью колебательных контуров. На вставке фиг. 16 схематически показано подключение колебательных контуров с выводами для подсоединения к измерительной аппаратуре. Колебательные контуры содержат индуктивный элемент 5 и емкостной элемент с диэлектрическим слоем в виде сапфировой пластины, имеют резонансные частоты в диапазоне от 8 Ггц до 10 Ггц. Температуры гиперпроводящих переходов (Th) на рисунке указаны вертикальными стрелками. Для каждой кривой указаны расстояния между электродами в микронах (10 мкм, 20 мкм и 40 мкм). Представленные на фиг. 16 кривые проявляют характерную тенденцию увеличения Th при увеличении D, что соответствует представлениям о формировании гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами.In FIG. 16 shows the temperature dependences of the electrical resistance of gallium arsenide, measured at various distances D = 10; 20 and 40 microns between the electrodes 1 and 2 under conditions of removal of vibrational energy using vibrational loops. In the inset of FIG. 16 schematically shows the connection of oscillatory circuits with leads for connection to measuring equipment. Vibration circuits contain an inductive element 5 and a capacitive element with a dielectric layer in the form of a sapphire plate, have resonant frequencies in the range from 8 GHz to 10 GHz. The temperatures of the hyperconducting transitions (T h ) in the figure are indicated by vertical arrows. For each curve, the distances between the electrodes in microns (10 μm, 20 μm and 40 μm) are indicated. Presented in FIG. 16 curves show a characteristic tendency to increase T h with increasing D, which corresponds to the ideas about the formation of hyperconductivity and super thermal conductivity in the material between the electrodes.

На фиг. 17 представлена характерная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами (D=50 мкм) в образце на основе германия с почти собственной проводимостью, когда поддерживается электромагнитная связь материала с колебательным контуром, связанным с материалом вблизи одного электрода. Верхняя кривая 6 на фиг. 17 соответствует нагреванию, а нижняя кривая 7 соответствует охлаждению образца. В примерной области температур от 325 K до 425 K на верхней кривой наблюдается неустойчивость величины сопротивления, которая характерна также для образцов на основе различных полупроводников при нагревании от комнатной температуры. Из фиг. 17 видно, что по мере нагревания образца сопротивление материала между электродами достигает нулевого значения при температуре 474,5 K, т.е. при этой температуре достигается гиперпроводимость, что соответствует цели заявленного изобретения. При охлаждении образца гиперпроводимость сохраняется до 449,6 K. Гиперпроводимости сопутствует сверхтеплопроводность. Температурная зависимость теплового сопротивления RT этого же германиевого образца представлена на фиг. 18 кривыми 8 и 9. В температурной зависимости электрического и теплового сопротивлений наблюдается «гистерезис», при охлаждении образца нулевые значения электрического и теплового сопротивлений отличаются от соответствующих температур, измеренных при нагревании образца, что связано с нелинейностью электронно-колебательных процессов в материале. При нагревании данного образца (фиг. 18) тепловое сопротивление обращается в ноль при температурах выше 466 K, а при охлаждении - при 450,4 K оно исчезает.In FIG. Figure 17 shows the characteristic temperature dependence of the electrical resistance of the material between the electrodes (D = 50 μm) in a germanium-based sample with almost intrinsic conductivity, when the material is electromagnetically coupled to an oscillatory circuit connected to the material near one electrode. The upper curve 6 in FIG. 17 corresponds to heating, and the bottom curve 7 corresponds to cooling of the sample. In the approximate temperature range from 325 K to 425 K, an instability of the resistance value is observed on the upper curve, which is also characteristic of samples based on various semiconductors when heated from room temperature. From FIG. 17 it can be seen that as the sample is heated, the resistance of the material between the electrodes reaches zero at a temperature of 474.5 K, i.e. at this temperature, hyperconductivity is achieved, which corresponds to the purpose of the claimed invention. When the sample is cooled, hyperconductivity persists to 449.6 K. Hyperconductivity is accompanied by super thermal conductivity. The temperature dependence of the thermal resistance R T of the same germanium sample is shown in FIG. 18 by curves 8 and 9. In the temperature dependence of electric and thermal resistances, “hysteresis” is observed, when the sample is cooled, zero values of electric and thermal resistances differ from the corresponding temperatures measured when the sample was heated, which is due to the nonlinearity of the electron-vibrational processes in the material. When this sample is heated (Fig. 18), the thermal resistance vanishes at temperatures above 466 K, and when cooled, it disappears at 450.4 K.

Нелинейные зависимости длины когерентности Λ от температуры T и от колебательной энергии Eкол, которая также зависит от T, проявляются в виде «гистерезисных» особенностей температурных зависимостей электрического и теплового сопротивлений гиперпроводников (как видно из фиг. 17 и 18) и нередко вызывают спонтанные колебательные процессы, «неустойчивости» сопротивлений обусловленные одновременным участием нескольких мод упругих колебаний в формировании когерентных областей при нагревании от комнатной температуры. Если нагревание образцов начинать с низких температур, то «неустойчивости» ослабевают и переход к гиперпроводящему состоянию занимает меньший температурный интервал.Nonlinear dependences of the coherence length Λ on temperature T and on vibrational energy E count , which also depends on T, manifest themselves as “hysteretic” features of the temperature dependences of the electrical and thermal resistances of hyperconductors (as can be seen from Figs. 17 and 18) and often cause spontaneous vibrational processes, “instabilities” of resistances due to the simultaneous participation of several modes of elastic vibrations in the formation of coherent regions when heated from room temperature. If the heating of samples begins at low temperatures, then the "instabilities" are weakened and the transition to the hyperconducting state takes a shorter temperature range.

Неустойчивость сопротивления при нагревании образцов и неустойчивость температуры образцов усиливается, если избыточная колебательная энергия из материала не отводится и если температуру образца не стабилизируют. Эти результаты отвечают представлениям о нелинейных электрон-фононных взаимодействиях на ЭКЦ в гиперпроводниках.The instability of resistance during heating of the samples and the instability of the temperature of the samples are enhanced if excess vibrational energy is not removed from the material and if the temperature of the sample is not stabilized. These results correspond to the notions of nonlinear electron-phonon interactions at the ECC in hyperconductors.

Прототип [16] позволяет осуществлять гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в кремниевом материале между электродами, отстоящими друг от друга не более чем на D=20 мкм при нагревании от низких температур. В отличии от прототипа заявленный способ позволяет достигать цели изобретения при больших значениях D даже при нагревании от околокомнатной температуры. На фиг. 19 приведена характерная температурная зависимость электрического сопротивления кремниевого материала между электродами при D=22 мкм из которого видно, что при нагревании образца от комнатной температуры благодаря увеличению длины когерентности Λ его электрическое сопротивление уменьшается до нулевого значения при температуре T1h=459 K и в материале между электродами 1 и 2 осуществляется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность. При дальнейшем нагревании образца до температуры Т2=469 K в материале между электродами сохраняется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность. Увеличение температуры от T1 до Т2 вызывает увеличение длины когерентности и и 4Λ≥D. При дальнейшем нагревании Λ уменьшается до 4Λ≤D и соответственно гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами разрушаются. Нагревание образца выше Т2 соответствует уменьшению Λ. В соответствии с формулами (13-15) при температурах в окрестности выше Т2 приближенно можно записать Λ=Λ0/Т, где Λ0 независящая от температуры величина, и при Т>Т2 температурное изменение длины когерентности (ΔΛ) следует зависимости (1/Т-1/Т2). Величина ΔΛ представляет увеличивающуюся с ростом температуры толщину слоя материала, расположенную между когерентными областям. Этот слой находится в обычном, негиперпроводящем состоянии. В этом слое верен закон Ома и поэтому величина электрического сопротивления материала между электродами примерно следует зависимости R(T)=R0(1/Т2-1/Т), где R0 - не зависит от температуры Т. Эта формула удовлетворительно описывает наблюдаемое увеличение электрического сопротивления материала между электродами 1 и 2 при превышении температуры Т2.The prototype [16] allows hyperconductivity and super thermal conductivity in a silicon material between electrodes spaced no more than D = 20 μm apart when heated from low temperatures. In contrast to the prototype, the claimed method allows to achieve the objective of the invention at high D values even when heated from room temperature. In FIG. Figure 19 shows the characteristic temperature dependence of the electrical resistance of a silicon material between electrodes at D = 22 μm, from which it can be seen that when a sample is heated from room temperature due to an increase in the coherence length Λ, its electrical resistance decreases to zero at a temperature T 1 = T h = 459 K and in the material between electrodes 1 and 2, hyperconductivity and super thermal conductivity are realized. Upon further heating of the sample to a temperature of T 2 = 469 K, hyperconductivity and super thermal conductivity are maintained in the material between the electrodes. An increase in temperature from T 1 to T 2 causes an increase in the coherence length and and 4Λ≥D. With further heating, Λ decreases to 4Λ≤D and, accordingly, the hyperconductivity and super thermal conductivity in the material between the electrodes are destroyed. Heating the sample above T 2 corresponds to a decrease in Λ. In accordance with formulas (13-15) at temperatures in the vicinity of above T 2, we can write approximately Λ = Λ 0 / Т, where Λ 0 is a temperature-independent quantity, and at T> T 2 the temperature change in the coherence length (ΔΛ) follows the dependence ( 1 / T-1 / T 2 ). The quantity ΔΛ represents the thickness of the material layer increasing with temperature, located between the coherent regions. This layer is in a normal, non-conductive state. Ohm's law is true in this layer, and therefore the value of the electrical resistance of the material between the electrodes approximately follows the dependence R (T) = R 0 (1 / T 2 -1 / T), where R 0 is independent of temperature T. This formula satisfactorily describes the observed the increase in electrical resistance of the material between the electrodes 1 and 2 when the temperature T 2 is exceeded.

Температурные зависимости сопротивления материала между электродами в образцах на основе InP имеют такие же особенности. Характерная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами (D=40 мкм) представлена на фиг. 20 где верхняя кривая измерена при нагревании, а нижняя кривая - при охлаждении образца. Нулевое сопротивление при нагревании достигается между температурами T1h=540 K и Т2=542 K, а при охлаждении нулевое сопротивление сохраняется между температурами 542 K и 482 K.The temperature dependences of the material resistance between the electrodes in InP-based samples have the same features. The characteristic temperature dependence of the electrical resistance of the material between the electrodes (D = 40 μm) is shown in FIG. 20 where the upper curve is measured with heating, and the lower curve with cooling of the sample. Zero resistance when heated is achieved between temperatures T 1 = T h = 540 K and T 2 = 542 K, and when cooled, zero resistance is maintained between temperatures 542 K and 482 K.

Идентичные температурные зависимости проявляют различные полупроводниковые материалы между выпрямляющими электродами. Таким образом, видно, что температурный диапазон существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материалах между электродами существенно зависит от расстояния между электродами D. При уменьшении D температура T1h уменьшается, а температура Т2 увеличивается и может превысить температуру плавления материала или электродов, если нагревание начинать с низких температур. Увеличение D ведет к сближению температур Th и T*, к сужению или к исчезновению температурного интервала (Т*-Th), что вообще делает невозможным осуществление гиперпроводимости и сверхтеплопроводности.Identical temperature dependences exhibit various semiconductor materials between the rectifying electrodes. Thus, it can be seen that the temperature range of the existence of hyperconductivity and superconductivity in the materials between the electrodes substantially depends on the distance between the electrodes D. When D decreases, the temperature T 1 = T h decreases, and the temperature T 2 increases and can exceed the melting temperature of the material or electrodes if start heating from low temperatures. An increase in D leads to a convergence of the temperatures T h and T * , to a narrowing or disappearance of the temperature interval (T * -T h ), which generally makes hyperconductivity and superconductivity impossible.

Осуществлению гиперпроводимости и сверхтеплопроводности при больших значениях D способствуют любые способы увеличения длины когерентности Λ. Некоторые способы увеличения Λ и управления величиной Λ содержатся в заявленном изобретении. Если величина D близка к 4Λ, то при нагревании образцов электрическое и тепловое сопротивления материала между электродами значительно уменьшаются, уменьшается также падение напряжения в материале между электродами 1 и 2, вызванные протекающим от внешнего источника током носителей зарядов при измерении сопротивления. Однако протекающий электрический ток связан с потоком I-колебаний и фононов посредством электрон-фононного взаимодействия, которые изменяют температуры материалов вблизи электродов. В результате в материале между электродами 1 и 2 возникает градиент температуры и термоЭДС, УЭФ, которая по величине может быть сравнима с падением напряжения в материале от тока внешнего источника или превышать его. Кроме того, расстояние между когерентными областями (d=D-4Λ) при нагревании материала до высоких температур становится достаточно тонким для туннелирования электронов между когерентными областями и возникают аналоги эффектов Джозефсона величина и полярность которых определяются соотношением фаз колебаний когерентных областей. Поэтому из-за наложения омического падения напряжения, напряжений от термоЭДС и УЭФ и от аналогов эффектов Джозефсона в материале между когерентными областями вблизи температуры перехода к гиперпроводимости возможно нелинейное поведение вольтамперных характеристик образцов и их температурных зависимостей.The implementation of hyperconductivity and superthermal conductivity at large D values is facilitated by any means of increasing the coherence length Λ. Some methods for increasing Λ and controlling the value of Λ are contained in the claimed invention. If the value of D is close to 4Λ, then upon heating the samples, the electric and thermal resistances of the material between the electrodes are significantly reduced, and the voltage drop in the material between the electrodes 1 and 2 also decreases, caused by the charge carrier current flowing from an external source when measuring resistance. However, the flowing electric current is associated with the flow of I-oscillations and phonons through electron-phonon interaction, which change the temperature of materials near the electrodes. As a result, in the material between the electrodes 1 and 2, a gradient of temperature and thermoEMF, UEF appears, which can be comparable in magnitude with the voltage drop in the material from the current of an external source or exceed it. In addition, the distance between the coherent regions (d = D-4Λ) when the material is heated to high temperatures becomes thin enough to tunnel the electrons between the coherent regions and analogs of the Josephson effects arise, the magnitude and polarity of which are determined by the ratio of the phases of the oscillations of the coherent regions. Therefore, due to the superposition of the ohmic voltage drop, stresses from thermoEMF and UEF and from analogs of Josephson effects in the material between coherent regions near the transition temperature to hyperconductivity, nonlinear behavior of the current-voltage characteristics of the samples and their temperature dependences is possible.

В частности, прекращение нагревания образцов способствует усилению рассеяния колебательной, тепловой энергии из когерентных областей и соответствующему увеличению длины когерентности, завершающемуся возникновением гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами, как это показано на примере германиевого образца на фиг. 21.In particular, the cessation of heating of the samples enhances the dispersion of vibrational, thermal energy from the coherent regions and a corresponding increase in the coherence length, resulting in the appearance of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes, as shown by the example of the germanium sample in FIG. 21.

В условиях сильного электрон-фононного взаимодействия термоЭДС совместно с аналогами эффектов Джозефсона может превысить падение напряжения, создаваемого протекающим электрическим током в материале и тогда возникает отрицательное электрическое сопротивление в материале между электродами 1 и 2, что можно видеть из температурной зависимости сопротивления германиевого образца, представленной на фиг. 22. Измеренное отрицательное сопротивление и соответствующий электрический ток возникает и существует за счет колебательной, тепловой энергии когерентных областей в материале и сохраняется, пока существует достаточный для этого градиент температуры в материале между когерентными областями. Время существования отрицательного сопротивления определяется временем рассеяния колебательной энергии когерентными областями и сближения температур когерентных областей. Из фиг. 22 видно, что это время может составлять десятки секунд. Отрицательное сопротивление достигает наибольшего значения, если температура перехода к гиперпроводимости Th близка к любой из дебаевых температур фононов материала Тm или лежит в интервале (Tm±3θ), где термоЭДС, а именно ее составляющая - увлечение электронов фононами (УЭФ), оказывается максимальной.Under conditions of strong electron-phonon interaction, thermoEMF together with analogues of Josephson effects can exceed the voltage drop created by the flowing electric current in the material and then a negative electrical resistance arises in the material between electrodes 1 and 2, which can be seen from the temperature dependence of the resistance of the germanium sample presented on FIG. 22. The measured negative resistance and the corresponding electric current arise and exists due to the vibrational, thermal energy of the coherent regions in the material and is maintained as long as there is a sufficient temperature gradient in the material between the coherent regions. The lifetime of the negative resistance is determined by the time of dispersion of the vibrational energy by the coherent regions and the approximation of the temperatures of the coherent regions. From FIG. 22 shows that this time can be tens of seconds. Negative resistance reaches its maximum value if the transition temperature to hyperconductivity T h is close to any of the Debye temperatures of the phonons of the material T m or lies in the interval (T m ± 3θ), where the thermoEMF, namely its component - electron drag by phonons (UEF), turns out to be maximum.

Известно, что отрицательное электрическое сопротивление возникает в материалах, находящихся в неравновесном состоянии, в неравновесных системах [49].It is known that negative electrical resistance arises in materials in a nonequilibrium state, in nonequilibrium systems [49].

В нашем случае отрицательное электрическое сопротивление в образцах с сильным электрон-фононным взаимодействием проявляется из-за пространственного, межцентрового переноса I-колебаний, электронов и фононов, сопровождающегося возникновением градиента температуры, термоЭДС (УЭФ) и аналогов эффектов Джозефсона. Нужно отметить, что если электрическое сопротивление материала под влиянием термоЭДС становится отрицательным, то тепловое сопротивление материала изменяет свою полярность. В результате стабилизации нулевого электрического сопротивления, гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, в материале между электродами исчезают градиенты электрического потенциала и градиенты температуры. Отрицательное электрическое сопротивление (если оно существовало) также исчезает, устанавливаются стационарные нулевые значения электрического сопротивления и теплового сопротивления материала между электродами, то есть достигается цель изобретения.In our case, negative electrical resistance in samples with strong electron-phonon interaction is manifested due to the spatial, intercenter transfer of I-vibrations, electrons and phonons, accompanied by the appearance of a temperature gradient, thermoEMF (UEF) and analogues of Josephson effects. It should be noted that if the electrical resistance of a material becomes negative under the influence of thermoEMF, then the thermal resistance of the material changes its polarity. As a result of stabilization of zero electrical resistance, hyperconductivity and super-thermal conductivity, the gradients of the electric potential and the temperature gradients disappear in the material between the electrodes. Negative electrical resistance (if it existed) also disappears, stationary zero values of electrical resistance and thermal resistance of the material between the electrodes are established, that is, the purpose of the invention is achieved.

Аналогичный результат можно получить при температурах между Th и Т*, создав в материале между электродами поперечное к току между электродами кратковременное (действующее до 50 секунд) магнитное поле с индукцией до 2 Тесла. Действительно, если температура материала между электродами превышает Th, а гиперпроводимость не достигнута, поскольку когерентные области вблизи электродов 1 и 2 не слились в единую когерентную область, то магнитное поле исключит участие кристаллических фононов в электронно-колебательных переходах, по существу магнитное поле сделает невозможными электронно-колебательные переходы. Тем самым приостановливается приток энергии в когерентные области, что обеспечивает увеличение длины когерентности Λ, т.е. размеров когерентных областей, и их неизбежное слияние в единую когерентную область, замыкающую друг с другом электроды 1 и 2.A similar result can be obtained at temperatures between T h and T * by creating a short-term (effective up to 50 seconds) magnetic field with induction up to 2 Tesla in the material between the electrodes that is transverse to the current between the electrodes. Indeed, if the material temperature between the electrodes exceeds T h and hyperconductivity is not achieved, since the coherent regions near electrodes 1 and 2 did not merge into a single coherent region, then the magnetic field excludes the participation of crystalline phonons in electron-vibrational transitions, essentially the magnetic field will make impossible electronic-vibrational transitions. Thereby, the influx of energy into the coherent regions is suspended, which ensures an increase in the coherence length Λ, i.e. sizes of coherent regions, and their inevitable fusion into a single coherent region, closing electrodes 1 and 2 with each other.

Кратковременное нарушение термодинамического равновесия в материале между электродами для формирования единой когерентной области, замыкающей собой электроды 1 и 2 и тем самым обеспечивающее осуществление гиперпроводимости и сверхтеплопроводности между электродами можно достичь и прекращением нагрева материала в магнитном поле.Short-term violation of thermodynamic equilibrium in the material between the electrodes to form a single coherent region that closes the electrodes 1 and 2 and thereby ensures the implementation of hyperconductivity and superconductivity between the electrodes can be achieved by stopping the heating of the material in a magnetic field.

К пункту 3 формулы. Размер материала (b) выбирают не менее четырех длин когерентности (4Λ), (b≥4Λ). Выбирают толщину пластины материала не менее 4Λ или толщину слоя материала не менее 4Λ на полупроводниковой, полуизолирующей или диэлектрической подложке. Данное условие определяется тем, что для размещения когерентной области в материале необходим объем с характерным размером не менее 2Λ. Кроме того, необходим объем материала для размещения области рассеяния энергии колебаний в виде сферического слоя толщиной

Figure 00000026
, которая существенно превышает 2Λ. В случае вывода из материала колебательной энергии с помощью замедляющих, резонансных устройств, как предусмотрено п. 1 формулы, размер области рассеяния энергии колебаний может быть существенно уменьшен. Поэтому размер (b) полупроводникового материала целесообразно выбирать не менее четырех длин когерентности (4Λ), (b>4Λ), как это сформулировано в данном пункте формулы.To paragraph 3 of the formula. The size of the material (b) is chosen at least four coherence lengths (4Λ), (b≥4Λ). Choose a material plate thickness of at least 4Λ or a material layer thickness of at least 4Λ on a semiconductor, semi-insulating or dielectric substrate. This condition is determined by the fact that for placing a coherent region in a material, a volume with a characteristic size of at least 2Λ is required. In addition, a volume of material is needed to accommodate the scattering region of the vibrational energy in the form of a spherical layer with a thickness
Figure 00000026
, which significantly exceeds 2Λ. In the case of removing vibrational energy from the material with the help of moderating, resonant devices, as provided for in paragraph 1 of the formula, the size of the region of dispersion of vibrational energy can be significantly reduced. Therefore, the size (b) of the semiconductor material is advisable to choose at least four coherence lengths (4Λ), (b> 4Λ), as formulated in this claim.

К пункту 4 формулы. Для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в объеме материала с характерным размером, значительно превышающим учетверенную длину когерентности (4Λ), в этот объем материала вводят вкрапления частиц с характерными размерами (с) меньше Λ, с≤Λ, образующих выпрямляющие контакты с материалом. Это могут быть полупроводниковые или металлические вкрапления. При указанных размерах вкрапленных частиц возникающие вблизи них области когерентности целиком окружают частицы. Далее, если концентрации вкрапленных частиц лежат в пределах от (2Λ)-3 до (2с)-3, то охватывающие их когерентные области касаются друг друга или отделены друг от друга тонкими или туннельно тонкими слоями материала, из-за чего в материале между электродами возникает гиперпроводимость и сверхтеплопроводность.To paragraph 4 of the formula. In order to realize hyperconductivity and superconductivity in a volume of material with a characteristic size significantly exceeding the quadruple coherence length (4Λ), particles of particles with characteristic sizes (c) less than Λ, s≤Λ, forming rectifying contacts with the material, are introduced into this volume of material. It can be semiconductor or metal inclusions. At the indicated sizes of interspersed particles, the coherence regions arising near them completely surround the particles. Further, if the concentrations of disseminated particles are in the range from (2Λ) -3 to (2s) -3 , then the coherent regions that cover them touch each other or are separated from each other by thin or tunnel thin layers of material, which is why in the material between the electrodes hyperconductivity and super thermal conductivity occur.

Вкрапленные в материал частицы сами могут образовывать замедляющие системы. При этом избыточная колебательная энергия при увеличении когерентных областей будет преобразовываться такими замедляющими системами в тепло, т.е в фононы, которые не связаны с ЭКЦ. Тем самым обеспечивается осуществление гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в значительном объеме материала по размерам, превышающим 2Λ, пригодном для разнообразных технических применений, например, для гиперпроводящих магнитных подвесок в транспорте, для протяженных проводников электрического тока с нулевым сопротивлением, для протяженных проводников тепла с нулевым тепловым сопротивлением.Particles embedded in the material themselves can form slowdown systems. In this case, the excess vibrational energy with increasing coherent regions will be converted by such slowing systems into heat, i.e., into phonons that are not associated with ECC. This ensures the implementation of hyperconductivity and superconductivity in a significant amount of material in size exceeding 2Λ, suitable for a variety of technical applications, for example, for hyperconducting magnetic suspensions in transport, for extended conductors of electric current with zero resistance, for extended heat conductors with zero thermal resistance.

К пункту 5 формулы. Этот пункт формулы посвящен осуществлению аналога стационарного эффекта Джозефсона. Если расстояние D между электродами 1 и 2 превышает 4Λ на величину d=D-4Λ, то когерентная область размером 2Λ, расположенная, например, у электрода 1, как схематично показано на фиг. 23, может взаимодействовать, обмениваться частицами и квазичастицами, с аналогичной когерентной областью, расположенной вблизи электрода 2, посредством туннельных электронно-колебательных переходов, если d не слишком велико.To paragraph 5 of the formula. This claim is devoted to the implementation of an analogue of the stationary Josephson effect. If the distance D between the electrodes 1 and 2 exceeds 4Λ by the value d = D-4Λ, then a coherent region of size 2Λ located, for example, at the electrode 1, as shown schematically in FIG. 23, can interact, exchange particles and quasiparticles, with a similar coherent region located near the electrode 2, through tunneling electron-vibrational transitions, if d is not too large.

Для областей когерентности характерны гармонические колебания с частотами, описываемыми формулой гармонического осциллятора (6) из-за чего эти области представляют собой гармонические осцилляторы с дискретным набором электронно-колебательных уровней. Соответственно, взаимодействия когерентных областей друг с другом можно рассматривать как взаимодействия друг с другом гармонических осцилляторов, относящихся к различным когерентным областям. Упругие взаимодействия осцилляторов количественно описываются формулами (9-12). Приложение этих формул к описанию взаимодействия между различными когерентными областями позволяет сделать обоснованный вывод о том, что между когерентными областями, расположенными вблизи электродов 1 и 2, протекает туннельный электронно-колебательный ток. Частоты этого тока соответствуют разности энергий исходного и конечного состояний электронно-колебательных переходов. Переходы между состояниями с одинаковыми энергиями соответствуют нулевой частоте, т.е. образуют постоянный ток, представляющий аналог стационарного эффекта Джозефсона.Coherence regions are characterized by harmonic oscillations with frequencies described by the formula of a harmonic oscillator (6) due to which these regions are harmonic oscillators with a discrete set of electron-vibrational levels. Accordingly, interactions of coherent regions with each other can be considered as interactions of harmonic oscillators related to different coherent regions with each other. Elastic interactions of oscillators are quantitatively described by formulas (9-12). The application of these formulas to the description of the interaction between different coherent regions allows us to draw a reasonable conclusion that a tunneling electron-vibrational current flows between coherent regions located near electrodes 1 and 2. The frequencies of this current correspond to the difference between the energies of the initial and final states of the electron-vibrational transitions. Transitions between states with the same energies correspond to a zero frequency, i.e. form a direct current, which is an analog of the stationary Josephson effect.

Спектры частот колебаний обеих когерентных областей, расположенных вблизи электродов 1 и 2, одинаковы. Колебания когерентных областей на одинаковой частоте ω* согласно формуле (11) имеют амплитуды колебаний Н=F/2rω*, где F - амплитуда периодического воздействия одной когерентной области на другую когерентную область и r - коэффициент затухания колебаний. Из формулы (11) видно, что величину амплитуды Н можно регулировать за счет изменения амплитуды F, например, изменяя концентрацию ЭКЦ, изменяя скорость тепловой генерации носителей зарядов в материале или изменяя внешнее освещение. Величину Н можно регулировать, изменяя коэффициент затухания, изменяя добротности или коэффициенты связи замедляющих устройств с материалом. Согласно формулам (12) фазы колебаний взаимодействующих когерентных областей определяются выражениями: cosδ=0, sinδ=1, т.е. δ=π/2±2π⋅m, где m - положительное целое число. Видно, что колебания взаимодействующих когерентных областей взаимно поляризованы, они ортогональны друг другу, а туннелирующие между ними электроны изменяют поляризацию своих упругих колебаний на той же частоте ω* и создают постоянный ток, представляющий аналог стационарного эффекта Джозефсона.The frequency spectra of the oscillations of both coherent regions located near the electrodes 1 and 2 are the same. Oscillations of coherent regions at the same frequency ω * according to formula (11) have oscillation amplitudes Н = F / 2rω * , where F is the amplitude of the periodic action of one coherent region on another coherent region and r is the damping coefficient of oscillations. It can be seen from formula (11) that the magnitude of the amplitude H can be controlled by changing the amplitude F, for example, by changing the ECC concentration, changing the rate of thermal generation of charge carriers in the material, or changing the external illumination. The value of H can be adjusted by changing the attenuation coefficient, changing the quality factors or coupling coefficients of the slowing devices with the material. According to formulas (12), the oscillation phases of the interacting coherent regions are determined by the expressions: cosδ = 0, sinδ = 1, i.e. δ = π / 2 ± 2π⋅m, where m is a positive integer. It is seen that the vibrations of the interacting coherent regions are mutually polarized, they are orthogonal to each other, and the electrons tunneling between them change the polarization of their elastic vibrations at the same frequency ω * and create a direct current, which is an analog of the stationary Josephson effect.

Кроме того, I-колебания связаны с локализованными на ЭКЦ фононами из-за чего дискретные линии спектра колебаний, описываемого формулой (6), уширяются в полосы контуры которых подчиняются Гауссовому распределению (16) с параметром θ. Становятся возможными так называемые "непрямые" туннельные переходы с испусканием и с поглощением фононов, т.е с уменьшением и с увеличением энергии туннелирующих частиц, т.е с разными частотами туннелирования. В результате преобразования частот на I-осцилляторах выделяются частоты равные сумме и разности частот туннелирования. Разностная частота соответствует нулевой частоте туннелирования, т.е. соответствует постоянному току в диэлектрическом зазоре между когерентными областями. Этот ток представляет вклад в аналог стационарного эффекта Джозефсона. При этом протекают и переменные токи с разностными и комбинационными частотами туннелирования, образующими аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона. Таким образом оказывается, что аналог стационарного эффекта Джозефсона и аналог нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона проявляются, существуют одновременно, они неразделимы и различить их можно только по частоте и фазе (полярности).In addition, I-vibrations are associated with phonons localized on the ECC due to which the discrete lines of the vibrational spectrum described by formula (6) are broadened into bands whose contours obey the Gaussian distribution (16) with parameter θ. So-called “indirect” tunnel transitions with the emission and absorption of phonons, that is, with a decrease and an increase in the energy of tunneling particles, that is, with different tunneling frequencies, become possible. As a result of frequency conversion on I-oscillators, frequencies equal to the sum and difference of the tunneling frequencies are allocated. The difference frequency corresponds to the zero tunneling frequency, i.e. corresponds to a direct current in the dielectric gap between coherent regions. This current contributes to the analog of the stationary Josephson effect. In this case, alternating currents flow with difference and combination frequencies of tunneling, forming an analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect. Thus, it turns out that the analogue of the stationary Josephson effect and the analogue of the non-stationary high-frequency Josephson effect are manifested, exist simultaneously, they are inseparable and can only be distinguished by frequency and phase (polarity).

Аналогичное взаимодействие посредством туннельных электронно-колебательных переходов возможно и в общем случае, когда развитой до размера 2Λ оказывается только когерентная область вблизи одного из контактов. В таком случае, вблизи другого контакта существуют спонтанно сформировавшиеся когерентные области, которые определяют его выпрямляющие свойства. Поэтому электронно-колебательные переходы происходят между когерентной областью с размером 2Λ и когерентными областями меньших размеров, расположенными вблизи другого электрода.A similar interaction through tunneling electron-vibrational transitions is also possible in the general case, when only a coherent region near one of the contacts is developed to a size of 2Λ. In this case, spontaneously formed coherent regions exist near another contact, which determine its rectifying properties. Therefore, electron-vibrational transitions occur between a coherent region with a size of 2Λ and coherent regions of smaller sizes, located near another electrode.

На фиг. 24 представлена энергетическая схема двух когерентных областей отделенных друг от друга туннельно тонким зазором толщиной d=D-4Λ при отсутствии разности напряжений между электродами 1 и 2, например, когда электроды электрически замкнуты внешним проводником. Горизонтальными стрелками здесь показаны туннельные электронно-колебательные переходы без изменения колебательного числа ν. Направление соответствующих переходов и токов определяется разностью фаз I-колебаний когерентных областей. Величина результирующего постоянного тока, представляющего аналог стационарного эффекта Джозефсона, определяется суммой токов (Iν) образованных туннельными переходами куперовских пар между состояниями с одинаковыми значениями ν:

Figure 00000063
. Основной вклад в эту сумму вносит один из переходов с энергией вблизи уровня Ферми F=Е*, а интенсивность и ее температурная и энергетическая зависимость электронно-колебательных переходов подчиняется гауссовой зависимости (16). При вычислении I0 необходимо определять Iν с учетом интенсивностей переходов с испусканием и поглощением в среднем S фононов различных типов.In FIG. 24 is an energy diagram of two coherent regions separated from each other by a tunnel thin gap of thickness d = D-4Λ in the absence of a voltage difference between electrodes 1 and 2, for example, when the electrodes are electrically closed by an external conductor. The horizontal arrows here indicate tunneling electron-vibrational transitions without changing the vibrational number ν. The direction of the corresponding transitions and currents is determined by the phase difference of the I-oscillations of the coherent regions. The value of the resulting direct current, which is an analog of the stationary Josephson effect, is determined by the sum of the currents (I ν ) generated by the tunnel junctions of Cooper pairs between states with the same values of ν:
Figure 00000063
. The main contribution to this sum is made by one of the transitions with energy near the Fermi level F = E * , and the intensity and its temperature and energy dependence of the electron-vibrational transitions obey the Gaussian dependence (16). When calculating I 0, it is necessary to determine I ν taking into account the intensities of transitions with the emission and absorption of S phonons of various types on average.

Если электроды 1 и 2 электрически разомкнуты, то устанавливается вызванная туннельными токами разность потенциалов электродов 1 и 2, при которой ток I0 равен нулю. Эта разность потенциалов также представляет аналог стационарного эффекта Джозефсона, а ее величина определяется величинами квантов упругих колебаний. Энергии меньших из таких квантов лежат в пределах от 0 до

Figure 00000064
и соответствуют милливольтовым напряжениям между электродами 1 и 2. Энергии максимальных квантов соответствуют зачению ν=ν* в формуле гармонических колебаний (6) и могут составлять доли и даже единицы электрон-вольта.If the electrodes 1 and 2 are electrically open, then the potential difference of the electrodes 1 and 2 caused by the tunneling currents is established, at which the current I 0 is zero. This potential difference also represents an analog of the stationary Josephson effect, and its value is determined by the magnitudes of the quanta of elastic vibrations. The energies of the smaller of these quanta lie in the range from 0 to
Figure 00000064
and correspond to millivolt voltages between electrodes 1 and 2. The energies of the maximum quanta correspond to the conception ν = ν * in the harmonic oscillation formula (6) and can be fractions or even units of electron-volts.

К п. 6 формулы. Данный пункт формулы посвящен осуществлению аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона. Аналог нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона возникает, если между электродами 1 и 2 приложено постоянное электрическое напряжение величиной V. В таком случае энергетическая схема двух когерентных областей между электродами имеет вид, представленный на фиг. 25, где электронно-колебательные энергетические уровни когерентных областей, расположенных у электродов 1 и 2 смещены друг относительно друга на величину eV и возможны так называемые «непрямые» туннельные переходы, показанные наклонными стрелками. Энергии электронов в таких переходах уменьшаются на eV. В соответствии с законом сохранения энергии в условиях сильного электрон-фононного взаимодействия аналогично эффекту Джозефсона туннелирующие электроны осциллируют с циклической частотой

Figure 00000065
. В результате в материале между электродами возникает переменный электрический ток такой же циклической частоты
Figure 00000065
. Этот переменный ток представляет собой аналог нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона. Фаза нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона определяется разностью фаз когерентных упругих колебаний когерентных областей.To item 6 of the formula. This claim is devoted to the implementation of an analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect. An analogue of the non-stationary high-frequency Josephson effect occurs if a constant voltage of magnitude V is applied between the electrodes 1 and 2. In this case, the energy scheme of the two coherent regions between the electrodes has the form shown in FIG. 25, where the electron-vibrational energy levels of the coherent regions located at the electrodes 1 and 2 are offset from each other by an amount of eV and the so-called “indirect” tunnel transitions shown by oblique arrows are possible. The electron energies in such transitions decrease by eV. In accordance with the law of conservation of energy under conditions of strong electron-phonon interaction, tunneling electrons oscillate with a cyclic frequency similar to the Josephson effect
Figure 00000065
. As a result, an alternating electric current of the same cyclic frequency occurs in the material between the electrodes
Figure 00000065
. This alternating current is an analogue of the non-stationary high-frequency Josephson effect. The phase of the unsteady high-frequency Josephson effect is determined by the phase difference of the coherent elastic vibrations of the coherent regions.

Постоянное электрическое напряжение между электрически разомкнутыми электродами 1 и 2 возникает в результате протекания джозефсоновского тока I0, т.е. в результате стационарного эффекта Джозефсона, величина которого (в Вольтах) может составлять доли и даже единицы Вольта. Тем самым создаются условия для возникновения аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона. Иначе говоря, аналоги стационарного и высокочастотного нестационарного эффектов Джозефсона оказываются взаимно связанными, различающимися только частотами.A constant electric voltage between the electrically open electrodes 1 and 2 arises as a result of the Josephson current I 0 , i.e. as a result of the stationary Josephson effect, the magnitude of which (in Volts) can be fractions or even units of Volta. This creates the conditions for the emergence of an analogue of the non-stationary high-frequency Josephson effect. In other words, the analogues of the stationary and high-frequency non-stationary Josephson effects are mutually connected, differing only in frequencies.

При изменении напряжения V электронно-колебательные уровни соседних когерентных областей с различными значениями колебательных чисел ν, разделенных диэлектрическим туннельно тонким слоем, приобретают одинаковые энергии и на энергетической схеме размещаютс друг против друга. В таких условиях становится возможным аналог стационарного эффекта Джозефсона за счет туннелирования зарядов между этими уровнями с различными ν. Поэтому осуществление аналога нестационарного эффекта Джозефсона оказывается связанным с осуществлением аналога стационарного эффекта Джозефсона. Вообще говоря, эти эффекты различимы только по частоте.When voltage V changes, the electron-vibrational levels of neighboring coherent regions with different vibrational numbers ν separated by a dielectric tunnel thin layer acquire the same energies and are placed opposite each other in the energy scheme. Under such conditions, an analog of the stationary Josephson effect becomes possible due to tunneling of charges between these levels with different ν. Therefore, the implementation of the analogue of the non-stationary Josephson effect is related to the implementation of the analog of the stationary Josephson effect. Generally speaking, these effects are distinguishable only in frequency.

Туннельные переходы между электронно-колебательными состояниями различных когерентных областей, разделенных в материале расстоянием d, пока изучены слабо и в полной мере не описаны количественно. Однако представляется возможным определить допустимый диапазон туннельно тонких толщин d. Так высоты потенциальных барьеров, разделяющих когерентные области, согласно энергетической схеме гиперпроводника, изображенной на фиг. 5, равна разности Ескол и может превышать 1 электронвольт, частота колебаний в этих состояниях может превышать 1015 Герц. При таких данных эффективное туннелирование электронов в полупроводниках возможно сквозь потенциальные барьеры толщиной от 10 A° до 50 микрон [40]. Известно и то, что на электронно-колебательных энергетических уровнях локализованы электроны, дырки и различные фононы, обеспечивающие электрон-фононное взаимодействие. На ЭКЦ есть локализованные фононы с малой энергией и с длинами волн в десятки микрон. Следует отметить, что туннельные переходы происходят практически без изменения энергии туннелирующих частиц. Этому условию при электронно-колебательном туннелировании удовлетворяют переходы с участием малоэнергичных фононов с большими длинами волн, достигающими десятков микрон. В случае электронно-колебательного туннелирования именно малоэнергичные связанные на ЭКЦ фононы с длиной волны достигающей нескольких десятков микрон, определяют наибольшую толщину туннельно прозрачного зазора d достигающего десятков микрон, так как эти фононы пронизывают такой потенциальный барьер. Поэтому толщина туннельно тонкого зазора между когерентными областями d в типичных полупроводниках может принимать значения в примерных пределах от 10 Ангстрем до 50 микрон.Tunnel transitions between the electron-vibrational states of various coherent regions separated by distance d in the material have so far been studied poorly and have not been fully quantified. However, it seems possible to determine the permissible range of tunnel thin thicknesses d. Thus, the heights of potential barriers separating coherent regions according to the energy scheme of the hyperconductor shown in FIG. 5 is equal to the difference E c -E count and can exceed 1 electron-volt, the oscillation frequency in these states can exceed 10 15 Hertz. With such data, efficient tunneling of electrons in semiconductors is possible through potential barriers with a thickness of 10 A to 50 microns [40]. It is also known that electrons, holes and various phonons that provide electron-phonon interaction are localized at electron-vibrational energy levels. At the ECC there are localized phonons with low energy and with wavelengths of tens of microns. It should be noted that tunnel transitions occur almost without changing the energy of the tunneling particles. In electron-vibrational tunneling, this condition is satisfied by transitions involving low-energy phonons with large wavelengths reaching tens of microns. In the case of electron-vibrational tunneling, it is the low-energy phonons coupled to the ECC with a wavelength reaching several tens of microns that determine the largest thickness of the tunnel-transparent gap d reaching tens of microns, since these phonons penetrate such a potential barrier. Therefore, the thickness of the tunnel thin gap between coherent regions d in typical semiconductors can take values in the approximate range from 10 Angstroms to 50 microns.

Реальные процессы, определяющие возникновение аналогов стационарного эффекта Джозефсона и нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона в гиперпроводниковых туннельных структурах значительно сложнее, чем рассмотренные электронно-колебательные переходы между когерентными областями и сложнее, чем в сверхпроводниковых туннельных структурах. Эта сложность определяется наличием у когерентных областей большого количества разрешенных электронно-колебательных энергетических уровней, т.е. большого количества гармонических I-осцилляторов (с различными значениями ν=0, 1, 2, см. формулу (6)) и широкого набора колебательных частот, соответствующих участию в электронно-колебательных переходах среднего числа (р≅S>>1) фононов) различных типов.The real processes that determine the appearance of analogues of the stationary Josephson effect and the non-stationary high-frequency Josephson effect in hyperconductor tunnel structures are much more complicated than the considered electron-vibrational transitions between coherent regions and more complicated than in superconducting tunnel structures. This complexity is determined by the presence in coherent regions of a large number of allowed electron-vibrational energy levels, i.e. a large number of harmonic I-oscillators (with different values of ν = 0, 1, 2, see formula (6)) and a wide range of vibrational frequencies corresponding to the participation in the electronic-vibrational transitions of the average number (p≅S >> 1) of phonons) various types.

Огромное количество допустимых разнообразных колебательных состояний когерентных областей в гиперпроводниках, в отличие от единственного колебательного состояния куперовской электронной пары в сверхпроводниках, приводит к качественно новым свойствам аналогов эффектов Джозефсона в гиперпроводниковых туннельных структурах в отличие от эффектов Джозефсона в сверхпроводниковых структурах. Действительно, если совокупность гармонических осцилляторов, характеризующих одну из когерентных областей взаимодействует с совокупностью гармонических осцилляторов, характеризующих другую когерентную область, то взаимодействие когерентных областей можно представить как наложение попарных взаимодействий между осцилляторами обеих областей. Для каждой пары взаимодействующих осцилляторов согласно гармоническим решениям уравнения (8) возникают гармонические, субгармонические, ультрагармонические и ультрасубгармонические колебания (см. стр. 33) и при независящих от нас произвольных значениях целых положительных чисел тип получается широкий спектр колебательных частот каждой когерентной области. Важными оказываются равные и близкие друг к другу колебательные частоты, одинаковые электронно-колебательные уровни взаимодействующих когерентных областей. Именно между равными друг другу уровнями происходит туннелирование куперовских электронных пар между когерентными областями, проявляющееся в виде аналога стационарного эффекта Джозефсона. В этих же условиях "непрямое туннелирование" проявляется в виде аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона. Аналоги стационарного и нестационарного высокочастотного эффектов Джозефсона возникают и существуют в одинаковых условиях. Они одновременно сосуществуют друг с другом и могут быть разделены по частоте. Для аналога стационарного эффекта Джозефсона циклическая частота ω≡0, а для аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона циклическая частота ω>0 и может принимать значения между 0 и

Figure 00000066
. Обычно эти частоты соответствуют СВЧ диапазону, но в принципе возможны и электронные переходы с частотами оптического диапазона. Тогда можно наблюдать ИК или видимое свечение. Такое свечение живых объектов, которые, как известно, являются полупроводниками, наблюдают в виде ауры.A huge number of permissible various vibrational states of coherent regions in hyperconductors, in contrast to the only vibrational state of a Cooper electron pair in superconductors, leads to qualitatively new properties of analogs of the Josephson effects in hyperconductor tunnel structures, in contrast to the Josephson effects in superconductor structures. Indeed, if the totality of harmonic oscillators characterizing one of the coherent regions interacts with the totality of harmonic oscillators characterizing the other coherent region, then the interaction of the coherent regions can be represented as the superposition of pairwise interactions between the oscillators of both regions. For each pair of interacting oscillators, according to harmonic solutions of equation (8), harmonic, subharmonic, ultraharmonic and ultrasubharmonic oscillations arise (see page 33), and for arbitrary values of positive integers that are independent of us, a wide spectrum of vibrational frequencies of each coherent region is obtained. Important are equal and close to each other vibrational frequencies, the same electron-vibrational levels of interacting coherent regions. It is between equal levels that the Cooper electron pairs tunnel between coherent regions, which manifests itself in the form of an analogue of the stationary Josephson effect. Under the same conditions, “indirect tunneling” manifests itself in the form of an analogue of the unsteady high-frequency Josephson effect. Analogs of stationary and non-stationary high-frequency Josephson effects arise and exist under identical conditions. They coexist with each other at the same time and can be divided by frequency. For the analog of the stationary Josephson effect, the cyclic frequency is ω≡0, and for the analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect, the cyclic frequency is ω> 0 and can take values between 0 and
Figure 00000066
. Typically, these frequencies correspond to the microwave range, but in principle electronic transitions with frequencies in the optical range are possible. Then you can observe the IR or visible glow. Such a glow of living objects, which are known to be semiconductors, is observed in the form of an aura.

Аналоги стационарного и нестационарного эффектов Джозефсона могут проявляться одновременно. Энергия аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона может преобразовываться в энергию аналога стационарного эффекта Джозефсона и обратно, энергия аналога стационарного эффекта Джозефсона может преобразовываться в энергию аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона в зависимости от внешних условий, которые мы можем изменять. Поэтому величины аналогов эффектов Джозефсона можно изменять, изменяя внешние по отношению к материалу туннельной структуры физические условия.Analogs of the stationary and non-stationary effects of Josephson can occur simultaneously. The energy of the analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect can be converted to the energy of the analog of the stationary Josephson effect and vice versa, the energy of the analog of the stationary Josephson effect can be converted to the energy of the analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect depending on the external conditions that we can change. Therefore, the values of analogues of Josephson effects can be changed by changing physical conditions external to the material of the tunnel structure.

В виду широкого спектра частот колебаний когерентных областей оказываются несущественными конкретные значения резонансных частот, связанных с материалом замедляющих устройств, поскольку всегда найдется колебание электрических зарядов с частотой, попадающей в полосу частотного пропускания этих устройств. Необязательным оказывается и совпадение или даже близость друг к другу резонансных частот замедляющих устройств, связанных с материалом вблизи электродов 1 и 2. Резонансные частоты этих устройств могут существенно отличаться друг от друга, однако они обеспечивают отвод избыточной колебательной энергии из материала, что необходимо для увеличения размера когерентных областей, длины когерентности Λ.In view of the wide spectrum of vibration frequencies of coherent regions, the specific values of the resonant frequencies associated with the material of the moderators are insignificant, since there is always an oscillation of electric charges with a frequency falling into the frequency band of these devices. The coincidence or even proximity to each other of the resonant frequencies of the moderators associated with the material near the electrodes 1 and 2 is also optional. The resonant frequencies of these devices can differ significantly from each other, but they provide the removal of excess vibrational energy from the material, which is necessary to increase the size coherent domains, coherence length Λ.

Из-за использования замедляющих устройств аналог нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона можно наблюдать на частотах в пределах полосы пропускания замедляющего устройства. Для определения спектра частот аналога нестационарного высокочастотного эффекта изменяют резонансную частоту связанного с материалом замедляющего устройства.Due to the use of moderators, an analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect can be observed at frequencies within the bandwidth of the moderator. To determine the frequency spectrum of an analog of an unsteady high-frequency effect, the resonant frequency of the moderator associated with the material is changed.

К пункту 7 формулы. Данный пункт формулы посвящен осуществлению аналогов эффектов Джозефсона при наличии диэлектрического слоя между когерентными областями. При этом используют два гиперпровдниковых материала, каждый из которых выбирают толщиной не менее четырех длин когерентности (4Λ), чтобы в нем могла расположиться область когерентности диаметром 2Λ, разделенных туннельно тонким диэлектрическим слоем толщиной d. На внешней поверхности каждого из образцов или в их объеме, на нормали к границам раздела материалов с диэлектрическим слоем размещают электроды (1 и 2), образующие выпрямляющие контакты с материалами, например контакты металл-полупроводник, как показано на фиг. 26. Измеряют постоянный ток в данной структуре (металл 1 - гиперпроводник 1 - диэлектрик - гиперпроводник 2 - металл 2), протекающий между электродами 1 и 2, а результаты измерений интерпретируют как аналог стационарного эффекта Джозефсона. Между электродами 1 и 2 прикладывают постоянное напряжение от внешнего источника величиной не более напряжения электрического пробоя данной структуры; измеряют переменное напряжение и (или) переменный ток в материале между электродами, а результаты измерений идентифицируют как аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, измеряют частоту переменного тока в материале между электродами или (и) переменного напряжения между электродами и идентифицируют ее как частоту аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона. Таким образом осуществляют аналоги стационарного эффекта Джозефсона и высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона в гиперпроводниковой туннельной структуре.To paragraph 7 of the formula. This claim is devoted to the implementation of analogues of Josephson effects in the presence of a dielectric layer between coherent regions. In this case, two hyperconductor materials are used, each of which is selected with a thickness of at least four coherence lengths (4Λ) so that it can contain a coherence region with a diameter of 2Λ separated by a tunneling thin dielectric layer of thickness d. On the outer surface of each of the samples or in their volume, electrodes (1 and 2) are placed on the normal to the interface of the materials with the dielectric layer, forming rectifying contacts with the materials, for example, metal-semiconductor contacts, as shown in FIG. 26. The direct current in this structure is measured (metal 1 — hyperconductor 1 — dielectric — hyperconductor 2 — metal 2), flowing between electrodes 1 and 2, and the measurement results are interpreted as an analog of the stationary Josephson effect. Between electrodes 1 and 2, a constant voltage is applied from an external source with a value of not more than the electrical breakdown voltage of this structure; measure the alternating voltage and (or) alternating current in the material between the electrodes, and the measurement results are identified as an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, measure the frequency of the alternating current in the material between the electrodes or (and) alternating voltage between the electrodes and identify it as the frequency of the analog of the high-frequency non-stationary effect Josephson In this way, analogues of the stationary Josephson effect and the high-frequency non-stationary Josephson effect in a hyperconductor tunnel structure are realized.

Ввиду периодического расположения электронно-колебательных уровней когерентных областей наблюдается периодическая зависимость аналогов эффектов Джозефсона от величины напряжения смещения V с периодами, кратными энергии «нулевых колебаний»: Ez/e.In view of the periodic arrangement of the electron-vibrational levels of the coherent regions, a periodic dependence of the analogs of Josephson effects on the magnitude of the bias voltage V is observed with periods that are multiples of the energy of "zero oscillations": E z / e.

Туннелирование электронов сквозь зазор толщиной d между когерентными областями возможно с поглощением фононов (когда энергия конечного состояния электронов больше энергии исходного состояния) и с испусканием фононов (когда энергия конечного состояния электронов меньше энергии исходного состояния). В первом случае материал между электродами охлаждается, а во втором случае он нагревается при включении напряжения V.Tunneling of electrons through a gap of thickness d between coherent regions is possible with the absorption of phonons (when the energy of the final state of electrons is greater than the energy of the initial state) and with the emission of phonons (when the energy of the final state of electrons is less than the energy of the initial state). In the first case, the material between the electrodes is cooled, and in the second case, it heats up when voltage V is turned on.

Изучение аналога стационарного эффекта Джозефсона и аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, осуществленных в гиперпроводниковых туннельных структурах с многими электронно-колебательными энергетическими уровнями когерентных областей, позволяет глубже понять природу эффектов Джозефсона в сверхпроводниках где такая возможность ограничена, поскольку фактически имеется только одна запрещенная для электронов энергетическая зона шириной 2Δ вблизи уровня Ферми (F±Δ) и величина Δ определяется малоэнергичными фононами связывающими электроны в куперовские пары. В отличие от сверхпроводников в гиперпроводниках имеются упругие I-колебания с энергиями квантов многократно превышающими энергии фононов в сверхпроводниках, что обеспечивает возможность осуществлять, изучать и применять аналоги эффектов Джозефсона при околокомнатных и более высоких температурах и в более широком частотном диапазоне.The study of the analog of the stationary Josephson effect and the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, carried out in hyperconductor tunnel structures with many electron-vibrational energy levels of coherent regions, allows a deeper understanding of the nature of the Josephson effects in superconductors where this possibility is limited, since in fact there is only one energy band forbidden for electrons 2Δ wide near the Fermi level (F ± Δ) and Δ is determined by the low-energy phonon by binding electrons to Cooper pairs. In contrast to superconductors, hyperconductors have elastic I-vibrations with quantum energies many times higher than the phonon energies in superconductors, which makes it possible to carry out, study, and apply analogs of the Josephson effects at near-room and higher temperatures and in a wider frequency range.

К пункту 8 формулы. Данный пункт формулы посвящен осуществлению аналогов эффектов Джозефсона в гетероструктурах, образованных различными гиперпроводниками.To paragraph 8 of the formula. This claim is devoted to the implementation of analogues of Josephson effects in heterostructures formed by various hyperconductors.

Аналоги эффектов Джозефсона проявляются в гетероструктурах, которые образованы контактирующими друг с другом разнородными гиперпроводниками.Analogs of Josephson's effects are manifested in heterostructures, which are formed by heterogeneous hyperconductors in contact with each other.

С целью осуществления аналогов эффектов Джозефсона в гетероструктуре используют два различных гиперпровдниковых материала толщиной не менее 4Λ. На внешней поверхности или в объеме каждого из гиперпроводников устанавливают электрод, образующий выпрямляющий контакт с материалом, например, контакт металл-полупроводник. Между этими электродами (1 и 2) прикладывают постоянное или переменное напряжение величиной не более напряжения пробоя данной гетероструктуры, изменяют полярность и (или) фазу этого напряжения и (или) его величину. Тем самым изменяют толщину обедненного слоя в гетероструктуре, который в данном случае представляет собой туннельно тонкий зазор между гиперпроводниками. Сквозь этот зазор туннелируют электронно-колебательные состояния, состоящие из электронов, I-колебаний и фононов. Измеряют величину и (или) полярность аналога стационарного эффекта Джозефсона или (и) измеряют величину и (или) частоту, и (или) фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.In order to implement analogues of Josephson effects in a heterostructure, two different hyperconducting materials with a thickness of at least 4Λ are used. An electrode is formed on the outer surface or in the volume of each of the hyperconductors, forming a rectifying contact with the material, for example, a metal-semiconductor contact. Between these electrodes (1 and 2), a constant or alternating voltage of no more than the breakdown voltage of a given heterostructure is applied, the polarity and (or) phase of this voltage and (or) its value are changed. Thereby, the thickness of the depletion layer in the heterostructure is changed, which in this case is a tunnel thin gap between the hyperconductors. Electron-vibrational states consisting of electrons, I-vibrations, and phonons tunnel through this gap. The magnitude and (or) polarity of the analogue of the stationary Josephson effect is measured or (and) the magnitude and (or) frequency and (or) the phase of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect are measured.

На фиг. 27 приведены из книги [50] энергетические диаграммы анизотипных гетероструктур n(+)p; n(-)p; n(-)n и p(+)p типов с учетом положительно (+) и отрицательно (-) заряженных локальных дефектов на границе раздела материалов, учитывающих реальное наличие дефектов. Латинские цифры I, II, III и IV относятся к группам гетероконтактов с определенным соотношением электронного сродства и ширины запрещенной зоны материалов. По вертикали на фиг. 27 отложена энергия электрона, а по горизонтали - расстояние, координата вдоль направления между контактирующими материалами. Горизонтальные пунктирные прямые представляют уровни Ферми. Благодаря дефектам на границе раздела энергетические диаграммы гетероструктур подобны диаграммам для сендвичей «полупроводник-металл-полупроводник». Из этих диаграмм видно, что гетероструктуры действительно содержат обедненные основными носителями слои у границы между материалами. Эти слои являются высокоомными и в нашем случае являются теми туннельно тонкими зазорами между двумя гиперпроводниками, сквозь которые туннелируют электроны, связанные с ними фононы и I-колебания, создавая аналоги эффектов Джозефсона.In FIG. 27 are given from the book [50] energy diagrams of anisotype heterostructures n (+) p; n (-) p; n (-) n and p (+) p types taking into account positively (+) and negatively (-) charged local defects at the material interface, taking into account the real presence of defects. The Latin numbers I, II, III, and IV refer to heterocontact groups with a certain ratio of electronic affinity and band gap of materials. Vertically in FIG. 27 the electron energy is plotted, and horizontally - the distance, the coordinate along the direction between the contacting materials. The horizontal dashed lines represent the Fermi levels. Due to defects at the interface, the energy diagrams of heterostructures are similar to diagrams for semiconductor-metal-semiconductor sandwiches. It can be seen from these diagrams that the heterostructures really contain depleted layers of the main carriers at the boundary between the materials. These layers are highly resistive and in our case are those tunnel thin gaps between two hyperconductors through which the electrons, associated phonons and I-vibrations tunnel through them, creating analogs of the Josephson effects.

К пункту 9 формулы. Данный пункт формулы посвящен регулированию величины, частоты и фазы аналога высокочастотного, нестационарного эффекта Джозефсона с помощью электрического напряжения, прикладываемого между электродами. Прикладываемое между электродами 1 и 2 постоянное электрическое напряжение V вызывает смещение электронных колебательных уровней когерентных областей друг относительно друга на величину eV, как показано на фиг. 25. В результате электронно-колебательное туннелирование между различными когерентными областями сопряжено с рассеянием энергии eV. Благодаря сильному электрон-фононному взаимодействию указанная энергия рассеивается в виде фононов, вызывающих осцилляции зарядов с соответствующей циклической частотой

Figure 00000067
, что создает в материале между электродами переменный электрический ток с этой же частотой, который можно регистрировать во внешней по отношению к материалу с электродами цепи. Можно также регистрировать высокочастотное напряжение между электродами 1 и 2. Область допустимых изменений напряжения V состоит из участков по размеру кратных Ez/e с границами Vгр=(Ez/e)⋅ν, где v=0, 1, 2, … На границах между этими участками напряжений, когда энергетические термы когерентных областей в материалах по обе стороны туннельного зазора совпадают, доминирует аналог стационарного эффекта Джозефсона, а при относительном смещении энергетических термов когерентных областей возникает и усиливается аналог высокочастотного, нестационарного эффекта Джозефсона.To paragraph 9 of the formula. This paragraph of the formula is devoted to the regulation of the magnitude, frequency and phase of the analogue of the high-frequency, non-stationary Josephson effect with the help of an electric voltage applied between the electrodes. Applied between the electrodes 1 and 2, a constant electric voltage V causes the electronic vibrational levels of the coherent regions to shift relative to each other by an amount eV, as shown in FIG. 25. As a result, electron-vibrational tunneling between different coherent regions is associated with energy dissipation eV. Due to the strong electron-phonon interaction, the indicated energy is scattered in the form of phonons, causing charge oscillations with the corresponding cyclic frequency
Figure 00000067
, which creates an alternating electric current in the material between the electrodes with the same frequency, which can be registered in a circuit external to the material with the electrodes. It is also possible to register a high-frequency voltage between electrodes 1 and 2. The region of permissible changes in voltage V consists of sections of a multiple of E z / e with boundaries V gr = (E z / e) ⋅ν, where v = 0, 1, 2, ... At the boundaries between these stress sections, when the energy terms of the coherent regions in the materials on both sides of the tunnel gap coincide, the analogue of the stationary Josephson effect dominates, and when the energy terms of the coherent regions are relatively shifted, an analog of the high-frequency, non-stationary Josephson effect.

Если между электродами 1 и 2 прикладывают переменное напряжение V с циклической частотой Ω (меньшая из значений

Figure 00000068
;
Figure 00000069
), то возникает аналог высокочастотного, нестационарного эффекта Джозефсона с частотами, определенными в пп. а), б), в), г) на стр. 29-30 величина которого зависит от амплитуды внешнего переменного напряжения, что согласуется с формулой (11). Таким образом, высокочастотный, нестационарный эффект Джозефсона в туннельных структурах гиперпроводников можно использовать для преобразования частот электрических сигналов, причем одновременно можно преобразовывать исходный сигнал в сигналы с определенными фазами на нескольких частотах, а также осуществлять частотное управление фазами частотно преобразованных сигналов согласно формулам (12). Тем самым предоставляется возможность управлять работой, например, излучателей фазовых антенных решеток на нескольких частотах с определенными фазами одновременно.If an alternating voltage V is applied between electrodes 1 and 2 with a cyclic frequency Ω (the smaller of
Figure 00000068
;
Figure 00000069
), then an analog of the high-frequency, non-stationary Josephson effect with frequencies determined in claims. a), b), c), d) on pages 29-30, the value of which depends on the amplitude of the external alternating voltage, which is consistent with formula (11). Thus, the high-frequency, non-stationary Josephson effect in tunnel structures of hyperconductors can be used to convert the frequencies of electrical signals, and at the same time, the original signal can be converted to signals with certain phases at several frequencies, as well as frequency control of the phases of the frequency-converted signals according to formulas (12). Thus, it is possible to control the operation of, for example, emitters of phase antenna arrays at several frequencies with certain phases simultaneously.

В данном пункте формулы предложено использовать эти зависимости для регулирования величины и частоты аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона за счет изменения величины и частоты внешнего напряжения между электродами 1 и 2.In this paragraph of the formula, it is proposed to use these dependencies to control the magnitude and frequency of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect due to a change in the magnitude and frequency of the external voltage between electrodes 1 and 2.

К пункту 10 формулы. Данный пункт формулы посвящен осуществлению аналогов эффектов Джозефсона и эффекта Мейснера в условиях освещения материала между электродами электромагнитным излучением. Освещение материала между электродами электромагнитными квантами, вообще говоря, вызывает изменение длины когерентности Λ, температуры гиперпроводящего перехода Th, величины, частоты и фазы эффектов Джозефсона, а также величины эффекта Мейснера. Величина и знак таких изменений зависят от используемых материалов, от конкретных свойств излучения, от условий освещения образцов и от свойств ЭКЦ, имеющихся в материале.To paragraph 10 of the formula. This claim is devoted to the implementation of analogues of the Josephson effects and the Meissner effect in conditions of illumination of the material between the electrodes by electromagnetic radiation. Generally speaking, illumination of a material between electrodes by electromagnetic quanta causes a change in the coherence length Λ, temperature of the hyperconducting transition T h , magnitude, frequency, and phase of the Josephson effects, as well as the magnitude of the Meissner effect. The magnitude and sign of such changes depend on the materials used, on the specific properties of the radiation, on the lighting conditions of the samples, and on the properties of the ECC available in the material.

Несомненно, что температура гиперпроводящего перехода и технические параметры аналогов эффектов Джозефсона изменяются под действием той доли излучения, которая поглощается в материале, приносит в материал дополнительную энергию, создает изменения концентрации фононов и носителей зарядов на электронно-колебательных уровнях. В связи с этим целесообразно выделить спектральные области, соответствующие важным механизмам поглощения электромагнитного излучения в материалах.There is no doubt that the temperature of the hyperconducting transition and the technical parameters of the analogs of Josephson effects change under the influence of the fraction of radiation that is absorbed in the material, brings additional energy to the material, and creates changes in the concentration of phonons and charge carriers at electronic vibrational levels. In this regard, it is advisable to identify the spectral regions corresponding to the important mechanisms of absorption of electromagnetic radiation in materials.

Собственное, основное, фундаментальное или зонно-зонное поглощение вызывает в материале биполярную генерацию подвижных носителей зарядов в результате электронных переходов через запрещенную зону. Соответствующая спектральная полоса поглощения расположена при энергиях квантов

Figure 00000070
, прямозонного полупроводника и при
Figure 00000071
, где ширина запрещенной зоны материала Egс-Ev, Еех - энергия связи экситона, Ефoн - энергия кристаллического фонона, участвующего в межзонном электронном переходе,
Figure 00000072
- постоянная Дирака и h - постоянная Планка, ω - циклическая частота поглощаемого излучения, Ес и Ev - дно зоны проводимости и потолок валентной зоны полупроводникового материала, соответственно. Длина волны электромагнитных волн
Figure 00000073
, где с - скорость света в вакууме. В этой полосе коэффициент поглощения обычно особенно велик и достигает (105…106) см-1, а полоса поглощения простирается до энергий квантов в несколько электронвольт. Генерируемые в данном случае электроны и дырки рекомбинируют на энергетических уровнях ЭКЦ, вызывают изменение длины когерентности Λ, поскольку или увеличивают колебательную энергию или дополняют энергию, подлежащую рассеянию. Соответственно изменяются условия для осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, изменяется величина эффекта Джозефсона.The intrinsic, fundamental, fundamental, or band-band absorption in the material causes bipolar generation of mobile charge carriers as a result of electronic transitions through the forbidden band. The corresponding spectral absorption band is located at quantum energies
Figure 00000070
direct gap semiconductor and at
Figure 00000071
where the band gap of the material is E g = E c -E v , E ex is the exciton binding energy, E phon is the energy of the crystalline phonon participating in the interband electronic transition,
Figure 00000072
are the Dirac constant and h is the Planck constant, ω is the cyclic frequency of the absorbed radiation, E c and E v are the bottom of the conduction band and the ceiling of the valence band of the semiconductor material, respectively. Electromagnetic wavelength
Figure 00000073
where c is the speed of light in vacuum. In this band, the absorption coefficient is usually especially large and reaches (10 5 ... 10 6 ) cm -1 , and the absorption band extends to quantum energies of several electron volts. The electrons and holes generated in this case recombine at the ECC energy levels, cause a change in the coherence length Λ, since they either increase the vibrational energy or supplement the energy to be scattered. Accordingly, the conditions for the implementation of hyperconductivity and superconductivity change, the magnitude of the Josephson effect changes.

Примесное поглощение вызывает монополярные, электронные или дырочные переходы между примесным уровнем и разрешенной энергетической зоной и последующую рекомбинацию на ЭКЦ. Ввиду монополярной генерации зарядовое состояние первоначального доминирующего рекомбинационного уровня Е* (и возможно его энергия) изменяются, вызывая изменение Λ, Th, и величин характеризующих эффекты Джозефсона. Рекомбинация носителей зарядов на электронно-колебательных уровнях в стационарных условиях поддерживает электронейтральность этих уровней, из-за чего стабилизируется состояние уровня Ферми в положении на Eg/3 выше потолка валентной зоны (известное «правило 1/3» [45]), а фотопроводимость оказывается отрицательной.Impurity absorption causes monopolar, electronic, or hole transitions between the impurity level and the allowed energy band and subsequent recombination at the ECC. Due to monopolar generation, the charge state of the initial dominant recombination level E * (and possibly its energy) changes, causing a change in Λ, T h , and the quantities characterizing the Josephson effects. Recombination of charge carriers at electron-vibrational levels under stationary conditions maintains the electroneutrality of these levels, which stabilizes the state of the Fermi level in the position at E g / 3 above the ceiling of the valence band (the well-known "1/3 rule" [45]), and the photoconductivity turns out to be negative.

Вообще говоря, в заявленном изобретении могут использоваться и полосы ИК поглощения, связанные с электронными, дырочными переходами между энергетическим уровнем примесных центров Еt1, Et2, …Eti, это - так называемые межцентровые переходы, которые изменяют колебательное и зарядовое состояния доминирующего рекомбинационного уровня Е*, вызывая изменение Λ, Th, и величины эффектов Джозефсона и Мейснера.Generally speaking, IR absorption bands associated with electronic, hole transitions between the energy level of impurity centers E t1 , E t2 , ... E ti can be used in the claimed invention, these are the so-called intercenter transitions that change the vibrational and charge states of the dominant recombination level E * , causing a change in Λ, T h , and the magnitude of the effects of Josephson and Meissner.

Практически важным является действие излучения в спектральных участках с длинами волн:Practically important is the effect of radiation in spectral regions with wavelengths:

- вблизи 0,9 мкм

Figure 00000074
. В этой области спектра переходы типа А можно осуществить, например, в кремнии (Eg=1.12 эВ), переходы типа В можно осуществить, используя материалы: Se (Eg=1,8 эВ), AlSb (Eg=1,6 эВ), CdSe (Eg=1,7 эВ), HgS (Eg=1,7 эВ) переходы типа C можно осуществить в AlN (Eg=3,8 эВ), в АlP (Eg=3,0 эВ);- near 0.9 microns
Figure 00000074
. In this spectral region, type A transitions can be performed, for example, in silicon (E g = 1.12 eV), type B transitions can be performed using materials: Se (E g = 1.8 eV), AlSb (E g = 1.6 eV), CdSe (E g = 1.7 eV), HgS (E g = 1.7 eV) type C transitions can be performed in AlN (E g = 3.8 eV), in AlP (E g = 3.0 eV);

- вблизи 1,06 мкм

Figure 00000075
. В этой области спектра переходы типа А можно осуществить в кремнии (Eg=1.12 эВ), переходы типа В можно осуществить, используя материалы: Se (Eg=1,8 эВ), CdSe (Eg=1,7 эВ), Sb2S3 (Eg=1,7 эВ), переходы типа с) можно осуществить в ZnS (Eg=3,58 эВ), в GaN (Eg=3,3 эВ);- near 1.06 microns
Figure 00000075
. In this spectral region, type A transitions can be realized in silicon (E g = 1.12 eV), type B transitions can be realized using materials: Se (E g = 1.8 eV), CdSe (E g = 1.7 eV), Sb 2 S 3 (E g = 1.7 eV), transitions of type c) can be performed in ZnS (E g = 3.58 eV), in GaN (E g = 3.3 eV);

- в области от 3 до 5 мкм (с

Figure 00000076
от 0,41 эВ до 0,25 эВ). Переходы типа А можно осуществить, используя InSb (Eg=0,23 эВ), PbS (Eg=0,37 эВ), InAs (Eg=0,36 эВ), Те (Eg=0,32 эВ), PbSe (Eg=0,26 эВ), Bi2Se3 (Eg=0,28 эВ), переходы типа В можно осуществить в Те (Eg=0,32 эВ), InAs (Eg=0,36 эВ), PbS (Eg=0,37 эВ), переходы типа С можно осуществить используя растворы германия с кремнием GeSi (0,68 эВ≤Eg≤1,12 эВ), а также материалы GaSb (Eg=0,68 эВ), Mg2Si (Eg=0,77 эВ), Mg2Ge (Eg=0,74 эВ);- in the range from 3 to 5 μm (s
Figure 00000076
from 0.41 eV to 0.25 eV). Type A transitions can be performed using InSb (E g = 0.23 eV), PbS (E g = 0.37 eV), InAs (E g = 0.36 eV), Te (E g = 0.32 eV) , PbSe (E g = 0.26 eV), Bi 2 Se 3 (E g = 0.28 eV), type B transitions can be performed in Te (E g = 0.32 eV), InAs (E g = 0, 36 eV), PbS (E g = 0.37 eV), type C transitions can be carried out using germanium solutions with GeSi silicon (0.68 eV≤E g ≤1.12 eV), as well as GaSb materials (E g = 0 , 68 eV), Mg 2 Si (E g = 0.77 eV), Mg 2 Ge (E g = 0.74 eV);

- в области от 8 мкм до 12 мкм (с

Figure 00000076
от 0,155 эВ до 0,104 эВ) переходы типа А можно осуществить используя Cd3As2 (Eg=0,13 эВ), Вi2Te3 (Eg=0,13 эВ), переходы типа В можно осуществить используя InSb (Eg=0,18 эВ), PbSe (Eg=0,2 эВ), переходы типа С можно осуществить используя Те (Eg=0,32 эВ), InAs (Eg=0,36 эВ), PbS (Eg=0,37 эВ), Mg2Sn (Eg=0,36 эВ), SbTe3 (Eg=0,3 эВ), CdSb (Eg=0,46 эВ), Ga2Pb (Eg=0,46 эВ).- in the range from 8 μm to 12 μm (s
Figure 00000076
from 0.155 eV to 0.104 eV) type A transitions can be performed using Cd 3 As 2 (E g = 0.13 eV), Bi 2 Te 3 (E g = 0.13 eV), type B transitions can be performed using InSb (E g = 0.18 eV), PbSe (E g = 0.2 eV), type C transitions can be performed using Te (E g = 0.32 eV), InAs (E g = 0.36 eV), PbS (E g = 0.37 eV), Mg 2 Sn (E g = 0.36 eV), SbTe3 (E g = 0.3 eV), CdSb (E g = 0.46 eV), Ga 2 Pb (E g = 0.46 eV).

Поглощение I-колебаниями атомных ядер в ЭКЦ существенно в данном изобретении, так как в нем используются материалы, содержащие ЭКЦ. Кванты таких колебаний α-, β- и γ-типа известны, их значения можно определить с помощью фиг.3 или вычислить по следующей формуле, верной для атомов с различными атомными номерами Z>8:Absorption of I-vibrations of atomic nuclei in an ECC is essential in this invention, since it contains materials containing ECC. The quanta of such α-, β-, and γ-type vibrations are known, their values can be determined using FIG. 3 or calculated using the following formula, which is true for atoms with different atomic numbers Z> 8:

Figure 00000077
Figure 00000077

где ζ=5/16 и ξ=ηZ1/3, η изменяется от 1 до 1,15 при изменении Z от 8 до 80, χ=1,2 (для α-типа I-колебаний) учитывает вклад в электронную плотность от орбиталей K, L, М, N, ϑ=0,88534, ε0 - электрическая постоянная, mn и mp - массы нейтрона и протона, а0 - диаметр первой боровской электронной орбиты в атоме водорода. Элементарные кванты собственных колебаний β-типа могут быть аналогично определены по этой формуле при χ=0,2. Элементарные кванты собственных колебаний γ-типа могут быть определены при χ=0,056. Вычисленные величины квантов I-колебаний (

Figure 00000078
) и экспериментальные значения квантов I-колебаний для некоторых атомов представлены на фиг. 3 в зависимости от атомного номера Z.where ζ = 5/16 and ξ = ηZ 1/3 , η varies from 1 to 1.15 when Z varies from 8 to 80, χ = 1.2 (for the α-type of I-oscillations) takes into account the contribution to the electron density from the orbitals K, L, M, N, ϑ = 0.88534, ε 0 is the electric constant, m n and m p are the neutron and proton masses, and 0 is the diameter of the first Bohr electron orbit in the hydrogen atom. Elementary quanta of natural vibrations of the β-type can be similarly determined by this formula at χ = 0.2. Elementary quanta of natural vibrations of the γ type can be determined at χ = 0.056. The calculated quanta of I-oscillations (
Figure 00000078
) and experimental values of I-vibration quanta for some atoms are presented in FIG. 3 depending on the atomic number Z.

Известно также, что с оптическим возбуждением I-колебаний связаны широкие ИК полосы отражения и поглощения. Ширина полос определяется энергиями участвующих в электронно-колебательных переходах фононов и I-колебаний. Контуры спектров отражения описываются теорией отражения заряженным гармоническим осциллятором.It is also known that wide IR reflection and absorption bands are associated with optical excitation of I-vibrations. The bandwidth is determined by the energies of the phonons and I-vibrations involved in the electronic-vibrational transitions. The contours of the reflection spectra are described by the theory of reflection by a charged harmonic oscillator.

Классическая теория оптического отражения заряженным гармоническим осциллятором [51] вполне применима и для описания оптических полос отражения, локализованными посредством фононов на ЭКЦ электронам, когда электроны действительно локализованы на ЭКЦ, не свободны, и поэтому могут взаимодействовать с ИК излучением. Локализованные на ЭКЦ электроны связаны с фононами, осциллируют с частотами фононов и представляют собой заряженные гармонические осцилляторы. Эти осцилляторы обладают затуханием, поскольку их колебания разрушаются, а энергия рассеивается. Колебания этих осцилляторов поддерживаются за счет энергии внешнего по отношению к ЭКЦ воздействия, например, за счет энергии внешнего электромагнитного излучения. Вынужденные колебательные движения локализованного на ЭКЦ электрона описывают уравнением вынужденных колебаний гармонического заряженного осциллятораThe classical theory of optical reflection by a charged harmonic oscillator [51] is quite applicable to the description of optical reflection bands localized by phonons on ECC to electrons, when the electrons are really localized on ECC, are not free, and therefore can interact with IR radiation. Electrons localized at the ECC are associated with phonons, oscillate with the phonon frequencies, and are charged harmonic oscillators. These oscillators exhibit attenuation because their oscillations are destroyed and the energy dissipated. The oscillations of these oscillators are supported by the energy of an external action relative to the ECC, for example, by the energy of external electromagnetic radiation. Forced oscillatory motions of an electron localized on an ECC are described by the equation of forced oscillations of a harmonic charged oscillator

Figure 00000079
Figure 00000079

где x - обобщенная, главная или конфигурационная координата осциллятора, m - масса и е - заряд электрона, r - коэффициент затухания, Ω - собственная частота осциллятора, Е - амплитуда и ω - циклическая частота электрической компоненты оптической волны. Решение этого уравнения, соответствующее вынужденным смещениям, колебаниям электрона на ЭКЦ можно записать в следующем виде:where x is the generalized, principal or configuration coordinate of the oscillator, m is the mass and e is the electron charge, r is the attenuation coefficient, Ω is the natural frequency of the oscillator, E is the amplitude, and ω is the cyclic frequency of the electrical component of the optical wave. The solution to this equation, corresponding to forced displacements, electron vibrations at the ECC, can be written in the following form:

Figure 00000080
Figure 00000080

Смещение электрона вызывает появление дипольного момента и поляризации P, которая связана с электрическим вектором E оптической волны: εε0Е=ε0Е+Р. Здесь ε=(n-ik)2 - комплексная диэлектрическая проницаемость, n - оптический коэффициент преломления, k - показатель поглощения (экстинция) и ε0 - электрическая постоянная. Если концентрация собственных осцилляторов равна N, то дипольный момент единицы объема вещества можно записать следующим образом:The electron shift causes the appearance of a dipole moment and polarization P, which is associated with the electric vector E of the optical wave: εε 0 E = ε 0 E + P. Here ε = (n-ik) 2 is the complex dielectric constant, n is the optical refractive index, k is the absorption coefficient (extinction), and ε 0 is the electric constant. If the concentration of intrinsic oscillators is N, then the dipole moment per unit volume of the substance can be written as follows:

Figure 00000081
Figure 00000081

Из этих данных определяют

Figure 00000082
, где εопт - оптическая, высокочастотная диэлектрическая проницаемость. Далее, воспользовавшись известными соотношениями Крамерса-Кронига, выделяют действительную и мнимую части комплексной диэлектрической проницаемости:From this data determine
Figure 00000082
where ε opt is the optical, high-frequency dielectric constant. Further, using the well-known Kramers-Kronig relations, the real and imaginary parts of the complex permittivity are distinguished:

Figure 00000083
Figure 00000083

Figure 00000084
Figure 00000084

где ωp - наибольшая из частот упругих колебаний электронов ЭКЦ.where ω p is the largest of the frequencies of elastic vibrations of electrons of the ECC.

Из этих выражений можно определить коэффициент преломления и экстинцию:From these expressions it is possible to determine the refractive index and extinction:

Figure 00000085
и
Figure 00000086
,
Figure 00000085
and
Figure 00000086
,

где εr и εi - действительная и мнимая части комплексной диэлектрической проницаемости и записать коэффициент оптического отражения в следующем виде:where ε r and ε i are the real and imaginary parts of the complex dielectric constant and write the coefficient of optical reflection in the following form:

Figure 00000087
Figure 00000087

где R имеет смысл коэффициента оптического отражения от плоской поверхности монолитного материала, занимающего полупространство (половину пространства).where R has the meaning of the coefficient of optical reflection from the flat surface of a monolithic material occupying half-space (half space).

Квантовая теория оптического отражения линейным заряженным гармоническим осциллятором представляет наложение его классических спектров отражения, связанных с каждым из квантовых колебательных уровней, соответствующих значениям колебательного квантового числа ν=0, 1, 2, …The quantum theory of optical reflection by a linear charged harmonic oscillator represents the superposition of its classical reflection spectra associated with each of the quantum vibrational levels corresponding to the values of the vibrational quantum number ν = 0, 1, 2, ...

Особенности спектра отражения заряженным гармоническим осциллятором можно видеть на вычисленном спектре осциллятора, представленном на фиг. 28. Спектральное положение полосы оптического отражения осциллятора определяется частотами Ω и ωР. Наибольшего значения R достигает на оптических частотах между Ω и ωР. На частоте осциллятора Ω имеется характерный узкий и поэтому обычно трудно разрешимый минимум отражения, а минимальное значение R располагается вблизи ωР.The features of the reflection spectrum of a charged harmonic oscillator can be seen in the calculated spectrum of the oscillator shown in FIG. 28. The spectral position of the optical reflection band of the oscillator is determined by the frequencies Ω and ω P. The highest value of R reaches at optical frequencies between Ω and ω P. At the oscillator frequency Ω, there is a characteristic narrow and therefore usually hardly solvable reflection minimum, and the minimum value of R is located near ω Р.

Спектр отражения заряженным квантовым гармоническим осциллятором представляет собой сумму спектров отражения (24) осцилляторов с частотами квантовых колебаний.The reflection spectrum of a charged quantum harmonic oscillator is the sum of the reflection spectra (24) of oscillators with frequencies of quantum oscillations.

На фиг. 29 представлен типичный экспериментальный ИК спектр отражения ЭКЦ, которые образованы примесными атомами Al в монокристалле GaP (кривая 11). Приведены вычисленные компоненты этого спектра: 12, 13, 14 и 15, соответствующие заполнению различных колебательных состояний ЭКЦ с энергиями кратными половине энергии кванта колебаний ядра в примесном атоме алюминия. Сумма этих вычисленных спектров совпадает с экспериментальной кривой 11. Характерные энергии ИК квантов в компонентах спектра (ωР) соответственно равны 0,5Е11, Е11, 1,5Е11, 2Е11, то есть они кратны половине энергии элементарного колебательного кванта осциллятора, равной EZ11=0,283 эВ, описывающего колебания ядра в атоме Al. Минимальные энергии квантов в этих компонентах спектра (Ω) совпадают с энергией квантов β- и γ-типов I-колебаний ядра в примесном атоме Al из-за чего обычно узкий минимум отражения вблизи коротковолнового края полосы отражения оказывается уширенным и поэтому хорошо оптически разрешен. Аналогичные результаты были получены при исследовании спектров отражения ЭКЦ, которые в GaP образованны примесными атомами серы с элементарным квантом собственных колебаний α-типа I-колебаний ядра (EZ=0,301 эВ). Минимальные энергии квантов в этих компонентах спектра одинаковы и совпадают с энергиями квантов β- и γ-типов I-колебаний атомных ядер серы. Следовательно, ЭКЦ в данных образцах были образованы именно атомами Al и S, соответственно.In FIG. Figure 29 shows a typical experimental IR reflection spectrum of ECCs formed by Al impurity atoms in a GaP single crystal (curve 11). The calculated components of this spectrum are presented: 12, 13, 14, and 15, corresponding to the filling of various vibrational states of an ECC with energies that are multiples of the energy of a quantum of vibrational nuclei in an aluminum impurity atom. The sum of these calculated spectra coincides with the experimental curve 11. The characteristic energies of the IR quanta in the components of the spectrum (ω P ) are respectively 0.5E 11 , E 11 , 1.5E 11 , 2E 11 , that is, they are multiples of half the energy of the elementary vibrational quantum of the oscillator, equal to E Z = E 11 = 0.283 eV, which describes the vibrations of the nucleus in the Al atom. The minimum quantum energies in these components of the spectrum (Ω) coincide with the quantum energies of the β and γ types of I vibrations of the nucleus in the Al impurity atom, which is why the usually narrow reflection minimum near the short-wavelength edge of the reflection band is broadened and therefore well optically resolved. Similar results were obtained when studying the reflection spectra of ECC, which in GaP are formed by impurity sulfur atoms with an elementary quantum of natural vibrations of the α-type I-vibration of the nucleus (E Z = 0.301 eV). The minimum quantum energies in these components of the spectrum are the same and coincide with the quantum energies of the β and γ types of I vibrations of sulfur atomic nuclei. Therefore, the ECC in these samples were formed precisely by Al and S atoms, respectively.

Спектры отражения углеродных нанотрубных пленок, выращенных на различных подложках, также имеют широкие спектры с характерными для I-колебаний ядер в атомах углерода энергиями. Эти пленки впервые были выращены путем распыления высокочистого графита электронным пучком в вакууме и осаждения распыленных атомов углерода на проводящие, полупроводниковые или диэлектрические подложки [52]. Такие пленки представляют собой регулярно и плотно друг к другу расположенные углеродные трубки нанометрового диаметра и высотой около 0,1 мкм стоящие вдоль нормали к поверхности подложки или под острым углом к нормали. Известно, что нанотрубки объединены в жгуты, а жгуты объединены в банделы, которые регулярно и плотно расположены на подложке и образуют регулярную структуру, характерную для монокристаллов.The reflection spectra of carbon nanotube films grown on various substrates also have wide spectra with energies characteristic of I-vibrations of nuclei in carbon atoms. These films were first grown by sputtering high-purity graphite with an electron beam in vacuum and depositing atomized carbon atoms on conductive, semiconductor, or dielectric substrates [52]. Such films are regularly and densely arranged to each other carbon tubes of nanometer diameter and about 0.1 microns high, standing along the normal to the surface of the substrate or at an acute angle to the normal. It is known that nanotubes are combined into bundles, and bundles are combined into bandels, which are regularly and densely located on the substrate and form a regular structure characteristic of single crystals.

Типичный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки выращенной на кварцевой подложке представлен на фиг. 30. Этот спектр содержит черты спектров отражения осцилляторов, представляющих колебания ядер в атомах кислорода и углерода. Энергия собственных колебаний данного осциллятора совпадает с половиной элементарного кванта кислородного осциллятора (0,11 эВ). Максимальная энергия в данном спектре совпадает с энергией колебаний ядра в атоме углерода. Анализ спектра позволяет связывать его с вынужденными колебаниями ЭКЦ двух типов, из которых один тип ЭКЦ образован атомами кислорода, а второй - атомами углерода. Иначе говоря, в данном спектре проявляется обмен энергией между разными типами ЭКЦ, образованными атомами кислорода и атомами углерода, т.е. атомами подложки и атомами пленки на подложке.A typical IR reflection spectrum of a carbon nanotube film grown on a quartz substrate is shown in FIG. 30. This spectrum contains features of the reflection spectra of oscillators, which represent nuclear vibrations in oxygen and carbon atoms. The energy of natural vibrations of this oscillator coincides with half of the elementary quantum of the oxygen oscillator (0.11 eV). The maximum energy in this spectrum coincides with the vibrational energy of the nucleus in the carbon atom. Analysis of the spectrum allows us to associate it with forced vibrations of the ECC of two types, of which one type of ECC is formed by oxygen atoms, and the second by carbon atoms. In other words, in this spectrum, the energy exchange between different types of ECCs formed by oxygen atoms and carbon atoms, i.e. atoms of the substrate and atoms of the film on the substrate.

Типичный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки, выращенной на молибденовой подложке и представленный на фиг. 31 также является спектром ИК отражения заряженным гармоническим осциллятором с собственной частотой Ω, совпадающей с частотой β-типа колебаний ядра в атоме углерода. В данном случае ЭКЦ образованы атомами углерода.A typical IR reflection spectrum of a carbon nanotube film grown on a molybdenum substrate and shown in FIG. 31 is also the IR reflection spectrum of a charged harmonic oscillator with an eigenfrequency Ω, which coincides with the β-type frequency of nuclear vibrations in the carbon atom. In this case, ECCs are formed by carbon atoms.

Типичный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки выращенной на медной подложке, представленный на фиг. 32, также является спектром ИК отражения гармоническим осциллятором с собственной частотой Ω, совпадающей с частотой β-типа колебаний ядра в атоме углерода. В этом случае ЭКЦ также образованы атомами углерода.A typical IR reflection spectrum of a carbon nanotube film grown on a copper substrate, shown in FIG. 32 is also the IR reflection spectrum by a harmonic oscillator with an eigenfrequency Ω, which coincides with the β-type frequency of nuclear vibrations in the carbon atom. In this case, ECCs are also formed by carbon atoms.

Анализ спектров отражения на ЭКЦ в различных материалах и структурах на их основе показал, что в них происходит интенсивное поглощение излучения, энергия которого затрачивается на возбуждение I-колебаний ЭКЦ, на возбуждение упругих гармонических колебаний атомных ядер в атомах с участием кристаллических фононов. Именно такие колебания определяют природу гиперпроводимости и сверхтеплопроводности. Поглощаемое колебаниями излучение изменяет величину колебательной энергии Екол, влияет на Λ, Th, на величины эффектов Джозефсона и на величину эффекта Мейснера.An analysis of the reflection spectra of ECCs in various materials and structures based on them showed that intense absorption of radiation occurs in them, the energy of which is spent on excitation of I-vibrations of ECC, on excitation of elastic harmonic vibrations of atomic nuclei in atoms with the participation of crystalline phonons. It is these oscillations that determine the nature of hyperconductivity and super thermal conductivity. The radiation absorbed by the vibrations changes the value of the vibrational energy E count , affects Λ, T h , the magnitude of the Josephson effects and the magnitude of the Meissner effect.

Разогрев электронов ЭКЦ путем разогрева всего материала в целом является малоэффективным. В этом случае затрачиваемая на разогрев участка материала энергия только частично передается электронам локального центра, участвующим в необходимых нам электронно-колебательных токах. Большая часть поступающей в материал энергии передается кристаллической решетке и непроизводительно расходуется на решеточную теплопроводность, на излучательные переходы, которые не дают вклад в электронно-колебательный ток.Heating the electrons of the ECC by heating the entire material as a whole is ineffective. In this case, the energy spent on heating a portion of the material is only partially transferred to the electrons of the local center participating in the electron-vibrational currents we need. Most of the energy entering the material is transferred to the crystal lattice and unproductively spent on lattice thermal conductivity, on radiative transitions, which do not contribute to the electron-vibrational current.

В неадиабатической электронике, к которой относится заявленное изобретение, можно повысить эффективность использования подводимой в материал ИК энергии и использовать ее для разогрева именно электронов ЭКЦ, без изменения температуры кристаллической решетки материала. Эффект разогрева преимущественно электронов (дырок) на ЭКЦ достижим, если энергию направлять в материал в виде электромагнитного излучения в определенном спектральном диапазоне длин волн от λmin до λmax. Пределы этого спектрального диапазона вполне определенным образом связаны с электронно-колебательными токами (16) и с температурными границами полос увлечения электронов фононами (УЭФ), расположенными вблизи температур Дебая фононов Tm, между Tm-3θ и Tm+3θ. Общеизвестно, что в кристаллах, содержащих 2 или более атомов в элементарной ячейке, могут существовать акустические и оптические фононы, которые сгруппированы в дисперсионные ветви. Эти дисперсионные ветви достигают максимума, вообще говоря, при различных частотах которым ставят в соответствие температуры Дебая (Tm). Поэтому для кристаллов, содержащих не менее двух атомов в элементарной ячейке, характерны, по крайней мере, четыре температуры Дебая фононов, соответствующих ветвям продольных акустических и оптических фононов, а также - ветвям поперечных акустических и оптических фононов. Согласно закону сохранения энергии этим температурам соответствуют следующие длины электромагнитных волн:

Figure 00000088
и
Figure 00000089
. Таким образом, электромагнитное ИК излучение в полосе с энергиями квантов от
Figure 00000090
до
Figure 00000091
, соответствующим длинам ИК волн от λmin до λmax затрачивается на возбуждение колебаний связанных на ЭКЦ электронов с частотами фононов. Циклические частоты колебаний электронов совпадают с циклическим частотами локализованных фононов в диапазоне от
Figure 00000092
до
Figure 00000093
. При этом энергия ИК квантов передается непосредственно локализованным на ЭКЦ электронам, и не расходуется на непроизводительное нагревание кристаллической решетки. Это позволяет уменьшить затраты ИК энергии на создание электронно-колебательного тока в материале и повысить фоточувствительность при регистрации изучения данным способом в том числе и в длинноволновой части ИК спектра, где ИК кванты и без того мало энергичны. Указанные полосы поглощения электромагнитного излучения, соответствующие различным температурам Дебая, лежат в ИК диапазоне. ИК поглощение, соответствующее акустическим фононам в различных материалах по литературным данным [51] наблюдали в диапазоне длин волн от 15 мкм до 60 мкм.In the non-adiabatic electronics, to which the claimed invention relates, it is possible to increase the efficiency of using IR energy supplied to the material and use it to heat precisely the ECC electrons, without changing the temperature of the crystal lattice of the material. The effect of heating predominantly electrons (holes) on the ECC is achievable if the energy is sent to the material in the form of electromagnetic radiation in a certain spectral range of wavelengths from λ min to λ max . The limits of this spectral range are quite definitely related to electron-vibrational currents (16) and to the temperature boundaries of the electron drag phonon (UEF) bands located near the phonon Debye temperatures T m , between T m -3θ and T m + 3θ. It is well known that in crystals containing 2 or more atoms in a unit cell, acoustic and optical phonons can exist that are grouped into dispersion branches. These dispersion branches reach a maximum, generally speaking, at different frequencies which correspond to the Debye temperature (T m ). Therefore, crystals containing at least two atoms in a unit cell are characterized by at least four Debye temperatures of phonons corresponding to branches of longitudinal acoustic and optical phonons, as well as to branches of transverse acoustic and optical phonons. According to the law of conservation of energy, the following electromagnetic wavelengths correspond to these temperatures:
Figure 00000088
and
Figure 00000089
. Thus, electromagnetic IR radiation in a band with quantum energies from
Figure 00000090
before
Figure 00000091
corresponding infrared wavelengths from λ min to λ max is expended on the excitation of vibrations of electrons coupled to the ECC with phonon frequencies. The cyclic frequencies of electron vibrations coincide with the cyclic frequencies of localized phonons in the range from
Figure 00000092
before
Figure 00000093
. In this case, the energy of IR quanta is transferred directly to the electrons localized to the ECC, and is not spent on unproductive heating of the crystal lattice. This allows you to reduce the cost of IR energy to create an electron-vibrational current in the material and to increase photosensitivity when registering studies using this method, including in the long-wavelength part of the IR spectrum, where IR quanta are already low energy. The indicated absorption bands of electromagnetic radiation corresponding to various Debye temperatures lie in the IR range. IR absorption corresponding to acoustic phonons in various materials according to published data [51] was observed in the wavelength range from 15 μm to 60 μm.

Приведенные выражения, связывающие значения λmin, λmax, ωmax и ωmin и дебаевы температуры Tm являются взаимно однозначными, то есть, используя эти выражения можно по значениям параметров спектров ИК отражения (λmin, λmax, ωmax и ωmin) определить Tm и θ температурную ширину полосы УЭФ, т.е. θ. И наоборот, по данным о величинах Tm и θ можно определить параметры ИК спектра (λmin, λmax, ωmax и ωmin), связанного с возбуждением колебаний электронов на ЭКЦ с частотами соответствующих фононов.The above expressions relating the values of λ min , λ max , ω max and ω min and Debye temperatures T m are one-to-one, that is, using these expressions it is possible from the values of the parameters of the IR reflection spectra (λ min , λ max , ω max and ω min ) determine T m and θ the temperature width of the UEF band, i.e. θ. And vice versa, according to the data on the values of T m and θ, it is possible to determine the parameters of the IR spectrum (λ min , λ max , ω max and ω min ) associated with the excitation of electron vibrations at the ECC with the frequencies of the corresponding phonons.

Таким образом, увеличивать энергию колебаний электронов на ЭКЦ, а значит увеличивать колебательную энергию когерентных областей, можно за счет энергии ИК излучения. В материале с дебаевыми температурами акустических продольных

Figure 00000094
, акустических поперечных
Figure 00000095
, оптических продольных
Figure 00000096
, оптических поперечных
Figure 00000097
, а также с дебаевыми температурами I-колебаний α-, β-, γ - типов в содержащих ЭКЦ материалах имеются соответствующие оптические полосы поглощения и отражения, заключенные между λmin и λmax для каждого из этих типов упругих колебаний материала в которых энергия ИК излучения передается локализованным на ЭКЦ, локализованным в когерентных областях электронам. Положение этих полос в пределах спектрального диапазона зависит от значений температур Tm и θ, от угла падения излучения на поверхность материала и его поляризации, от кристаллографической ориентации материала относительно направления между электродами 1 и 2. Учитывая эти особенности, выбирают материал и его кристаллографическую ориентацию, а также поляризацию и угол падения регистрируемого излучения на материал, осуществляют детектирование ИК квантов с низкими внутренними шумами без охлаждения материала в узкой полосе от
Figure 00000098
до
Figure 00000099
по данным о вызываемом этим излучением изменении длины когерентности Λ, или (и) изменении температуры гиперпроводящего перехода Th, или (и) величин, или (и) частот или (и) фаз (полярности) эффектов Джозефсона.Thus, it is possible to increase the vibrational energy of electrons at the ECC, and therefore increase the vibrational energy of coherent regions, due to the energy of infrared radiation. In material with Debye temperatures of acoustic longitudinal
Figure 00000094
acoustic transverse
Figure 00000095
optical longitudinal
Figure 00000096
optical transverse
Figure 00000097
As well as with the Debye temperatures of α-, β-, γ-type I-vibrations in materials containing ECC, there are corresponding optical absorption and reflection bands between λ min and λ max for each of these types of elastic vibrations of the material in which the IR radiation energy is transmitted to electrons localized on the ECC, localized in coherent regions. The position of these bands within the spectral range depends on the temperatures T m and θ, on the angle of incidence of the radiation on the surface of the material and its polarization, on the crystallographic orientation of the material relative to the direction between electrodes 1 and 2. Given these features, choose the material and its crystallographic orientation, as well as the polarization and angle of incidence of the recorded radiation on the material, they detect IR quanta with low internal noise without cooling the material in a narrow band from
Figure 00000098
before
Figure 00000099
according to the data on the change in the coherence length Λ caused by this radiation, or (and) the change in the temperature of the hyperconducting transition T h , or (and) the values, or (and) the frequencies or (and) phases (polarity) of the Josephson effects.

Экспериментально подтверждена связь между температурными полосами электронно-колебательных токов I в интервале от Tm-3θ до Tm+3θ и полосой ИК отражения ЭКЦ, расположенной между длинами ИК волн Λmin и Λmax. Так, на фиг. 33 изображена характерная температурная зависимость электронно-колебательного тока в монокристалле GaP, содержащего ЭКЦ, которые образованны примесными атомами Al. Ширина наиболее интенсивной полосы тока I, измеренная на ее полувысоте, лежит в пределах от 442 K до 502,3 K, величина θ≅5 K, Tm=693,15 K. Границы этой полосы на 3θ отстоят от значения Tm:Tm-3θ=427 K; Tm+3θ=517,26 K. Учитывая, что тепловая энергия 1 K=8,616562⋅10-5 эВ, определяем энергии, соответствующие температурам Tm-3θ и Tm+3θ, равные 36,79⋅10-3 эВ и 44,57⋅10-3 эВ. Эти энергии соответствуют следующим длинам волн ИК излучения: 33,7 мкм и 27,82 мкм, ширина полосы ≅6 мкм. На фиг. 34 приведена экспериментальная полоса ИК отражения GaP и вычисленный спектр отражения осциллятора из работы [51] расположенный между 31 мкм и 25 мкм, ширина полосы ≅6 мкм. На фиг. 35 приведен измеренный нами спектр отражения GaP, который практически совпадает со спектром на фиг. 34. Вычисленное и экспериментальное положение полос ИК отражения согласуются друг с другом и имеют примерно одинаковую ширину, но несколько смещены друг относительно друга вследствие различных кристаллографических ориентации образцов материала в этих двух экспериментах, а также из-за падения ИК излучения на поверхность материала под разными углами в этих экспериментах.The relationship between the temperature bands of the electron-vibrational currents I in the interval from T m -3θ to T m + 3θ and the IR reflection band of the ECC located between the IR wavelengths Λ min and Λ max was confirmed experimentally. So in FIG. 33 shows the characteristic temperature dependence of the electron-vibrational current in a GaP single crystal containing ECCs formed by Al impurity atoms. The width of the most intense current strip I, measured at its half maximum, lies in the range from 442 K to 502.3 K, θ≅5 K, T m = 693.15 K. The boundaries of this band are 3θ apart from the value of T m : T m is -3θ = 427 K; T m + 3θ = 517.26 K. Given that the thermal energy is 1 K = 8.616562⋅10 -5 eV, we determine the energies corresponding to temperatures T m -3θ and T m + 3θ equal to 36.79⋅10 -3 eV and 44.57⋅10 -3 eV. These energies correspond to the following wavelengths of IR radiation: 33.7 μm and 27.82 μm, a bandwidth of ≅6 μm. In FIG. Figure 34 shows the experimental GaP IR reflection band and the calculated reflection spectrum of the oscillator from [51] located between 31 μm and 25 μm, the bandwidth is ≅6 μm. In FIG. 35 shows the GaP reflection spectrum measured by us, which practically coincides with the spectrum in FIG. 34. The calculated and experimental positions of the IR reflection bands are consistent with each other and have approximately the same width, but are somewhat offset from each other due to different crystallographic orientations of the material samples in these two experiments, as well as due to the incidence of IR radiation on the surface of the material at different angles in these experiments.

На фиг. 36 изображена характерная температурная зависимость электронно-колебательного тока в GaAs, содержащем ЭКЦ, образованные примесными атомами кислорода. Данная зависимость представлена экспериментальными точками и сплошной кривой, проведенной по этим точкам. Пунктирные кривые представляют гауссову зависимость (16) контуров этих полос, для которых одинаковое, независящее от температуры значение θ=3,5 K. Максимумы наиболее интенсивных полос в данной зависимости на фиг. 36 расположены вблизи Tm=439 K, Tm=404 K и Tm=347 K,. Эти полосы обусловлены участием в электронно-колебательном токе различных типов фононов материала. Участие этих фононов в процессах ИК отражения ограничивается различными правилами отбора для различных кристаллографических ориентации материала, различных углов падения ИК излучения на материал, поляризации излучения относительно кристаллографических осей материала. Поэтому в одном эксперименте не представляется возможным измерить спектры отражения с участием всех типов фононов, создающих электронно-колебательные токи. Так спектр ИК отражения GaAs, представленный на фиг. 37 из книги [53], связан с двумя взаимно перекрывающимися полосами электронно-колебательного тока, расположенными на фиг. 36 при температурах Tm, равных 404 K и 439 K. В связи с этим полоса ИК отражения GaAs, показанная на фиг. 37 представляет собой наложение, перекрытие двух полос отражения с участием тех же типов фононов, которые вызвали электронно-колебательные токи с максимумами при температурах 404 K и 439 K, что проявляется в особенности профиля полосы. Ожидаемые пределы полосы ИК отражения в данном случае определяются температурами (404 K-3θ)=393,5 K и (439 K+3θ)=449,5 K. Эти температуры соответствуют следующим энергиям кантов и длинам волн ИК излучения: (33,91⋅10-3 эВ; ≅36,6 мкм) и (38,73⋅10-3 эВ; ≅32 мкм). Экспериментальная ИК полоса отражения GaAs на фиг. 35 расположена между значениями волновых векторов и соответствующих им длин ИК волн: (296 см-1; ≅34,5 мкм) и (260 см-1; ≅32,21 мкм). Сравнение приведенных результатов выявило согласие вычисленных из температурной зависимости электронно-колебательного тока и экспериментальных данных о спектральных положениях полос ИК отражения ЭКЦ в GaAs.In FIG. 36 shows the characteristic temperature dependence of the electron-vibrational current in GaAs containing ECCs formed by impurity oxygen atoms. This dependence is represented by experimental points and a solid curve drawn along these points. The dashed curves represent the Gaussian dependence (16) of the contours of these bands for which the same temperature-independent value is θ = 3.5 K. The maxima of the most intense bands in this dependence in FIG. 36 are located near T m = 439 K, T m = 404 K and T m = 347 K ,. These bands are due to the participation of various types of material phonons in the electron-vibrational current. The participation of these phonons in the processes of IR reflection is limited by different selection rules for different crystallographic orientations of the material, different angles of incidence of IR radiation on the material, polarization of radiation relative to the crystallographic axes of the material. Therefore, in one experiment it is not possible to measure the reflection spectra with the participation of all types of phonons that generate electron-vibrational currents. Thus, the IR reflection spectrum of GaAs shown in FIG. 37 from the book [53], is associated with two mutually overlapping bands of electron-vibrational current located in FIG. 36 at temperatures T m equal to 404 K and 439 K. Therefore, the infrared reflection band of GaAs shown in FIG. 37 is an overlap, overlapping of two reflection bands with the participation of the same types of phonons that caused electron-vibrational currents with peaks at temperatures of 404 K and 439 K, which manifests itself in particular the profile of the strip. The expected limits of the IR reflection band in this case are determined by the temperatures (404 K-3θ) = 393.5 K and (439 K + 3θ) = 449.5 K. These temperatures correspond to the following edge energies and IR wavelengths: (33.91 ⋅10 -3 eV; ≅36.6 μm) and (38.73⋅10 -3 eV; ≅32 μm). The experimental IR reflection band of GaAs in FIG. 35 is located between the values of the wave vectors and the corresponding infrared wavelengths: (296 cm -1 ; ≅34.5 μm) and (260 cm -1 ; ≅32.21 μm). A comparison of the above results revealed the agreement of the calculated spectral positions of the IR reflection bands of the ECC in GaAs calculated from the temperature dependence of the electron-vibrational current and the experimental data.

На фиг. 38 приведена типичная температурная зависимость электронно-колебательного тока I в углеродной нанотрубной пленке на кварцевой подложке. Данная зависимость содержит несколько максимумов. Максимум при температуре Tm=593 K принадлежит наиболее интенсивной полосе УЭФ, лежащей между температурами Tm-3θ=555,5 K и Тm+3θ=630,5 K. Эти температуры соответствуют следующим энергиям ИК квантов и их оптическим длинам волн: (47,86⋅10-3 эВ; 25,91 мкм) и (54,32⋅10-3 эВ; 22,8 мкм) при которых расположены экспериментальные полосы отражения и поглощения (22,6 мкм - 27,5 мкм) данных структур, представленные на фиг. 39.In FIG. 38 shows a typical temperature dependence of the electron-vibrational current I in a carbon nanotube film on a quartz substrate. This dependence contains several maxima. The maximum at a temperature T m = 593 K belongs to the most intense UEF band lying between temperatures T m -3θ = 555.5 K and T m + 3θ = 630.5 K. These temperatures correspond to the following energies of IR quanta and their optical wavelengths: (47.86⋅10 -3 eV; 25.91 μm) and (54.32⋅10 -3 eV; 22.8 μm) at which the experimental reflection and absorption bands are located (22.6 μm - 27.5 μm) data structures shown in FIG. 39.

На фиг. 40 приведена температурная зависимость термоЭДС, содержащая узкие пики увлечения электронов фононами в монокристалле Ge при дебаевых температурах фононов 314 K; 359,9 K и 414 K. Гауссова пунктирная кривая аппроксимирует контур наиболее интенсивной полосы УЭФ при 314 K с θ=2,5 K. Ожидаемые из установленной зависимости полосы отражения и поглощения лежат между 25,96 мкм и 26,38 мкм. В спектре поглощения Ge [53] действительно содержится такая сравнительно давно известная узкая полоса поглощения, связанная с участием фононов, которая становится ярче на фоне ослабевающего при охлаждении образца поглощения свободными носителями, но не изменяющая своей ширины, что характерно для электронно-колебательных спектров. Соответствующие спектры приведены на фиг. 41 из работы [53]. Данная полоса поглощения имеется также в спектрах работы [54]. Поглощение свободными носителями не влияет на электронно-колебательные спектры и на данную полосу ИК поглощения.In FIG. 40 shows the temperature dependence of thermoEMF containing narrow peaks of electron drag by phonons in a Ge single crystal at phonon Debye temperatures of 314 K; 359.9 K and 414 K. The Gaussian dashed curve approximates the profile of the most intense UEF band at 314 K with θ = 2.5 K. The reflection and absorption bands expected from the established dependence lie between 25.96 μm and 26.38 μm. Indeed, the Ge absorption spectrum [53] contains such a relatively long-known narrow absorption band, associated with the participation of phonons, which becomes brighter against the background of the absorption that weakens with cooling by free carriers, but does not change its width, which is characteristic of electron-vibrational spectra. The corresponding spectra are shown in FIG. 41 from [53]. This absorption band is also present in the spectra of [54]. Absorption by free carriers does not affect the electron-vibrational spectra and this IR absorption band.

Таким образом, установлено соответствие температурных зависимостей электронно-колебательных токов I или температурных зависимостей увлечения электронов фононами (УЭФ) со спектральным положением ИК полос отражения ЭКЦ. Это соответствие характерно не только для соединений А3В5, но и для других содержащих ЭКЦ материалов и структур и представляется закономерным.Thus, it was found that the temperature dependences of the electron-vibrational currents I or the temperature dependences of the electron drag by phonons (UEF) correspond to the spectral position of the IR reflection bands of the ECC. This correspondence is characteristic not only for compounds A 3 B 5 , but also for other materials and structures containing ECC and seems logical.

Выявленное соответствие между температурными зависимостями электронно-колебательных переходов в слоях материалов на подложках с их спектрами ИК отражения позволяет использовать слои материалов на подложках для регистрации ИК излучения в диапазоне от 1 мкм до более 1000 мкм по данным о влиянии такого излучения на температуру гиперпроводящего перехода. Для регистрации ИК изучения определенной длины волны выбирают подложку с соответствующей энергией фононов (температурой Дебая фононов), наносят на подложку слой материала толщиной не менее 4Λ, устанавливают электроды 1 и 2, направляют регистрируемое ИК изучение в материал между электродами, измеряют вызванное излучением изменение величины Th или изменение сопротивления материала между электродами при температуре вблизи Th. Целесообразна стабилизация температуры материала вблизи Th. По результатам измерений делают вывод об интенсивности регистрируемого ИК излучения. При этом не требуется охлаждения материала даже при регистрации длинноволнового ИК излучения, а уровень внутренних, собственных, шумов определяется величиной θ<<Th, из-за чего заявленный способ регистрации обладает преимуществом по уровню внутренних, собственных шумов перед аналогами, в которых материал охлаждают до низких температур.The revealed correspondence between the temperature dependences of the electronic-vibrational transitions in the material layers on the substrates with their IR reflection spectra allows the use of material layers on the substrates for recording IR radiation in the range from 1 μm to more than 1000 μm according to the data on the effect of such radiation on the temperature of the hyperconducting transition. To register an IR study of a certain wavelength, a substrate with the corresponding phonon energy (Debye temperature of the phonons) is selected, a layer of material with a thickness of at least 4Λ is applied to the substrate, electrodes 1 and 2 are installed, the detected IR study is sent to the material between the electrodes, and the change in T h or a change in the resistance of the material between the electrodes at a temperature near T h . It is advisable to stabilize the temperature of the material near T h . According to the measurement results, a conclusion is drawn about the intensity of the recorded infrared radiation. In this case, cooling of the material is not required even when recording long-wave infrared radiation, and the level of internal, intrinsic noise is determined by the value θ << T h , which is why the claimed registration method has an advantage in terms of internal, intrinsic noise over analogs in which the material is cooled to low temperatures.

В данном пункте формулы предложено использовать установленные закономерности для регистрации ИК излучения с низкими внутренними шумами без охлаждения фоточувствительных материалов и приборов.In this paragraph of the formula, it is proposed to use the established laws for recording infrared radiation with low internal noise without cooling photosensitive materials and devices.

К пункту 11 формулы. Температура гиперпроводящего перехода Th, величины эффектов Джозефсона и частота высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также величина эффекта Мейснера зависят от формы материала, от расстояний между плоскопараллельными границами материала, поскольку при изменении формы образца материала изменяются условия распространения фононов и электронно-колебательных токов. В связи с этим важным оказывается условие акустоэлектрического синхронизма, согласно которому расстояния между взаимно параллельными границами материала выбирают равными или кратными W=Пv/2, где v - скорость звука, распространяющегося между взаимно параллельными границами материала и П - период тока в материале между электродами. При этом условии значительная часть испускаемых фононов возвращается в область их генерации, что оказывает влияние на Th и на эффекты Джозефсона и Мейснера. Влияние акустоэлектрического синхронизма на указанные эффекты и на Th проявляется, если в материале действует периодическое электрическое поле с периодом П. Периодическое с таким же периодом П магнитное поле с индукцией не более 2 Тл в материале подавляет осцилляции электронов на ЭКЦ с частотами локализованных фононов. В связи с этим для стабилизации гиперпроводящго и сверхтеплопроводного состояния, стабилизации температуры гиперпроводящего перехода Th, величин эффектов Джозефсона и частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также с целью изменения величины эффекта Мейснера толщину полупроводниковой пластины, или толщину полупроводникового слоя на подложке, или толщину подложки, или общую толщину полупроводникового слоя и подложки, или расстояние (расстояния) между взаимно параллельными границами полупроводника выбирают равным (равными) или кратным (кратными) W=Пv/2, где v - скорость звука, распространяющегося между взаимно параллельными границами полупроводника, подложки, или полупроводника и подложки, в материале между электродами создают переменное электрическое поле и (или) переменное магнитное поле с индукцией В≤2 Тл с временными периодами П, измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th, величины аналогов эффектов Джозефсона и (или) частоту аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также величину или изменение величины эффекта Мейснера.To paragraph 11 of the formula. The temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects and the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the magnitude of the Meissner effect depend on the shape of the material, on the distances between plane-parallel material boundaries, since the propagation conditions of phonons and electron-vibrational currents change when the shape of the material sample changes. In this regard, the condition of acoustoelectric synchronism turns out to be important, according to which the distances between mutually parallel material boundaries are chosen equal to or multiple W = Pv / 2, where v is the speed of sound propagating between mutually parallel material boundaries and П is the current period in the material between the electrodes. Under this condition, a significant part of the emitted phonons returns to their generation region, which affects T h and the effects of Josephson and Meissner. The effect of acoustoelectric synchronism on these effects and on T h is manifested if a periodic electric field with a period of P acts in the material. A periodic magnetic field with the same period of P with an induction of no more than 2 T in the material suppresses electron oscillations at the ECC with localized phonon frequencies. In this regard, to stabilize the hyperconducting and superconducting state, stabilize the temperature of the hyperconducting transition T h , the values of the Josephson effects and the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as to change the value of the Meissner effect, the thickness of the semiconductor wafer, or the thickness of the semiconductor layer on the substrate, or the thickness of the substrate , or the total thickness of the semiconductor layer and the substrate, or the distance (s) between mutually parallel boundaries of the semiconductor is chosen equal (equal) or multiple (multiple) W = Pv / 2, where v is the speed of sound propagating between mutually parallel boundaries of a semiconductor, substrate, or semiconductor and substrate, an alternating electric field and / or alternating magnetic field are created in the material between the electrodes induction V≤2 with time periods T n, measured giperprovodyaschego transition temperature T h, the magnitude analogs Josephson effects and (or) the analog high frequency ac Josephson effect, as well as the amount or change in magnitude of the effect eysnera.

К пункту 12 формулы. Данный пункт формулы посвящен использованию аналога стационарного эффекта Джозефсона для преобразования тепловой энергии в энергию постоянного электрического тока. Аналог стационарного эффекта Джозефсона по существу предоставляет возможность преобразовывать упругие колебания электрически заряженных частиц в составе когерентных областей в энергию постоянного электрического тока. Упругие колебания когерентных областей происходят благодаря рекомбинации электронов (дырок) на электронно-колебательных энергетических уровнях. Рекомбинирующие электроны (дырки) возникают в материале под действием тепловой генерации, за счет тепла, поступающего в материал из внешней среды. Следовательно, аналог стационарного эффекта Джозефсона осуществляется за счет тепловой энергии, поступающей в материал из внешней среды. Поэтому предусмотрен подвод тепла к материалу между электронами для обеспечения постоянного электрического тока.To paragraph 12 of the formula. This claim is devoted to the use of an analog of the stationary Josephson effect for converting thermal energy into direct current electric energy. An analogue of the stationary Josephson effect essentially makes it possible to convert the elastic vibrations of electrically charged particles in the composition of coherent regions into direct current electric energy. Elastic vibrations of coherent regions occur due to the recombination of electrons (holes) at electron-vibrational energy levels. Recombining electrons (holes) arise in a material under the influence of thermal generation, due to the heat entering the material from the environment. Therefore, an analog of the stationary Josephson effect is due to the thermal energy entering the material from the external environment. Therefore, heat is supplied to the material between the electrons to provide a constant electric current.

Электронно-колебательные переходы между одинаковыми колебательными состояниями взаимодействующих осцилляторов, между колебательными состояниями с одинаковыми значениями колебательных квантовых чисел ν и колебательных частот, образуют токи с нулевой частотой, т.е. постоянные токи, сумма которых по колебательным состояниям ν представляет собой аналог стационарного эффекта Джозефсона. Эти токи протекают в материале между электродами 1 и 2 и могут быть измерены во внешней цепи между этими электродами, а при разорванной внешней цепи аналог стационарного эффекта Джозефсона проявляется в виде постоянного электрического напряжения определенной полярности между электродами 1 и 2.Electron-vibrational transitions between the same vibrational states of interacting oscillators, between vibrational states with the same values of vibrational quantum numbers ν and vibrational frequencies, form currents with zero frequency, i.e. direct currents, the sum of which over the vibrational states ν is an analogue of the stationary Josephson effect. These currents flow in the material between electrodes 1 and 2 and can be measured in an external circuit between these electrodes, and when the external circuit is broken, the analog of the stationary Josephson effect manifests itself in the form of a constant electric voltage of a certain polarity between electrodes 1 and 2.

Тепловая энергия расходуется в материале на генерацию свободных, подвижных электронов и дырок, которые локализуются преимущественно на энергетическом уровне Е* когерентных областей и тем самым поддерживают существование I-колебаний и аналога джозевсоновского тока (I0). Для поддержания постоянного тока I0 обеспечивают приток тепла к материалу извне при температуре не менее температуры Дебая фононов, при температуре материала T=Th или при более высокой температуре. Таким образом, аналог эффекта Джозефсона в гиперпроводниковой структуре с туннельно тонким зазором толщиной d, также как эффект Джозефсона в структуре сверхпроводников, разделенных туннельно тонким диэлектриком, осуществляет преобразование тепловой энергии в электрическую энергию Джозефсоновского тока I0. В этом состоит общее свойство стационарного эффекта Джозефсона в структуре сверхпроводников и аналога стационарного эффекта Джозефсона в структуре гиперпроводников. Между стационарным эффектом Джозефсона и аналогом стационарного эффекта Джозефсона, однако, существует важное различие. Действительно, ширина энергетической щели сверхпроводника (2Δ) обычно составляет несколько миллиэлектронвольт и напряжение «холостого хода» стационарного эффекта Джозефсона не превышает нескольких милливольт. Эта особенность препятствует техническому использованию стационарного эффекта Джозефсона для получения электроэнергии за счет тепла. Напротив, в гиперпроводниковых туннельных структурах энергетическая щель между различными электронно-колебательными состояниями кратна половине кванта I-колебаний, может достигать ширины запрещенной зоны материала и даже превышать ее. Поэтому в гиперпроводниковых туннельных структурах величина напряжения «холостого хода» аналога стационарного эффекта Ждозефсона может составлять величину Е*/е.Thermal energy in the material is spent on the generation of free, mobile electrons and holes, which are localized mainly at the energy level E * of coherent regions and thereby support the existence of I-oscillations and an analogue of the Josephson current (I 0 ). To maintain a constant current I 0 provide an influx of heat to the material from the outside at a temperature not less than the Debye temperature of phonons, at a material temperature T = T h or at a higher temperature. Thus, the analogue of the Josephson effect in a hyperconductor structure with a tunnel thin gap of thickness d, as well as the Josephson effect in the structure of superconductors separated by a tunnel thin dielectric, converts thermal energy into electrical energy Josephson current I 0 . This is the general property of the stationary Josephson effect in the structure of superconductors and the analogue of the stationary Josephson effect in the structure of hyperconductors. There is, however, an important difference between the stationary Josephson effect and the analogue of the stationary Josephson effect. Indeed, the width of the energy gap of a superconductor (2Δ) is usually several millielectron-volts and the voltage of the "idle" stationary Josephson effect does not exceed several millivolts. This feature prevents the technical use of the stationary Josephson effect to generate electricity through heat. In contrast, in hyperconducting tunnel structures, the energy gap between various electronic-vibrational states is a multiple of half the quantum of I-vibrations, can reach the band gap of the material and even exceed it. Therefore, in hyperconductor tunnel structures, the voltage of the “no-load” analogue of the stationary Zhdosefson effect can be E * / e.

Аналог стационарного эффекта Ждозефсона в гиперпроводниковых структурах можно успешно применять для технического преобразования тепловой энергии в электрическую энергию.An analogue of the stationary Zhdozefson effect in hyperconductor structures can be successfully used for the technical conversion of thermal energy into electrical energy.

С целью получения электрической энергии с помощью аналога стационарного эффекта Джозефсона обеспечивают приток тепла к материалу между электродами 1 и 2, а постоянный ток в материале между электродами, представляющий аналог стационарного эффекта Джозефсона, или аналогичные токи от нескольких таких структур, последовательно или параллельно направляют в стационарное или мобильное потребляющее (потребляющие) электроэнергию устройство (устройства).In order to obtain electrical energy using an analogue of the stationary Josephson effect, heat is supplied to the material between electrodes 1 and 2, and a direct current in the material between the electrodes, which is an analog of the stationary Josephson effect, or similar currents from several such structures, are sequentially or parallel directed to the stationary or a mobile power consuming (consuming) device (s).

Целесообразно использовать аналог стационарного эффекта Джозефсона на основе гиперпроводниковых туннельных структур для преобразования энергии окружающего тепла в энергию постоянного электрического тока. Аналог стационарного эффекта Джозефсона в гиперпроводниковых структурах на основе типичных полупроводников позволяет получать на нагрузке во внешней цепи напряжения, составляющие доли Вольта (Е*/е). При использовании гиперпроводников с ЭКЦ содержащих атомы кислорода, напряжения между электродами кратны половине элементарного кванта I-колебания ядра в атоме кислорода, отнесенного к заряду электрона (0,22 эВ/2е). В образцах на основе Si и Ge при разных температурах эти напряжения практически составляют 0,33; 0,44; 0,55 или 0,66 Вольт, то есть превышают напряжения стационарного эффекта Джозефсона в сверхпроводниках в десятки раз, что обеспечивает аналогу стационарного эффекта Джозефсона значительные технические преимущества по сравнению с общеизвестным стационарным эффектом Джозефсона в сверхпроводниках.It is advisable to use an analog of the stationary Josephson effect based on hyperconducting tunnel structures to convert the energy of ambient heat into direct current energy. An analogue of the stationary Josephson effect in hyperconductor structures based on typical semiconductors allows one to obtain voltages (E * / e) at a load in an external circuit. When using hyperconductors with an ECC containing oxygen atoms, the voltage between the electrodes is a multiple of half the elementary quantum of the I-vibration of the nucleus in the oxygen atom, referred to as the electron charge (0.22 eV / 2e). In samples based on Si and Ge at different temperatures, these stresses are practically 0.33; 0.44; 0.55 or 0.66 volts, that is, tens of times higher than the voltages of the stationary Josephson effect in superconductors, which provides the analogue of the stationary Josephson effect with significant technical advantages compared with the well-known stationary Josephson effect in superconductors.

На фиг. 42 приведена характерная температурная зависимость величины аналога стационарного эффекта Джозефсона (V*) в гиперпроводниковой структуре на основе Si. Электронно-колебательные центры образованы примесными атомами кислорода. Величина аналога стационарного эффекта Джозефсона V* практически постоянна при нагревании образца от комнатной температуры, но при 384 K она резко уменьшается на 0,22 В и остается неизменной до 570 K. Оба этих напряжения соответствуют туннелированию электронов между электронно-колебательными состояниями когерентных областей с энергиями 0,33 эВ и 0,22 эВ, которые входят в спектр квантовых разрешенных энергий I-колебаний характерных для примесных атомов кислорода.In FIG. Figure 42 shows the characteristic temperature dependence of the value of the analog of the stationary Josephson effect (V *) in a Si-based hyperconductor structure. Electron-vibrational centers are formed by impurity oxygen atoms. The value of the analog of the stationary Josephson effect V * is practically constant when the sample is heated from room temperature, but at 384 K it decreases sharply by 0.22 V and remains unchanged up to 570 K. Both of these voltages correspond to electron tunneling between electron-vibrational states of coherent regions with energies 0.33 eV and 0.22 eV, which are included in the spectrum of quantum allowed energies of I-vibrations characteristic of impurity oxygen atoms.

На фиг. 43 приведена температурная зависимость величины аналога стационарного эффекта Джозефсона в структуре на основе Ge в условиях рассогласования импедансов материала между электродами и связанного с ним замедляющего устройства. В таких условиях возникают релаксационные колебания из-за последовательных изменений положения уровня Ферми от одного к другому электронно-колебательному уровню и обратно.In FIG. Figure 43 shows the temperature dependence of the value of the analogue of the stationary Josephson effect in a Ge-based structure under conditions of mismatch of the impedances of the material between the electrodes and the associated slowdown device. Under such conditions, relaxation oscillations arise due to successive changes in the position of the Fermi level from one to another electron-vibrational level and vice versa.

Нужно сказать, что атомы кислорода составляют около 28% имеющегося в коре Земли вещества и обычно присутствуют в виде примеси в полупроводниковых материалах. Так в промышленном кремнии концентрация примесных атомов кислорода может превышать 1018 атомов/см3 и ее не удается существенно уменьшить современными средствами очистки. При отсутствии других сортов примесных атомов именно атомы кислорода образуют ЭКЦ и определяют формирование когерентных областей. Температурные зависимости аналога стационарного эффекта Джозефсона в туннельных структурах на основе других типичных полупроводников являются ступенчатыми, что указывает на температурную зависимость вероятности туннелирования электронов сквозь зазор между когерентными областями и на переход уровня Ферми при некоторых температурах от одного электронно-колебательного энергетического уровня к другому электронно-колебательному энергетическому уровню.It must be said that oxygen atoms make up about 28% of the substance in the Earth’s crust and are usually present as an impurity in semiconductor materials. So in industrial silicon, the concentration of impurity oxygen atoms can exceed 10 18 atoms / cm 3 and it can not be significantly reduced by modern means of purification. In the absence of other types of impurity atoms, it is the oxygen atoms that form the ECC and determine the formation of coherent regions. The temperature dependences of the analogue of the stationary Josephson effect in tunnel structures based on other typical semiconductors are stepwise, which indicates the temperature dependence of the probability of electron tunneling through the gap between coherent regions and the transition of the Fermi level at certain temperatures from one electron-vibrational energy level to another electron-vibrational energy level.

Эксперименты подтвердили ожидаемые из расчета величины аналога стационарного эффекта Джозефсона, составляющие доли электрон-вольта. В принципе (в широкозонных материалах) возможны величины аналогов эффектов Джозефсона, превышающие 1 Вольт.The experiments confirmed the expected values of the analogue of the stationary Josephson effect, which are fractions of the electron-volt, calculated from the calculation. In principle (in wide-gap materials), analogs of Josephson effects exceeding 1 Volt are possible.

Преобразователи тепловой энергии в электрическую энергию на основе аналога стационарного эффекта Джозефсона можно встраивать, например, в мобильные электронные устройства, в сотовые телефоны, ноутбуки для непрерывной подзарядки аккумуляторов электропитания за счет тепловой энергии окружающей среды, в том числе за счет выделяемого процессорами устройств тепла. Такие преобразователи позволят избавить стационарные и мобильные электронные устройства от периодической подзарядки аккумуляторов, от необходимости подключения к внешней электросети для зарядки, что важно на космических, подводных, авиационных транспортных средствах и в полевых условиях. Преобразователи тепловой энергии в электрическую энергию с помощью аналога стационарного эффекта Джозефсона можно использовать для электропитания светильников, световая энергия которых в итоге преобразуется в тепло окружающей среды, которое гиперпроводниковые туннельные структуры преобразуют в электрический ток I0. Таким образом можно осуществить круговорот и преобразование одного вида энергии в другой вид энергии: тепло-электричество-свет-тепло, что обеспечивает снижение затрат на энергетическое снабжение жизнедеятельности и техники.Converters of thermal energy into electrical energy based on the analog of the Josephson stationary effect can be built-in, for example, in mobile electronic devices, in cell phones, laptops for continuous recharging of power batteries due to the thermal energy of the environment, including due to the heat released by processors of the devices. Such converters will save stationary and mobile electronic devices from periodic recharging of batteries, from the need to connect to an external power supply network for charging, which is important on space, underwater, aircraft and in field conditions. Converters of thermal energy into electrical energy using an analogue of the stationary Josephson effect can be used to power luminaires, the light energy of which is ultimately converted into the heat of the environment, which hyperconducting tunnel structures convert into electric current I 0 . Thus, it is possible to carry out the cycle and conversion of one type of energy into another type of energy: heat-electricity-light-heat, which ensures a reduction in the cost of energy supply of life and technology.

В настоящее время промышленное производство постоянно действующих необслуживаемых источников электрического тока с длительным сроком службы с выходной мощностью от 1 до 50 миллиВатт и с выходным напряжением около 1 Вольта осуществляют фирмы США: Widetronix (Firefli-T, Firefli-N), City Labs (ERDIP, LCC) и BetaBatt (Trench, Fill-Jelli-Roll). Продукция этих фирм с 2014 года не может быть импортирована в Российскую Федерацию из-за санкций, ограничивающих поставку в РФ продукции двойного назначения. Действие таких элементов электропитания основано на преобразовании энергии ионизирующего бета-излучения (электроны) радиоактивного изотопа никель-63 в энергию электрического тока. Кремниевые преобразователи в условиях бета облучения способны работать не более года, хотя требуется их работоспособность в течение 20 лет и более. Для импортозамещения до 2018 года в России сейчас выполняется программа исследований, разработок и создания производств радиационно стимулированных элементов электропитания, в частности включающих преобразователи энергии радиационного излучения в энергию электротока на основе радиационно-стойких широкозонных полупроводников (синтетический алмаз, GaN) общим объемом в десятки млн. руб. Очевидно, что производимые и планируемые к разработке и производству элементы питания уступают по техническим параметрам и затратам на их производство преобразователям тепловой энергии в электрическую энергию, работающих на использовании аналогов эффектов Джозефсона в гиперпроводящих туннельных структурах. Действительно, применение аналогов эффетов Джозефсона в гиперпроводящих туннельных контактах для этих целей не требует использования источников радиационного излучения. Это позволяет конструировать и использовать преобразователи энергии окружающего тепла в энергию электрического тока на основе кремния, непосредственно в составе кремниевых интегральных схем для их питания и охлаждения без значительных затрат в микроэлектронном производстве таких микросхем, обеспечивая их работоспособность в автономном режиме без технического обслуживания и замены в течение десятилетий.Currently, industrial production of continuously operating maintenance-free sources of electric current with a long service life with an output power of 1 to 50 milliwatts and an output voltage of about 1 Volt is carried out by US firms: Widetronix (Firefli-T, Firefli-N), City Labs (ERDIP, LCC) and BetaBatt (Trench, Fill-Jelli-Roll). Since 2014, the products of these companies cannot be imported into the Russian Federation due to sanctions restricting the supply of dual-use products to the Russian Federation. The action of such power supply elements is based on the conversion of ionizing beta radiation energy (electrons) of the nickel-63 radioactive isotope into electric current energy. Silicon transducers under beta irradiation are able to work no more than a year, although their performance is required for 20 years or more. For import substitution, a program of research, development and production of radiation-stimulated power elements is currently being implemented in Russia, in particular, including converters of radiation radiation energy into electric current energy based on radiation-resistant wide-gap semiconductors (synthetic diamond, GaN) with a total volume of tens of millions. rub. Obviously, the batteries produced and planned for development and production are inferior in terms of technical parameters and the cost of their production to heat-to-electric energy converters that use analogs of the Josephson effects in hyperconducting tunnel structures. Indeed, the use of Josephson effect analogs in hyperconducting tunnel junctions for these purposes does not require the use of radiation sources. This allows you to design and use the converters of ambient heat energy into silicon-based electric current energy directly in silicon integrated circuits for their power and cooling without significant costs in the microelectronic production of such microcircuits, ensuring their autonomous operation without maintenance and replacement during decades.

К пункту 13 формулы. Данный пункт формулы посвящен использованию аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона для преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. Аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, так же, как и стационарный эффект Джозефсона, осуществляется за счет имеющейся в материале тепловой энергии и за счет электрической энергии, вводимой в материал между электродами от источника внешнего электрического смещения. По существу, аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона позволяет преобразовывать внутреннюю энергию материала, энергию упругих колебаний когерентных областей в энергию высокочастотного электрического тока. Для непрерывного получения высокочастотной электроэнергии обеспечивают постоянный доступ тепла из внешней среды к материалу между электродами и поддерживают определенное внешнее электрическое смещение между электродами 1 и 2.To paragraph 13 of the formula. This claim is devoted to the use of an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect for converting thermal energy into electrical energy. An analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the stationary Josephson effect, is due to the thermal energy available in the material and due to the electrical energy introduced into the material between the electrodes from the source of external electric displacement. In essence, the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect allows you to convert the internal energy of the material, the energy of elastic vibrations of coherent regions into the energy of a high-frequency electric current. To continuously produce high-frequency electricity, they provide constant access of heat from the external environment to the material between the electrodes and maintain a certain external electric displacement between the electrodes 1 and 2.

Согласно закону сохранения энергии, частоты электронно-колебательных переходов определяются разностью энергий электронно-колебательных термов туннельно связанных осцилляторов когерентных областей. На фиг. 25 представлена энергетическая схема когерентных областей, расположенных вблизи контактов 1 и 2 с материалом при подведенном извне напряжении V между электродами. Здесь горизонтальные пунктирные линии обозначают положения электронно-колебательных уровней при V≡0. Если V=0, то электронно-колебательные состояния электронов и дырок с соответствующими значениями колебательного квантового числа ν совпадают с этими пунктирными горизонтальными линиями. Ели между электродами 1 и 2 приложено внешнее напряжение величиной V, то энергетическая схема изменяется и происходит смещение электронно-колебательных уровней относительно друг друга на величину eV. На фиг. 25 наклонными сплошными стрелками показаны туннельные электронно-колебательные переходы из когерентной области вблизи электрода 1 в когерентную область вблизи электрода 2 с уменьшением потенциальной энергии туннелирующего заряда (е) на eV. Результирующее уменьшение потенциальной энергии равно 2eV, поскольку переход осуществляется куперовскими парами электронов. В принципе возможны туннельные переходы и с увеличением энергии, когда энергия конечного состояния превышает энергию исходного состояния. Это увеличение энергии туннелирующих электронов возможно за счет поглощения энергии фононов и I-колебаний и вызывает охлаждение материала.According to the law of conservation of energy, the frequencies of electron-vibrational transitions are determined by the energy difference of the electron-vibrational terms of the tunnel-coupled oscillators of coherent regions. In FIG. 25 is a power diagram of coherent regions located close to contacts 1 and 2 with the material at an external voltage V between the electrodes. Here, the horizontal dashed lines indicate the positions of the electron-vibrational levels at V≡0. If V = 0, then the electron-vibrational states of electrons and holes with the corresponding values of the vibrational quantum number ν coincide with these dashed horizontal lines. If an external voltage of magnitude V is applied between electrodes 1 and 2, the energy circuit changes and the electron-vibrational levels shift relative to each other by magnitude eV. In FIG. 25 oblique solid arrows show tunneling electron-vibrational transitions from the coherent region near electrode 1 to the coherent region near electrode 2 with a decrease in the potential energy of the tunneling charge (e) by eV. The resulting decrease in potential energy is 2 eV, since the transition is carried out by Cooper pairs of electrons. In principle, tunneling transitions are possible with an increase in energy, when the energy of the final state exceeds the energy of the initial state. This increase in the energy of tunneling electrons is possible due to the absorption of phonon energy and I-vibrations and causes cooling of the material.

Электронно-колебательные переходы между различными колебательными состояниями взаимодействующих осцилляторов, между состояниями с различными значениями колебательных квантовых чисел ν и колебательных частот взаимодействующих осцилляторов, образуют переменные токи с циклическими частотами

Figure 00000100
, соответствующими разности энергий этих колебательных состояний, сумма которых представляет аналог нестационарного эффекта Джозефсона. Эти частоты преобразуются на ЭКЦ в частоты, попадающие в полосу пропускания замедляющего устройства, и СВЧ токи соответствующей частоты могут быть измерены. В заявленном изобретении частота аналога нестационарного эффекта Джозефсона преобразуется на ЭКЦ и может быть измерена в пределах частотной полосы пропускания связанного с материалом замедляющего устройства. Для измерения частотного спектра аналога нестационарного эффекта Джозефсона в более широком диапазоне применяют широкополосные замедляющие устройства или изменяют резонансную частоту замедляющих устройств.Electron-vibrational transitions between different vibrational states of interacting oscillators, between states with different values of vibrational quantum numbers ν and vibrational frequencies of interacting oscillators, form alternating currents with cyclic frequencies
Figure 00000100
corresponding to the energy difference of these vibrational states, the sum of which is an analog of the non-stationary Josephson effect. These frequencies are converted at the ESC into frequencies falling into the passband of the moderator, and microwave currents of the corresponding frequency can be measured. In the claimed invention, the frequency of the analog of the non-stationary Josephson effect is converted to an ECC and can be measured within the frequency bandwidth of the slowing device associated with the material. To measure the frequency spectrum of an analog of the unsteady Josephson effect over a wider range, broadband slowdown devices are used or the resonance frequency of slowdown devices is changed.

Мощности аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона на частоте от 8 Ггц до 10 Ггц, поступающей из материала (Ge) между электродами в нагрузку связанного с материалом замедляющего устройства достигают нескольких миллиВатт. Для получения большей мощности целесообразно применять батареи туннельных гиперпроводниковых структур.The capacities of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect at a frequency from 8 GHz to 10 GHz, coming from the material (Ge) between the electrodes into the load of the moderator connected with the material, reach several milliWatts. To obtain greater power, it is advisable to use batteries of tunneling hyperconductor structures.

В научно-технической литературе предложено применение нестационарного эффекта Джозефсона в туннельных контактах сверхпроводников при низких температурах [55, стр. 72], когда высокочастотный ток Джозефсона подают на диодный выпрямитель и преобразуют в постоянный ток, пригодный для технических применений. В таком случае туннельный контакт Джозефсона с выпрямителем обеспечивает преобразование тепловой энергии, поступающей из внешней среды в контакт Джозефсона, в энергию постоянного электрического тока, выделяющуюся в нагрузке выпрямителя. Такой преобразователь малоинтересен, так как способен создавать на нагрузке милливольтовые напряжения, требует охлаждения Джозефсоновских туннельных контактов до низких температур, что технически неудобно и нерентабельно.The scientific and technical literature has proposed the use of the non-stationary Josephson effect in tunneling contacts of superconductors at low temperatures [55, p. 72], when a high-frequency Josephson current is supplied to the diode rectifier and converted to direct current suitable for technical applications. In this case, the Josephson tunnel contact with the rectifier converts the thermal energy from the external medium into Josephson contact into direct current electric energy released in the rectifier load. Such a converter is of little interest, since it is capable of producing millivolt voltages on a load, it requires cooling of the Josephson tunnel contacts to low temperatures, which is technically inconvenient and unprofitable.

С другой стороны, источники тока на основе аналога нестационарного высокочастотного эффекта Джозефсона позволяют получать напряжение между электродами 1 и 2 величиной сотни милливольт. Такие источники тока можно встраивать, например, в мобильные электронные устройства, в сотовые телефоны, ноутбуки для непрерывной подзарядки аккумуляторов электропитания за счет тепловой энергии окружающей среды, в том числе за счет тепла, выделяемого процессорами устройства, что позволяет охлаждать процессоры. Применение таких источников тока позволяет избавить стационарные и мобильные электронные устройства от периодической подзарядки аккумуляторов, от необходимости подключения к внешней электросети для зарядки, что важно на космических, подводных, авиационных транспортных средствах и в полевых условиях. Электроэнергию, получаемую за счет аналога высокочастотного эффекта Джозефсона, можно также использовать для электропитания светильников, световая энергия которых в итоге преобразуется в тепло окружающей среды, которую контакты аналогов джозефсоновских туннельных структур снова преобразуют в электрическую энергию. Таким образом осуществляется круговорот и преобразование одного вида энергии в другой вид: тепло - электричество - свет - тепло, что обеспечивает снижение затрат на энергетическое снабжение процессов жизнедеятельности и техники.On the other hand, current sources based on the analog of the non-stationary high-frequency Josephson effect allow one to obtain a voltage between electrodes 1 and 2 of hundreds of millivolts. Such current sources can be embedded, for example, in mobile electronic devices, in cell phones, laptops for continuous recharging of power batteries due to the thermal energy of the environment, including due to the heat generated by the processors of the device, which allows cooling the processors. The use of such current sources allows you to save stationary and mobile electronic devices from the periodic recharging of batteries, from the need to connect to an external power supply network for charging, which is important on space, underwater, aircraft and in field conditions. The electric energy obtained due to the analogue of the high-frequency Josephson effect can also be used to power the luminaires, the light energy of which is ultimately converted to the heat of the environment, which the contacts of the analogs of Josephson tunnel structures are again converted into electrical energy. Thus, the cycle and conversion of one type of energy into another type is carried out: heat - electricity - light - heat, which ensures a reduction in the cost of energy supply of vital processes and equipment.

Поэтому с целью получения электрической энергии посредством аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона обеспечивают приток тепла к материалу между электродами 1 и 2, протекающий между электродами высокочастотный ток направляют в потребляющие этот ток устройства, при необходимости этот ток детектируют, выпрямляют, а полученный постоянный ток последовательно или параллельно направляют в стационарное или мобильное потребляющее (потребляющие) электроэнергию устройство (устройства).Therefore, in order to obtain electrical energy through an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, heat is supplied to the material between electrodes 1 and 2, the high-frequency current flowing between the electrodes is directed to devices that consume this current, if necessary, this current is detected, rectified, and the resulting direct current is sequentially or parallel send to the stationary or mobile device consuming (consuming) electric energy (device).

В преобразователях тепловой энергии в электрическую энергию на основе аналогов эффектов Джозефсона (пп. 12, 13 формулы) не требуется создавать и поддерживать в материале разность температур, необходимую обычно для работы тепловых машин и преобразователей энергии, работающих на иных эффектах, что обеспечивает заявленному способу несомненные преимущества. Тем не менее, термодинамическая формула для коэффициента полезного действия (КПД=[T2-T1]/T1) остается верной и в заявленном способе. Разность температур [Т21] также как в известных тепловых машинах и преобразователях энергии имеется и определяется разностью энергий электрона в исходном (E1) и конечном (Е2) состоянии электронно-колебательного перехода: T1=E1/k и Т22/k, где k - постоянная Больцмана. Эта разность температур велика, она сосредоточена в ЭКЦ, мало влияет на среднюю температуру материала и преобразование тепловой энергии в электрическую энергию можно осуществлять с высоким КПД.In converters of thermal energy into electrical energy based on analogues of Josephson effects (claims 12, 13 of the formula), it is not necessary to create and maintain the temperature difference in the material, which is usually necessary for the operation of heat engines and energy converters operating on other effects, which provides the claimed method with certain advantages. However, the thermodynamic formula for the efficiency (efficiency = [T 2 -T 1 ] / T 1 ) remains true in the claimed method. The temperature difference [T 2 -T 1 ] as well as in known heat engines and energy converters is and is determined by the difference in electron energies in the initial (E 1 ) and final (E2) state of the electronic-vibrational transition: T 1 = E 1 / k and T 2 = E 2 / k, where k is the Boltzmann constant. This temperature difference is large, it is concentrated in the ECC, has little effect on the average temperature of the material, and the conversion of thermal energy into electrical energy can be carried out with high efficiency.

К пункту 14 формулы. Данный пункт формулы посвящен регулированию температуры материала между электродами в туннельной гиперпроводниковой структуре за счет изменения токов между электродами 1 и 2. Температура материала в туннельных гиперпроводниковых структурах зависит от величины токов аналогов эффектов Джозефсона, поскольку энергия материала затрачивается на поддержание этих токов. Такая зависимость проявляется в области околокомнатных и более высоких температур, т.е. в температурной области существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности и усиливается, если приток тепла к материалу ограничен.To paragraph 14 of the formula. This claim is devoted to controlling the temperature of the material between the electrodes in the tunneling hyperconductor structure by changing the currents between the electrodes 1 and 2. The temperature of the material in the tunneling hyperconducting structures depends on the currents of the analogs of Josephson effects, since the energy of the material is spent on maintaining these currents. Such a dependence manifests itself in the region of near-room and higher temperatures, i.e. in the temperature range of the existence of hyperconductivity and superconductivity and is enhanced if the heat flux to the material is limited.

Изменения температуры материала между электродами может достигать нескольких десятков и даже сотен градусов.Changes in the temperature of the material between the electrodes can reach several tens and even hundreds of degrees.

Если приток тепла к материалу извне невозможен или ограничен, то значительная часть внутреннего тепла материала в туннельной структуре затрачивается на поддержание токов I0 и высокочастотного тока аналога нестационарного эффекта Джозефсона. В результате температура материала между электродами уменьшается, пока не станет меньше температуры Дебая фононов материала, когда гиперпроводящее состояние материала и туннельные токи исчезнут.If the inflow of heat to the material from the outside is impossible or limited, then a significant part of the internal heat of the material in the tunnel structure is spent on maintaining currents I 0 and high-frequency current analogue of the non-stationary Josephson effect. As a result, the temperature of the material between the electrodes decreases until it becomes lower than the Debye temperature of the phonons of the material, when the hyperconducting state of the material and tunneling currents disappear.

Поэтому такие структуры можно использовать как охлаждающие элементы с регулируемой температурой за счет регулирования величин токов в них, представляющих аналоги стационарного и нестационарного высокочастотного эффектов Джозефсона. Диапазон регулируемых температур совпадает с температурным диапазоном существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности. Температура джозефсоновской туннельной структуры становится меньше, если джозефсоновский ток увеличивается, поскольку этот ток переносит часть энергии колебаний когерентных областей в электрическую нагрузку замедляющего устройства. При этом джозефсоновские структуры могут иметь температуру ниже комнатной, вблизи комнатной температуры или существенно выше комнатной температуры, что технически удобно, т.к. не требует дополнительных мер для охлаждения или поддержания определенной температуры материала туннельной гиперпроводниковой структуры. В определенных условиях аналоги эффектов Джозефсона можно использовать для охлаждения материала между электродами 1 и 2, т.е в качестве принципов действия охлаждающих устройств без движущихся конструктивных элементов, бесшумных и экологически безопасных, обладающих несомненным преимуществом даже по сравнению с перспективными сейчас холодильными процессами на основе ферроиков.Therefore, such structures can be used as temperature-controlled cooling elements by regulating the currents in them, which are analogues of the stationary and non-stationary high-frequency Josephson effects. The range of controlled temperatures coincides with the temperature range of the existence of hyperconductivity and super thermal conductivity. The temperature of the Josephson tunnel structure becomes lower if the Josephson current increases, since this current transfers part of the energy of the oscillations of the coherent regions to the electrical load of the moderator. Moreover, Josephson structures can have a temperature below room temperature, near room temperature, or significantly higher than room temperature, which is technically convenient, because does not require additional measures to cool or maintain a certain temperature of the material of the tunneling hyperconductor structure. Under certain conditions, analogs of the Josephson effects can be used to cool the material between electrodes 1 and 2, i.e., as the principles of operation of cooling devices without moving structural elements, silent and environmentally friendly, which have an undoubted advantage even in comparison with currently promising refrigeration processes based on ferroics .

К пункту 15 формулы. Данный пункт формулы посвящен регулированию величин аналогов эффектов Джозефсона и эффекта Мейснера за счет изменения температуры материала между электродами. В области температур выше Th, в температурной области существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, величины эффектов Джозефсона, частота высокочастотного эффекта Джозефсона, величина эффекта Мейснера зависят от температуры материала между электродами. Эту зависимость предложено использовать для регулирования величин эффектов Джозефсона, частоты аналога высокочастотного эффекта Джозефсона, величины эффекта Мейснера. При этом изменяют температуру материала между электродами в пределах температурной области существования нулевого электрического сопротивления и нулевого теплового сопротивления, выше Th, и измеряют величины эффектов Джозефсона, частоту высокочастотного эффекта Джозефсона, величину эффекта Мейснера или измеряют изменения этих технических эффектов.To paragraph 15 of the formula. This claim is devoted to the regulation of analogs of the Josephson effects and the Meissner effect by changing the temperature of the material between the electrodes. In the temperature range above T h , in the temperature range of the existence of hyperconductivity and superconductivity, the magnitude of the Josephson effects, the frequency of the high-frequency Josephson effect, the magnitude of the Meissner effect depend on the temperature of the material between the electrodes. It is proposed to use this dependence for controlling the magnitude of the Josephson effects, the frequency of the analogue of the high-frequency Josephson effect, and the magnitude of the Meissner effect. In this case, the temperature of the material between the electrodes is changed within the temperature range of the existence of zero electrical resistance and zero thermal resistance, above T h , and the magnitude of the Josephson effects, the frequency of the high-frequency Josephson effect, the magnitude of the Meissner effect are measured or changes in these technical effects are measured.

К пункту 16 формулы. Данный пункт формулы посвящен регулированию температуры гиперпроводящего перехода Th, величины эффектов Джозефсона и частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также величины эффекта Мейснера с помощью дополнительного полевого электрода, образующего выпрямляющий контакт или контакт металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с материалом между электродами. К дополнительному полевому электроду подводят внешнее напряжение относительно материала. При необходимости используют несколько дополнительных полевых электродов. К дополнительным полевым электродам подводят постоянные, переменные или импульсные внешние напряжения прямой или обратной полярности величиной менее напряжения (напряжений) пробоя или разрушения структуры. Прикладываемые к полевым электродам напряжения изменяют потенциальное поле в объеме материала и тем самым влияют на протекание электронно-колебательных токов между электродами 1 и 2. Это отражается на изменении температуры гиперпроводящего перехода Th, и на величинах эффектов Джозефсона, на длине когерентности и соответственно на величине эффекта Мейснера. В итоге измеряют изменение температуры гиперпроводящего перехода Th или (и) изменения величин эффектов Джозефсона или (и) изменение частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона или (и) изменение величины эффекта Мейснера, вызванные действием напряжений на дополнительном полевом электроде (на дополнительных полевых электродах) относительно материала.To paragraph 16 of the formula. This claim is devoted to controlling the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects and the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the magnitude of the Meissner effect using an additional field electrode forming a rectifying contact or a metal-dielectric-semiconductor (MIS) contact with the material between the electrodes. An external field electrode is supplied with an external voltage relative to the material. If necessary, use several additional field electrodes. Additional field electrodes are supplied with direct, alternating or pulsed external voltages of direct or reverse polarity less than the voltage (s) of breakdown or destruction of the structure. The voltage applied to the field electrodes changes the potential field in the volume of the material and thereby affects the flow of electronic-vibrational currents between electrodes 1 and 2. This affects the change in the temperature of the hyperconducting transition T h and the magnitude of the Josephson effects, the coherence length, and accordingly the magnitude Meissner effect. As a result, the change in the temperature of the hyperconducting transition T h or (and) the change in the magnitude of the Josephson effects or (and) the change in the frequency of the high-frequency unsteady Josephson effect or (and) the change in the magnitude of the Meissner effect caused by the action of voltages on the additional field electrode (on the additional field electrodes) is measured relative material.

К пункту 17 формулы. Техническое применение гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в отдельных случаях возможно без применения двух или большего числа электродов. В данном пункте формулы изложен способ регистрации излучения, в котором с целью упрощения из электродов 1 и 2 используют только один электрод, образующий выпрямляющий контакт с материалом. Постоянное или модулированное по амплитуде, или (и) по частоте или (и) по фазе или (и) по поляризации или (и) по направлению распространения и подлежащее регистрации излучение направляют в примыкающую к электроду часть материала; измеряют вызванные излучением изменения тока или (и) частоты тока в примыкающей к электроду части материала или (и) изменения величины и (или) частоты (частот) модуляции мощности, рассеивающейся в согласованной нагрузке связанного (связанных) с материалом замедляющего устройства (замедляющих устройств); по результатам измерений судят о свойствах, например, о интенсивности и (или) о частоте и (или) о спектре модуляции, и (или) о поляризации, и (или) о направлении распространения регистрируемого излучения.To paragraph 17 of the formula. The technical application of hyperconductivity and superconductivity in some cases is possible without the use of two or more electrodes. This claim sets forth a method for detecting radiation in which, for the sake of simplicity, only one electrode is used from electrodes 1 and 2, which forms a rectifying contact with the material. Constant or modulated in amplitude, or (and) in frequency, and / or in phase, and / or in polarization, and / or in the direction of propagation, and the radiation to be detected, is directed to a part of the material adjacent to the electrode; changes in current and / or frequency of a current caused by radiation in a portion of the material adjacent to the electrode; ; the results of measurements judge properties, for example, the intensity and (or) the frequency and (or) the modulation spectrum, and (or) the polarization, and (or) the direction of propagation of the detected radiation.

Вблизи контакта существует хотя бы одна когерентная область. Регистрируемое излучение поглощается в материале и влияет на колебательное состояние когерентной области и на ее размер и, соответственно, изменяются колебания связанных с фононами электронов. В результате изменяется мощность и частота (частоты, спектр) электрических сигналов, поступающих из материала в связанное с ним замедляющее устройство и в его нагрузку. Измерение и анализ этих изменений позволяют судить о свойствах регистрируемого излучения.There is at least one coherent region near the contact. The recorded radiation is absorbed in the material and affects the vibrational state of the coherent region and its size and, accordingly, the vibrations of the electrons associated with the phonons change. As a result, the power and frequency (frequencies, spectrum) of the electrical signals coming from the material into the slowing device connected with it and into its load changes. Measurement and analysis of these changes allows us to judge the properties of the detected radiation.

К пункту 18 формулы. Известно, что гиперпроводники имеют характерные оптические полосы интенсивного поглощения. В соответствии с электродинамикой в этих же спектральных участках расположены полосы их оптического отражения. Величины коэффициента отражения в таких полосах нередко превышают 50%-90%. Иначе говоря, только незначительная часть регистрируемого излучения проникает в объем материала, а существенная доля регистрируемого излучения отражается от материала и безвозвратно утрачивается, не оказывая влияния на полезный выходной сигнал фотоприемного устройства. В связи с этим целесообразно применять просветляющие покрытия в рабочей спектральной области или использовать широкополосный способ возвращения отраженного излучения в материал с помощью зеркала, расположенного параллельно поверхности материала. Просветляющие покрытия и зеркала позволяют уменьшить непроизводительные потери на отражение регистрируемого излучения до уровня менее 10%, т.е. в несколько раз.To paragraph 18 of the formula. Hyperconductors are known to have characteristic optical absorption bands. In accordance with electrodynamics, bands of their optical reflection are located in the same spectral regions. The values of the reflection coefficient in such bands often exceed 50% -90%. In other words, only an insignificant part of the detected radiation penetrates the volume of the material, and a significant proportion of the recorded radiation is reflected from the material and irretrievably lost, without affecting the useful output signal of the photodetector. In this regard, it is advisable to use antireflection coatings in the working spectral region or to use a broadband method for returning reflected radiation to a material using a mirror located parallel to the surface of the material. Antireflective coatings and mirrors can reduce unproductive losses on reflection of the detected radiation to a level of less than 10%, i.e. several times.

Способы регистрации излучения по данному пункту формулы обеспечивают возможность регистрации излучения в узких спектральных участках, расположенных в диапазоне ИК длин волн от долей микрона, соответствующих собственному поглощению материала, до десятков и сотен микрон, соответствующих энергиям локализованных на электронно-колебательных уровнях фононов.The methods for detecting radiation according to this claim make it possible to register radiation in narrow spectral regions located in the IR wavelength range from fractions of microns corresponding to the intrinsic absorption of the material to tens and hundreds of microns corresponding to the energies of phonons localized at electronic vibrational levels.

Имеется принципиальная возможность распространить рабочий спектральный диапазон данных способов детектирования излучения в длинноволновую ИК область, что нередко оказывается предпочтительным. При этом используют слой материала на подложке, а подложку выбирают с Дебаевой температурой соответствующей энергии подлежащих регистрации ИК квантов. В таком случае в слое материала на подложке возникают электронно-колебательные переходы с участием фононов подложки и связанные с ними полосы оптического поглощения в материале на частотах фононов подложки. Для увеличения длины волны регистрируемого излучения 2πс/р, где с - скорость света в вакууме и p - циклическая частота фонона подложки, выбирают материал подложки с меньшими фононными частотами p. Это позволяет расширить спектральный диапазон фоточувствительности рассматриваемого способа регистрации излучения до сотен микрон (примерно до 2500 мкм) без охлаждения материала и регистрировать длинноволновое ИК излучение. При этом обеспечивается пониженный уровень собственных, внутренних шумов при высоком быстродействии.It is possible in principle to extend the working spectral range of these methods for detecting radiation in the long-wavelength IR region, which is often preferable. In this case, a layer of material is used on the substrate, and the substrate is selected with a Debye temperature of the corresponding energy of the IR quanta to be recorded. In this case, electronic-vibrational transitions with the participation of the phonons of the substrate and the associated optical absorption bands in the material at the phonon frequencies of the substrate occur in the material layer on the substrate. To increase the wavelength of the detected radiation 2πс / р, where c is the speed of light in vacuum and p is the cyclic frequency of the phonon of the substrate, a substrate material with lower phonon frequencies p is chosen. This allows you to expand the spectral range of the photosensitivity of the considered method of detecting radiation to hundreds of microns (up to about 2500 microns) without cooling the material and to record long-wave infrared radiation. This provides a reduced level of intrinsic, internal noise with high speed.

К пункту 19 формулы. Данный пункт формулы посвящен изменению величины аналогов эффектов Джозефсона, а также регулированию частоты и фазы аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона и величины, направления эффекта Мейснера за счет изменения добротности и (или) коэффициента связи замедляющих устройств, связанных с материалом между электродами. Длина когерентности, величины аналогов эффектов Джозефсона, частота высокочастотного нестационарного аналога эффекта Джозефсона, а также величина и направление эффекта Мейснера зависят от величины отводимой из материала между электродами высокочастотной мощности, которая определяется величиной добротности связанного с материалом замедляющего устройства и от коэффициента связи этого устройства с материалом между электродами. Поэтому можно регулировать величину длины когерентности, изменять величины аналогов эффектов Джозефсона и эффект Мейснера изменяя добротность и коэффициент связи замедляющего устройства с материалом между электродами.To paragraph 19 of the formula. This claim is devoted to changing the magnitude of the analogs of the Josephson effects, as well as regulating the frequency and phase of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect and the magnitude, direction of the Meissner effect by changing the quality factor and (or) the coupling coefficient of the slowing devices associated with the material between the electrodes. The coherence length, the magnitude of the analogs of the Josephson effects, the frequency of the high-frequency non-stationary analog of the Josephson effect, as well as the magnitude and direction of the Meissner effect depend on the magnitude of the high-frequency power removed from the material between the electrodes, which is determined by the quality factor of the moderator associated with the material and the coupling coefficient of this device with the material between the electrodes. Therefore, it is possible to adjust the magnitude of the coherence length, change the magnitudes of the analogs of the Josephson effects and the Meissner effect by changing the quality factor and the coupling coefficient of the delay device with the material between the electrodes.

В связи с этим с целью регулирования длины когерентности Λ, частоты высокочастотного нестационарного аналога эффекта Джозефсона и эффекта Мейснера, а также с целью изменения величин аналогов эффектов Джозефсона, изменяют добротность Q связанного (связанных) с материалом между электродами замедляющего устройства (замедляющих устройств) или (и) изменяют коэффициент связи этих замедляющих устройств с материалом между электродами или изменяют добротность (добротности) и коэффициент (коэффициенты) связи замедляющего устройства (замедляющих устройств) с материалом, измеряют длину или изменения длины когерентности Λ или (и) величины аналогов эффектов Джозефсона или (и) изменения частоты высокочастотного эффекта Джозефсона или (и) эффекта Мейснера.In this regard, in order to control the coherence length Λ, the frequency of the high-frequency non-stationary analogue of the Josephson effect and the Meissner effect, as well as to change the values of the analogs of the Josephson effects, the quality factor Q of the material connected (connected) between the electrodes of the slowdown device (slowdown devices) or ( i) change the coupling coefficient of these slowing devices with the material between the electrodes or change the quality factor (Q) and the coefficient (coefficients) of communication of the slowing device (slowing down x devices) with the material, measure the length or change in the coherence length Λ or (and) the magnitude of the analogs of the Josephson effects or (and) the change in the frequency of the high-frequency Josephson effect or (and) the Meissner effect.

К пункту 20 формулы. Данный пункт формулы посвящен регулированию температуры гиперпроводящего перехода Th, частоты аналога нестационарного эффекта Джозефсона, а также регулированию величин аналогов эффектов Джозефсона и эффекта Мейснера и уменьшению внутренних шумов при гиперпроводящем переходе с помощью магнитного поля, которое создают в материале между электродами. Температура гиперпроводящего перехода Th, величины аналогов эффектов Джозефсона и эффект Мейснера, частота высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также стабильность гиперпроводящего состояния и уровень внутренних шумов при гиперпроводящем переходе зависят от направления и величины индукции магнитного поля В≤2 Тесла в материале между электродами. Эти зависимости объясняются тем, что электронно-колебательные процессы в материале происходят при участии осциллирующих с частотами фононов электрических зарядов.To paragraph 20 of the formula. This claim is devoted to the regulation of the temperature of the hyperconducting transition T h , the frequency of the analog of the non-stationary Josephson effect, as well as the regulation of analogs of the Josephson effect and the Meissner effect and the reduction of internal noise during the hyperconducting transition using the magnetic field that is created in the material between the electrodes. The temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitudes of the analogs of the Josephson effect and the Meissner effect, the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as the stability of the hyperconducting state and the level of internal noise during the hyperconducting transition depend on the direction and magnitude of the magnetic field induction B≤2 Tesla in the material between the electrodes. These dependences are explained by the fact that electron-vibrational processes in the material occur with the participation of electric charges oscillating with frequencies of phonons.

Магнитное поле, как известно согласно эффекту Мейснера, выталкивается из когерентных областей гиперпроводника по причине их нулевого электрического сопротивления. Однако за пределами когерентных областей, в областях рассеяния энергии, магнитное поле с индукцией В≤2 Тесла действует на осциллирующие с частотами фононов электроны, подавляет осцилляции зарядов и процессы рассеяния энергии и тем самым влияет на технические характеристики гиперпроводимости и сверхтеплопроводности. Поэтому с целью регулирования температуры гиперпроводящего перехода Th, величины эффектов Джозефсона и эффекта Мейснера, частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также с целью улучшения стабильности гиперпроводящего состояния и уменьшения внутренних шумов при гиперпроводящем переходе в материале между электродами создают постоянное, переменное или импульсное магнитное поле с индукцией В до 2 тесла, изменяют направление индукции по отношению к направлению электронно-колебательного тока между электродами 1 и 2, изменяют частоту индукции или изменяют величину, направление и частоту индукции; измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th или (и) величины эффектов Джозефсона или (и) частоту высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона и (или) эффект Мейснера и (или) уровень внутренних шумов при гиперпроводящем переходе.The magnetic field, as is known according to the Meissner effect, is ejected from the coherent regions of the hyperconductor due to their zero electrical resistance. However, outside the coherent regions, in the regions of energy dissipation, a magnetic field with induction B≤2 Tesla acts on electrons oscillating with the phonon frequencies, suppresses charge oscillations and energy dissipation processes and thereby affects the technical characteristics of hyperconductivity and superconductivity. Therefore, in order to control the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude of the Josephson effects and the Meissner effect, the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect, as well as to improve the stability of the hyperconducting state and reduce internal noise during the hyperconducting transition in the material between the electrodes, a constant, alternating, or pulsed magnetic field is created with induction B to 2 Tesla, change the direction of induction with respect to the direction of the electron-vibrational current between electrodes 1 and 2, zmenyayut frequency induction or change the magnitude, direction and frequency induction; measure the temperature of the hyperconducting transition T h or (and) the magnitude of the Josephson effects or (and) the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect and (or) the Meissner effect and (or) the level of internal noise during the hyperconducting transition.

К пункту 21 формулы. Данный пункт формулы посвящен регулированию температуры гиперпроводящего перехода Th, частоты аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона и эффекта Мейснера, а также изменения аналогов эффектов Джозефсона и Мейснера за счет упругих волн, направляемых в материал извне. Температура гиперпроводящего перехода Th, величины аналогов эффектов Джозефсона, частота аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также эффект Мейснера зависят от концентрации фононов и направления их распространения в материале между электродами. Эту зависимость используют для регистрации и определения свойств, направляемых в материал между электродами упругих волн. Поэтому, с целью регулирования температуры гиперпроводящего перехода Th, величин аналогов эффектов Джозефсона, частоты аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, а также эффекта Мейснера, в материал между электродами направляют упругую волну (упругие волны), поток звука, ультразвука или гиперзвука с частотой F и с объемной плотностью мощности до

Figure 00000101
, где S - константа электрон-фононного взаимодействия, N - концентрация ЭКЦ, τ - время жизни электронов (дырок) в материале между электродами. Указанная плотность упругих волн соответствует невырожденному материалу, что соответствует п. 1 формулы. Изменяют частоту, направление распространения упругой волны относительно направления тока между электродами, измеряют изменения температуры гиперпроводящего перехода Th или (и) величину стационарного или (и) высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона (или) и частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона или (и) эффекта Мейснера и по этим данным судят о свойствах направляемой в материал упругой волны (направляемых в материал упругих волн), например, о ее (их) интенсивности (интенсивностях). Данный пункт формулы позволяет регистрировать акустическое излучение различных частот с низкими собственными шумами без охлаждения чувствительных элементов акустического приемника.To paragraph 21 of the formula. This claim is devoted to controlling the temperature of the hyperconducting transition T h , the frequency of the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect and the Meissner effect, as well as changes in the analogs of the Josephson and Meissner effects due to elastic waves directed into the material from the outside. The temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitudes of the analogs of the Josephson effects, the frequency of the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, and the Meissner effect depend on the phonon concentration and the direction of their propagation in the material between the electrodes. This dependence is used to register and determine the properties sent to the material between the electrodes of elastic waves. Therefore, in order to control the temperature of the hyperconducting transition T h , the values of analogues of the Josephson effects, the frequency of the analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, and the Meissner effect, an elastic wave (elastic waves), a sound, ultrasound, or hypersound flow with a frequency F and with power density up to
Figure 00000101
, where S is the electron-phonon interaction constant, N is the ECC concentration, and τ is the electron (hole) lifetime in the material between the electrodes. The indicated density of elastic waves corresponds to non-degenerate material, which corresponds to paragraph 1 of the formula. Change the frequency, the direction of propagation of the elastic wave relative to the direction of the current between the electrodes, measure the changes in the temperature of the hyperconducting transition T h or (and) the value of the stationary or (and) high-frequency non-stationary Josephson effect (or) and the frequency of the high-frequency non-stationary Josephson effect or (and) the Meissner effect and these data judge the properties of an elastic wave directed into the material (elastic waves directed to the material), for example, its (their) intensity (intensities). This claim makes it possible to register acoustic radiation of various frequencies with low intrinsic noise without cooling the sensitive elements of the acoustic receiver.

Заявленное изобретение обеспечивает высокую радиационную стойкость использующих его устройств. Действительно, внешняя радиация создает в материале дополнительные к имеющимся (в концентрации от 2⋅1014 см-3 до 6⋅1015 см-3) радиационные дефекты электронно-колебательной природы (ЭКЦ). Однако, работоспособность устройств сохраняется, пока концентрация ЭКЦ в материале не достигнет 6⋅1017 см-3. Таким образом, работоспособность основанных на использовании заявленного изобретения устройств сохраняется до очень высоких доз радиационного облучения, при которых полупроводниковые приборы традиционной адиабатической электроники неработоспособны.The claimed invention provides high radiation resistance using its devices. Indeed, external radiation creates in the material additional to the existing (in a concentration from 2 )10 14 cm -3 to 6⋅10 15 cm -3 ) radiation defects of electron-vibrational nature (ECC). However, the performance of the devices is maintained until the ECC concentration in the material reaches 6⋅10 17 cm -3 . Thus, the operability of devices based on the use of the claimed invention is maintained up to very high doses of radiation at which the semiconductor devices of traditional adiabatic electronics are inoperative.

Использование данного изобретения обеспечит значительный научный и технико-экономический эффект за счет применения гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в технике, в приборах и устройствах, в социальной сфере.The use of this invention will provide significant scientific and technical and economic effect due to the use of hyperconductivity and superconductivity in technology, in devices and devices, in the social sphere.

Перечень чертежейList of drawings

Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена типичная температурная зависимость электрического сопротивления (R) сверхпроводникового материала.In FIG. Figure 1 shows a typical temperature dependence of the electrical resistance (R) of a superconducting material.

На фиг. 2 приведена вольтамперная характеристика джозефсоновского туннельного контакта двух одинаковых сверхпроводников из книги [24]. I0 - ток, представляющий стационарный эффект Джозефсона. Пунктирная прямая - туннельный ток электронов в нормальном состоянии материалов, при температуре Т>Тс.In FIG. Figure 2 shows the current-voltage characteristic of the Josephson tunnel junction of two identical superconductors from the book [24]. I 0 is the current representing the stationary Josephson effect. The dashed straight line is the tunneling electron current in the normal state of materials at a temperature T> T s .

На фиг. 3 светлыми кружками указаны вычисленные значения элементарных квантов I-колебаний α-, β- и γ-типов в атомах с различными значениями атомного номера Z. Темными кружками указаны экспериментальные значения квантов I-колебаний для некоторых атомов.In FIG. 3 light circles indicate the calculated values of elementary quanta of I-vibrations of α-, β- and γ-types in atoms with different values of atomic number Z. Dark circles indicate the experimental values of I-vibration quanta for some atoms.

На фиг. 4 графически представлены вычисленные в первом и втором прядке стационарной теории возмущений поправки к энергиям α-типа колебаний атомных ядер (ΔEαν) в состояниях со значениями колебательного квантового числа ν=0, 1, 2, 3 в зависимости от атомного номера Z. На вставке представлены поправки в другом масштабе для атомов с Z>10.In FIG. Figure 4 graphically presents the corrections to the α-type energies of atomic nuclei (ΔE αν ) in states with vibrational quantum numbers ν = 0, 1, 2, 3, depending on the atomic number Z, calculated in the first and second order of the stationary perturbation theory. corrections are presented on a different scale for atoms with Z> 10.

На фиг. 5 приведена энергетическая схема гиперпроводника. В центре изображена энергетическая схема полупроводника, где Ес и Eν обозначают энергии дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, F - уровень Ферми. Электронно-колебательные центры расположены в объеме полупроводника, в точках с координатами ro и ro'.In FIG. 5 shows the energy diagram of a hyperconductor. In the center, the energy diagram of the semiconductor is depicted, where E c and E ν denote the energies of the bottom of the conduction band and the ceiling of the valence band, F is the Fermi level. The electron-vibrational centers are located in the volume of the semiconductor, at points with coordinates r o and r o '.

На фиг. 6 сплошной кривой качественно изображена ожидаемая по теории БКШ температурная зависимость электрического сопротивления (R) гиперпроводника, т.е. содержащего ЭКЦ полупроводника. Пунктирная кривая соответствует возможному переходу материала в сверхпроводящее состояние при низких температурах.In FIG. Figure 6 shows the temperature dependence of the electrical resistance (R) of the hyperconductor expected by the BCS theory, i.e. containing ECC semiconductor. The dashed curve corresponds to the possible transition of the material to the superconducting state at low temperatures.

На фиг. 7 указаны экспериментальные значения температур гиперпроводящего перехода (Th) в материалах со средним значением атомного номера Zсредн и содержащих различные концентрации ЭКЦ. Наклонные прямые а и б представляют вычисленные по формуле (7) значения Th при максимальной (Nmax) и минимальной (Nmin) концентрациях ЭКЦ.In FIG. 7 shows the experimental values of the temperatures of the hyperconducting transition (T h ) in materials with an average atomic number Z average and containing various ECC concentrations. Inclined straight lines a and b represent the values of T h calculated by formula (7) at the maximum (N max ) and minimum (N min ) ECC concentrations.

На фиг. 8 изображено сечение образца материала плоскостью (XY) проходящей через центр области когерентности. Пунктирная окружность радиусом Λ соответствует границе области когерентности, которая окружена шаровым слоем, толщина которого равна средней длине рассеяния энергии

Figure 00000102
.In FIG. Figure 8 shows a section of a sample of material by a plane (XY) passing through the center of the coherence region. The dotted circle of radius Λ corresponds to the boundary of the coherence region, which is surrounded by a spherical layer whose thickness is equal to the average length of energy dissipation
Figure 00000102
.

На фиг. 9 показано сечение материала между разделенными расстоянием D электродами 1 и 2 плоскостью, проходящей вдоль направления между электродами через центр сферической когерентной области радиусом Λ=D/2.In FIG. Figure 9 shows the cross section of the material between the electrodes 1 and 2 separated by a distance D by a plane passing along the direction between the electrodes through the center of a spherical coherent region of radius Λ = D / 2.

На фиг. 10 качественно показана температурная зависимость электрического сопротивления гиперпроводника между электродами с учетом температурной зависимости длины когерентности (13).In FIG. Figure 10 qualitatively shows the temperature dependence of the electrical resistance of the hyperconductor between the electrodes, taking into account the temperature dependence of the coherence length (13).

На фиг. 11 представлены данные о туннелировании электронов сквозь диэлектрический слой толщиной h в структурах на основе InP с концентрацией электронов проводимости N.In FIG. 11 shows data on electron tunneling through a dielectric layer of thickness h in InP-based structures with a concentration of conduction electrons N.

На фиг. 12 представлена характерная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами (D=50 мкм), измеренная на германиевом образце с почти собственной проводимостью без отвода избыточной колебательной энергии, как в прототипе. На вставке показан высокотемпературный участок данной зависимости.In FIG. 12 shows the characteristic temperature dependence of the electrical resistance of the material between the electrodes (D = 50 μm), measured on a germanium sample with almost intrinsic conductivity without removing excess vibrational energy, as in the prototype. The inset shows the high-temperature portion of this dependence.

На фиг. 13 приведена типичная температурная зависимость электрического сопротивления материала между электродами в образце на основе GaAs, D=20 мкм без отвода избыточной колебательной энергии, как в прототипе. Верхняя кривая измерена при нагревании, а нижняя кривая измерена при охлаждении образца.In FIG. 13 shows a typical temperature dependence of the electrical resistance of a material between electrodes in a GaAs-based sample, D = 20 μm without removing excess vibrational energy, as in the prototype. The upper curve was measured by heating, and the lower curve was measured by cooling the sample.

На фиг. 14 приведена характерная для образцов на основе кремния (КЭФ4,5) температурная зависимость электрического сопротивления R, измеренная без отвода избыточной колебательной энергии, как в прототипе.In FIG. 14 shows the temperature dependence of the electrical resistance R, characteristic of silicon-based samples (KEF4.5), measured without removal of excess vibrational energy, as in the prototype.

На фиг. 15 приведены типичные вольт-фарадные характеристики контакта Шоттки GaAs-Al, демонстрирующие особенности их частотной зависимости из-за наличия ЭКЦ в приконтактной области полупроводника.In FIG. Figure 15 shows typical capacitance-voltage characteristics of a Schottky GaAs-Al contact, demonstrating the features of their frequency dependence due to the presence of an ECC in the contact region of the semiconductor.

На фиг. 16 приведены вольт-фарадные зависимости контактов Шоттки Si-Al демонстрирующие минимум емкости на различных частотах акусто-электрического синхронизма (fc) и немонотонное увеличение емкости при увеличении измерительной частоты.In FIG. Figure 16 shows the capacitance – voltage dependences of the Schottky Si – Al contacts, which demonstrate a minimum capacitance at various frequencies of acoustoelectric synchronism (f c ) and a nonmonotonic increase in capacitance with an increase in the measuring frequency.

На фиг. 17 приведена зависимость обратного квадрата дифференциальной емкости контакта GaAs-Au, демонстрирующая высоту барьера Шоттки в этом контакте высотой ≈0,96 эВ.In FIG. Figure 17 shows the inverse square of the differential capacitance of the GaAs-Au contact, which shows the height of the Schottky barrier in this contact with a height of ≈0.96 eV.

На фиг. 18 приведены температурные зависимости сопротивления германиевого материала между электродами (D=40 мкм). Верхняя кривая на этой фигуре измерена в условиях прототипа изобретения, нижняя кривая измерена с использованием замедляющего устройства, связанного и согласованного с материалом между электродами.In FIG. Figure 18 shows the temperature dependences of the resistance of the germanium material between the electrodes (D = 40 μm). The upper curve in this figure is measured under the conditions of the prototype of the invention, the lower curve is measured using a retardation device, coupled and matched with the material between the electrodes.

На фиг. 19 изображена схема бесконтактного подключения материала между электродами 1 и 2 к колебательному контуру, состоящему из двух емкостей связи, образованных электродами 3 и 4, и из индуктивного элемента 5.In FIG. 19 shows a contactless connection diagram of the material between the electrodes 1 and 2 to an oscillating circuit, consisting of two coupling capacitors formed by electrodes 3 and 4, and from an inductive element 5.

На фиг. 20 приведены типичные температурные зависимости электрического сопротивления материала (GaAs) между электродами при различных расстояниях (D=10, 20 и 40 мкм) между ними. На вставке показано включение колебательных контуров к материалу вблизи электродов 1 и 2.In FIG. Figure 20 shows typical temperature dependences of the electrical resistance of a material (GaAs) between electrodes at various distances (D = 10, 20, and 40 μm) between them. The inset shows the inclusion of oscillatory circuits to the material near the electrodes 1 and 2.

На фиг. 21 представлена характерная температурная зависимость электрического сопротивления германия с почти собственной проводимостью между электродами при использовании электромагнитной связи материала с колебательным контуром при межэлектродном расстоянии D=50 мкм. Верхняя кривая измерена при нагревании, а нижняя - при охлаждении образца.In FIG. Figure 21 shows the characteristic temperature dependence of the electrical resistance of germanium with almost intrinsic conductivity between the electrodes when using electromagnetic coupling of the material with the oscillatory circuit at an interelectrode distance of D = 50 μm. The upper curve was measured with heating, and the lower curve with cooling of the sample.

На фиг. 22 приведена типичная температурная зависимость теплового сопротивления (RТ) материала между электродами германиевого образца с D=50 мкм. Кривая 8 измерена при нагревании образца, а кривая 9 измерена при охлаждении образца.In FIG. Figure 22 shows a typical temperature dependence of the thermal resistance (R T ) of a material between electrodes of a germanium sample with D = 50 μm. Curve 8 was measured while heating the sample, and curve 9 was measured while cooling the sample.

На фиг. 23 приведены типичные температурные зависимости электрического сопротивления материала (Si) при расстоянии D=22 мкм между электродами 1 и 2. На вставке показаны высокотемпературные участки этих зависимостей.In FIG. Figure 23 shows typical temperature dependences of the electrical resistance of a material (Si) at a distance of D = 22 μm between electrodes 1 and 2. The inset shows the high-temperature sections of these dependences.

На фиг. 24 приведены температурные зависимости сопротивления материала InP между электродами 1 и 2 с D=40 мкм. Верхняя кривая измерена при нагревании, а нижняя - при охлаждении образца. На вставке показаны высокотемпературные участки данных зависимостей.In FIG. 24 shows the temperature dependence of the resistance of the InP material between electrodes 1 and 2 with D = 40 μm. The upper curve was measured with heating, and the lower curve with cooling of the sample. The inset shows the high-temperature sections of these dependencies.

На фиг. 25 представлена характерная температурная зависимость электрического сопротивления германия между электродами, измеренная при токе 5 мкА. Верхняя часть кривой измерена при нагревании образца, нижняя часть кривой измерена при охлаждении, после прекращения нагрева образца при температуре ≈510 К.In FIG. 25 shows the characteristic temperature dependence of the electrical resistance of germanium between the electrodes, measured at a current of 5 μA. The upper part of the curve was measured during heating of the sample, the lower part of the curve was measured during cooling, after the cessation of heating of the sample at a temperature of ≈510 K.

На фиг. 26 приведена типичная температурная зависимость электрического сопротивления германия между электродами, измеренная при токе 0,5 мкА. Верхняя кривая измерена при нагревании образца, нижняя кривая измерена при охлаждении, после прекращения нагрева образца при температуре ≈560 К.In FIG. Figure 26 shows a typical temperature dependence of the electrical resistance of germanium between electrodes, measured at a current of 0.5 μA. The upper curve was measured during heating of the sample, the lower curve was measured during cooling, after the cessation of heating of the sample at a temperature of ≈560 K.

На фиг. 27 показано сечение материала между разделенными расстоянием D электродами плоскостью, проходящей через центры когерентных областей, расположенных вблизи электродов 1 и 2. Границы когерентных областей обозначены пунктирными окружностями с диаметрами 2Λ. Расстояние, зазор между когерентными областями d=D-4Λ.In FIG. 27 shows a cross section of a material between electrodes separated by a distance D by a plane passing through the centers of coherent regions located near electrodes 1 and 2. The boundaries of the coherent regions are indicated by dashed circles with diameters 2Λ. The distance, the gap between the coherent regions d = D-4Λ.

На фиг. 28 приведена энергетическая схема когерентных областей, разделенных туннельно тонким зазором толщиной d в материале между электродами 1 и 2 с равными электрическими потенциалами. Пунктирными стрелками показаны туннельные переходы электронов.In FIG. 28 is an energy diagram of coherent regions separated by a tunnel with a thin gap of thickness d in the material between electrodes 1 and 2 with equal electric potentials. Dotted arrows show the tunneling transitions of electrons.

На фиг. 29 приведена энергетическая схема когерентных областей, разделенных туннельно тонким зазором толщиной d в материале между электродами 1 и 2, при внешнем напряжении величиной V между этими электродами.In FIG. Figure 29 shows the energy diagram of coherent regions separated by a tunnel with a thin gap of thickness d in the material between electrodes 1 and 2, with an external voltage of V between these electrodes.

На фиг. 30 приведено сечение структуры, состоящей из двух материалов (с электродами) разделенными диэлектрическим слоем толщиной d, плоскостью, проходящей через центры когерентных областей диаметрами 2Λ.In FIG. Figure 30 shows a cross section of a structure consisting of two materials (with electrodes) separated by a dielectric layer of thickness d, a plane passing through the centers of coherent regions with diameters of 2Λ.

На фиг. 31 приведены энергетические диагаммы гетероструктур, образованных двумя контактирующими друг с другом материалами. Латинские цифры I, II, III и IV обозначают комбинации материалов, различающихся электронным сродством, работой выхода и шириной запрещенной зоны из работы [50].In FIG. Figure 31 shows the energy diagrams of heterostructures formed by two materials in contact with each other. The Latin numerals I, II, III, and IV denote combinations of materials differing in electronic affinity, work function, and band gap from [50].

На фиг. 32 показан вычисленный спектр отражения заряженным гармоническим осциллятором с собственной частотой Ω и с наибольшей частотой связанных фононов ωmaxр.In FIG. 32 shows the calculated reflection spectrum by a charged harmonic oscillator with an eigenfrequency Ω and with the highest frequency of coupled phonons ω max = ω p .

На фиг. 33 приведен характерный экспериментальный спектр ИК отражения 11 монокристалла GaP, содержащего ЭКЦ, образованные примесными атомами Al. Кривые 12, 13, 14 и 15 представляют вычисленные компоненты спектра, соответствующие различным колебательным состояниям ЭКЦ, а их сумма совпадает со спектром 11.In FIG. 33 shows a typical experimental IR reflection spectrum 11 of a GaP single crystal containing ECCs formed by Al impurity atoms. Curves 12, 13, 14, and 15 represent the calculated components of the spectrum corresponding to various vibrational states of the ECC, and their sum coincides with spectrum 11.

На фиг. 34 показан типичный экспериментальный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки, выращенной на кварцевой подложке - 15. Вычисленный спектр 16 относится к компоненте поглощения с участием упругих I-колебаний с энергией

Figure 00000103
.In FIG. 34 shows a typical experimental IR reflection spectrum of a carbon nanotube film grown on a quartz substrate - 15. The calculated spectrum 16 refers to the absorption component with the participation of elastic I-vibrations with energy
Figure 00000103
.

На фиг. 35 показан типичный экспериментальный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки, выращенной на молибденовой подложке - 17. Вычисленный спектр 18 относится к компоненте спектра с максимальной энергией I-колебаний.In FIG. Figure 35 shows a typical experimental IR reflection spectrum of a carbon nanotube film grown on a molybdenum substrate - 17. The calculated spectrum 18 refers to the spectrum component with the maximum I-vibration energy.

На фиг. 36 показан типичный экспериментальный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки выращенной на медной подложке - 19. Спектр 20 - вычисленный спектр отражения I-колебаний ядра в атоме углеродной нанотрубной пленки.In FIG. Figure 36 shows a typical experimental IR reflection spectrum of a carbon nanotube film grown on a copper substrate — 19. Spectrum 20 is the calculated reflection spectrum of I-vibrations of a nucleus in an atom of a carbon nanotube film.

На фиг. 37 изображена характерная температурная зависимость коэффициента термоЭДС в монокристалле GaP содержащем ЭКЦ, образованные примесными атомами серы. Заглавными латинскими буквами обозначены существенные особенности данного спектра.In FIG. Figure 37 shows the characteristic temperature dependence of the coefficient of thermoEMF in a GaP single crystal containing ECCs formed by sulfur impurity atoms. Capital letters indicate the essential features of this spectrum.

На фиг. 38 сплошной кривой показан экспериментальный спектр ИК отражения монокристалла GaP - 22, из работы [48]. Светлыми кружками обозначен вычисленный спектр ИК отражения гармонического осциллятора - 21.In FIG. 38, the solid curve shows the experimental IR reflection spectrum of a GaP - 22 single crystal, from [48]. Light circles indicate the calculated spectrum of IR reflection of the harmonic oscillator - 21.

На фиг. 39 приведен характерный спектр отражения GaP, измеренный нами при падении ИК излучения под углом 45° к поверхности образца.In FIG. Figure 39 shows the characteristic GaP reflection spectrum that we measured when IR radiation was incident at an angle of 45 ° to the sample surface.

На фиг. 40 изображена характерная температурная зависимость коэффициента термоЭДС в GaAs, содержащем ЭКЦ, образованные примесными атомами кислорода.In FIG. 40 shows the characteristic temperature dependence of the coefficient of thermoEMF in GaAs containing ECCs formed by impurity oxygen atoms.

На фиг. 41 приведены спектры ИК отражения полупроводников, в том числе спектр отражения монокристалла GaAs, из работы [53].In FIG. Figure 41 shows the IR reflection spectra of semiconductors, including the reflection spectrum of a GaAs single crystal, from [53].

На фиг. 42 приведена типичная температурная зависимость коэффициента термоЭДС в углеродной нанотрубной пленке на кварцевой подложке.In FIG. 42 shows a typical temperature dependence of the coefficient of thermoEMF in a carbon nanotube film on a quartz substrate.

На фиг. 43 приведен типичный спектр ИК отражения углеродной нанотрубной пленки на кварцевой подложке содержащий полосу отражения, лежащую между 22,6 мкм и 26,5 мкм.In FIG. 43 shows a typical IR reflection spectrum of a carbon nanotube film on a quartz substrate containing a reflection band lying between 22.6 μm and 26.5 μm.

На фиг. 44 приведена типичная температурная зависимость коэффициента термоЭДС в монокристалле Ge, содержащая полосы увлечения электронов фононами при дебаевых температурах фононов.In FIG. Figure 44 shows a typical temperature dependence of the coefficient of thermoEMF in a Ge single crystal, which contains bands of electron drag by phonons at Debye temperatures of phonons.

На фиг. 45 представлены спектры отражения монокристаллов Ge из работы [53], измеренные при различных температурах.In FIG. Figure 45 shows the reflection spectra of Ge single crystals from [53], measured at various temperatures.

На фиг. 46 приведена типичная температурная зависимость напряжения V*, представляющего аналог стационарного эффекта Джозефсона в туннельной структуре на основе Si.In FIG. Figure 46 shows a typical temperature dependence of the voltage V * , which is an analog of the stationary Josephson effect in a tunnel structure based on Si.

На фиг. 47 приведена температурная зависимость величины аналога стационарного эффекта Джозефсона в структуре на основе Ge в условиях рассогласования импедансов материала между электродами и связанного с ним замедляющего устройства.In FIG. Figure 47 shows the temperature dependence of the value of the analogue of the stationary Josephson effect in a Ge-based structure under conditions of mismatch of the impedances of the material between the electrodes and the associated slowdown device.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИBIBLIOGRAPHIC DATA OF INFORMATION SOURCES

1. Vdovenkov V.A. Superconductivity at very high temperatures - hyperconductivity \\ ArXiv: cond-mat/0003190, 2000 г.1. Vdovenkov V.A. Superconductivity at very high temperatures - hyperconductivity \\ ArXiv: cond-mat / 0003190, 2000

2. Вдовенков В.А. Сверхпроводимость при очень высоких температурах в полупроводниках с электронно-колебательными центрами. Тезисы докладов 2-й международной конф. «Радиационотермические эффекты и процессы в неорганических материалах» Томск, 2000, стр. 252-254.2. Vdovenkov V.A. Superconductivity at very high temperatures in semiconductors with electron-vibrational centers. Abstracts of the 2nd international conference. “Radiation-thermal effects and processes in inorganic materials” Tomsk, 2000, pp. 252-254.

3. Вдовенков В.А. Сверхпроводимость в полупроводниках, обусловленная электронно-колебательными центрами. Тезисы 3 Международн. научно-техн. конф. «электроника и информатика - XXI век», стр. 37-38, Москва, 2000.3. Vdovenkov V.A. Superconductivity in semiconductors due to electron-vibrational centers. Abstracts 3 International scientific and technical conf. “Electronics and Informatics - XXI Century”, pp. 37-38, Moscow, 2000.

4. Вдовенков В.А. Сверхпроводимость, обусловленная электронно-колебательными центрами - гиперпроводимость. Межотраслевой сборник научных трудов МИРЭА "Тепловидение", стр. 33-39, Москва, 2000.4. Vdovenkov V.A. Superconductivity due to electron-vibrational centers is hyperconductivity. Interdisciplinary collection of scientific works of MIREA "Thermal imaging", pp. 33-39, Moscow, 2000.

5. Вдовенков В.А. Фазовый переход материала в гиперпроводящее состояние. Материалы Международной научно-технической конф. «Полиматериалы-2001», Москва, 2001, стр. 268-269.5. Vdovenkov V.A. Phase transition of a material to a hyperconducting state. Materials of the International Scientific and Technical Conf. "Polymaterials-2001", Moscow, 2001, pp. 268-269.

6. Вдовенков В.А. Собственные колебания и сверхпроводимость кристаллов. Тезисы докладов школы-семинара «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники», Ульяновск, 2001, стр. 18.6. Vdovenkov V.A. Natural vibrations and superconductivity of crystals. Abstracts of the school-seminar "Actual problems of physical and functional electronics", Ulyanovsk, 2001, p. 18.

7. Вдовенков В.А. Исследования локальной термоЭДС и гиперпроводимости. Наукоемкие технологии, №4, 2002, с. 55-60.7. Vdovenkov V.A. Studies of local thermoEMF and hyperconductivity. High technologies, №4, 2002, p. 55-60.

8. Вдовенков В.А. Электронно-колебательные центры в кристаллах и структурах полупроводниковой электроники. Материалы Международн. Н.-т. конф. «Тонкие пленки и слоистые структуры», 26-30 ноября 2002 г., МИРЭА, часть 2, стр. 38-40.8. Vdovenkov V.A. Electron-vibrational centers in crystals and structures of semiconductor electronics. Materials International N.-t. conf. “Thin Films and Layered Structures,” November 26–30, 2002, MIREA, Part 2, pp. 38–40.

9. Вдовенков В.А. Электронно-колебательные центры в полупроводниковых элементах микросистемной техники. Микросистемная техника, №12, Москва, 2002 г., стр. 17-22.9. Vdovenkov V.A. Electron-vibrational centers in semiconductor elements of microsystem technology. Microsystem technology, No. 12, Moscow, 2002, pp. 17-22.

10. Вдовенков В.А. Влияние собственных колебаний ядер атомов на электрические и оптические свойства. Известия Вузов, Материалы электронной техники, №1, 2003, с. 57-62.10. Vdovenkov V.A. The effect of natural vibrations of atomic nuclei on electrical and optical properties. University News, Materials of electronic technology, No. 1, 2003, p. 57-62.

11. Вдовенков В.А. Межфазная релаксация электрических зарядов в материалах, содержащих электронно-колебательные центры. Материалы Международной научно-практической конференции «Полиматериалы - 2003, Межфазная релаксация в полиматериалах», Москва, 2003 г., 25-29 ноября, с. 111-112.11. Vdovenkov V.A. Interphase relaxation of electric charges in materials containing electron-vibrational centers. Materials of the International scientific-practical conference "Polymaterials - 2003, Interphase relaxation in polymaterials", Moscow, 2003, November 25-29, p. 111-112.

12. Вдовенков В.А. Адиабатическая и неадиабатическая электроника материалов. Материалы Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры», 2005 г., Москва, часть 2, стр. 99-104.12. Vdovenkov V.A. Adiabatic and non-adiabatic electronics of materials. Materials of the International Scientific Conference “Thin Films and Nanostructures”, 2005, Moscow, part 2, pp. 99-104.

13. Вдовенков В.А. Очевидность гиперпроводимости и тепловой сверхпроводимости. Материалы Международной научной конференции «Тонкие пленки и нанотруктуры», 2005 г., Москва, часть 2, стр. 99-104.13. Vdovenkov V.A. Evidence of hyperconductivity and thermal superconductivity. Materials of the International Scientific Conference “Thin Films and Nanotructures”, 2005, Moscow, part 2, pp. 99-104.

14. Vdovenkov V.A. Adiabatic and Nonadiabatic Electronics of Materials. ArXiv: cond-mat\0610828.14. Vdovenkov V.A. Adiabatic and Nonadiabatic Electronics of Materials. ArXiv: cond-mat \ 0610828.

15. Vdovenkov V.A. Evidence for hyperconductivity and Thermal superconductivity. ArXiv: cond-mat\0801.4212v1.15. Vdovenkov V.A. Evidence for hyperconductivity and Thermal superconductivity. ArXiv: cond-mat \ 0801.4212v1.

16. Method of realization of hyperconductivity and super Thermal conductivity. Intern, patent application PCT/IB 2009/005723, WO 2010136834 A1. To же: патент Ru 2497236.16. Method of implementation of hyperconductivity and super Thermal conductivity. Intern, patent application PCT / IB 2009/005723, WO 2010136834 A1. Same: Ru patent 2497236.

17. Пекар С.И. Исследования по электронной теории кристаллов. - М., Гостехиздат, 1951. 204 с.17. Pekar S.I. Research on the electronic theory of crystals. - M., Gostekhizdat, 1951.204 p.

18. Huang К. and Rhys A. Proc. Roy. Soc. 1950. V. A204. P. 406.18. Huang K. and Rhys A. Proc. Roy. Soc. 1950. V. A204. P. 406.

19. Пекар С.И. ЖЭТФ. 1952. Т. 22, вып. 6, с. 641.19. Pekar S.I. JETP. 1952.Vol. 22, no. 6, p. 641

20. Пекар С.И. УФН. 1953. Т. L, вып. 2, с. 197.20. Pekar S.I. Physics-Uspekhi 1953. T. L, no. 2, p. 197.

21. M. Born, R. Oppenheimer. Ann. D. Phys. v. 84, N4, 1927, p. 457.21. M. Born, R. Oppenheimer. Ann. D. Phys. v. 84, N4, 1927, p. 457.

22. Dirac P.A.M. Proc. Cambridge Phil. Soc. 1930. V. 26. p 376.22. Dirac P.A.M. Proc. Cambridge Phil. Soc. 1930. V. 26. p 376.

23. Kamerling Onnes H. Leiden. Comm., 1911, p. 120b, 122b.23. Kamerling Onnes H. Leiden. Comm., 1911, p. 120b, 122b.

24. Тинкхам M., Введение в сверхпроводимость. M., Атомиздат, 1980.24. Tinkham M., Introduction to Superconductivity. M., Atomizdat, 1980.

25. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости под ред. В.Л. Гинзбурга и Д.А. Киржница. М., Наука, 1977, 400 с.25. The problem of high temperature superconductivity, ed. V.L. Ginzburg and D.A. Kirzhnitsa. M., Science, 1977, 400 pp.

26. Гинзбург В.Л., Максимов Е.Г. О возможных механизмах высокотемпературной сверхпроводимости. Сверхпроводимость. Физика, химия, техника. 1992, т. 5, №9, с. 1543-1596.26. Ginzburg V.L., Maksimov E.G. On possible mechanisms of high-temperature superconductivity. Superconductivity. Physics, chemistry, technology. 1992, v. 5, No. 9, p. 1543-1596.

27. Bednorz J.G., Muller K.A.Z. Phys. B64, 1986, p. 189.27. Bednorz J.G., Muller K.A.Z. Phys. B64, 1986, p. 189.

28. A.M. Gulian, K.S. Wood, D. Van. Vechten, J. Classen, R.J. Soulen, Jr, S. Qadry, M. Osovsky, A. Lucarelly,

Figure 00000104
, R.G. Badalian, V.S. Kuzanyan, A.S. Kuzanyan, V.R. Nicoghosyan. Evidence for high temperature superconductivity in doped laser processed Sr-Ru-O. ArXiv: cond-mat/0509313.28. AM Gulian, KS Wood, D. Van. Vechten, J. Classen, RJ Soulen, Jr, S. Qadry, M. Osovsky, A. Lucarelly,
Figure 00000104
, RG Badalian, VS Kuzanyan, AS Kuzanyan, VR Nicoghosyan. Evidence for high temperature superconductivity in doped laser processed Sr-Ru-O. ArXiv: cond-mat / 0509313.

29. http://www.superconductors.org/212K.htm; E. Joe Eck 2008 Superconductors.ORG, Patent Pending #61/199, 804.29. http://www.superconductors.org/212K.htm; E. Joe Eck 2008 Superconductors.ORG, Patent Pending # 61/199, 804.

30. Bardeen J., Cooper L.N., Schrieffer J.R. Phys. Rev., v. 108, 1957, p. 1175.30. Bardeen J., Cooper L.N., Schrieffer J.R. Phys. Rev., v. 108, 1957, p. 1175.

31. W.A. Little, Phys. Rev. A134, p. 1416, 1964.31. W.A. Little, Phys. Rev. A134, p. 1416, 1964.

32. L. Ginzburg, Phys. Lett. 13, p. 101, 1964; то же: ЖЭТФ 47, с. 2318, 1964.32. L. Ginzburg, Phys. Lett. 13, p. 101, 1964; same: JETP 47, p. 2318, 1964.

33. B.D. Josephson. Phys. Lett., v. 1, 1962, p. 251.33. B.D. Josephson. Phys. Lett., V. 1, 1962, p. 251.

34. Вдовенков B.A. Туннелирование электронов в МОП-структурах. Сборник научн. Трудов под ред. акад. Евтихиева Н.Н., Москва, МИРЭА, 1995, с. 41-44.34. Widows B.A. Electron tunneling in MOS structures. Collection of scientific Proceedings, ed. Acad. Evtikhieva N.N., Moscow, MIREA, 1995, p. 41-44.

35. Вдовенков В.А. Новый тип упругих колебаний и волн в кристаллах. Сборник научн. Трудов МИРЭА «Радиоэлектронные устройства и системы обработки сигналов», 1996, с. 148-150.35. Wodenkov V.A. A new type of elastic vibrations and waves in crystals. Collection of scientific Proceedings of MIREA "Radio-electronic devices and signal processing systems", 1996, p. 148-150.

36. Vdovenkov V.A., Kosakovskaya Z.Ya., Serebryakova N.V., Mokerov V.G. Connection of IR-reflection with electrical properties carbon nanotube films. Abstracts of invited lectures and contributed papers of The 3-rd international worcshop in Russia "Fullerens and atomic clusters", IWFAC'97, June 30-July 4, 1997, St. Petersburg, Russia.36. Vdovenkov V.A., Kosakovskaya Z. Ya., Serebryakova N.V., Mokerov V.G. Connection of IR-reflection with electrical properties carbon nanotube films. Abstracts of invited lectures and contributed papers of The 3-rd international worcshop in Russia "Fullerens and atomic clusters", IWFAC'97, June 30-July 4, 1997, St. Petersburg, Russia.

37. Вдовенков B.A. ИК-поглощение в γ-облученном кварце. Сборник тезисов докладов Международн. конф. Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах. Томск, 22-25 сентября 1998 г., с. 112-113.37. Widows B.A. IR absorption in γ-irradiated quartz. Collection of Abstracts International conf. Radiation-thermal effects and processes in inorganic materials. Tomsk, September 22-25, 1998, p. 112-113.

38. Вдовенков В.А. Влияние динамических неоднородностей на свойства полупроводниковых структур и приборов радиоэлектроники. Сборник научных трудов «Теория и методы приема и обработки радиотехнических сигналов», МИРЭА, 1998, с. 109-120.38. Vdovenkov V.A. The effect of dynamic heterogeneities on the properties of semiconductor structures and electronic devices. Collection of scientific papers "Theory and Methods of Receiving and Processing Radio Engineering Signals", MIREA, 1998, p. 109-120.

39. З. Флюгге. Задачи по квантовой механике. М., Мир, 1974, том 1, с. 93. (Sigfried Flugge. Practical Quantum Mechanics I. Springer-Verlag, 1971.).39. Z. Flygge. Problems in quantum mechanics. M., World, 1974, volume 1, p. 93. (Sigfried Flugge. Practical Quantum Mechanics I. Springer-Verlag, 1971.).

40. К.В.Шалимова. Физика полупроводников. - M: Энергия, 1976, 416 с.40. K.V. Shalimova. Semiconductor Physics. - M: Energy, 1976, 416 p.

41. Дж. Стокер. Нелинейные колебания в механических и электрических системах. - М: Иностранная литература, 1953, 256 с.41. J. Stocker. Nonlinear vibrations in mechanical and electrical systems. - M: Foreign literature, 1953, 256 p.

42. В.Л. Гинзбург, Л.Д. Ландау. ЖЭТФ, 1950 г., т. 20, с. 1064.42. V.L. Ginzburg, L.D. Landau. ZHETF, 1950, v. 20, p. 1064.

43. А.Б. Пиппард. Proc. Roy. Soc. (London.), 1955, v. A213, p. 336.43. A.B. Pippard. Proc. Roy. Soc. (London.), 1955, v. A213, p. 336.

44. В.А. Вдовенков. Особенности полупроводниковых структур микроэлектроники с центрами Яна-Теллера. Техника средств связи. Научно-технический сборник, серия Локальные оптические системы связи, вып. 2, Москва 1990, с. 14-19.44. V.A. Widows. Features of semiconductor structures of microelectronics with Jan-Teller centers. Communication technology. Scientific and technical collection, a series of Local optical communication systems, vol. 2, Moscow 1990, p. 14-19.

45. В.А. Вдовенков. Туннелирование электронов в МОП-структурах. Сборник научных трудов МИРЭА «Информатика и радиотехника», 1995 г., с. 41-43.45. V.A. Widows. Electron tunneling in MOS structures. Collection of scientific works of MIREA "Informatics and radio engineering", 1995, p. 41-43.

46. В.А. Вдовенков, В.Н. Лукъянов, С.П. Прокофьева, Е.С. Печникова, Т.Н. Усачева, С.Д. Якубович. Фотоэлектрические свойства быстродействующих полупроводниковых фотоприемников. Тезисы 13 Всесоюзной н.т. конференции «Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов», Москва, 1987, с. 83.46. V.A. Vdovenkov, V.N. Lukyanov, S.P. Prokofiev, E.S. Pechnikova, T.N. Usacheva, S.D. Yakubovich. Photoelectric properties of high-speed semiconductor photodetectors. Abstracts 13 All-Union nt Conference "High-speed photography, photonics and metrology of fast processes", Moscow, 1987, p. 83.

47. S. Zi. Physics of semiconductor devices. Mir, Moscow, 1984, v. 1. Имеется перевод: С.Зи. Физика полупроводниковых приборов. М. Мир, 1984, т. 1.47. S. Zi. Physics of semiconductor devices. Mir, Moscow, 1984, v. 1. There is a translation: S.Zi. Physics of semiconductor devices. M. Mir, 1984, v. 1.

48. М.Л. Городецкий. Оптические микрорезонаторы с гигантской добротностью. Физматлит, 2011,416 с.48. M.L. Gorodetsky. Optical microcavities with giant Q-factor. Fizmatlit, 2011.416 s.

49. В.Ф. Елесин. Явления абсолютной отрицательной проводимости в неравновесных трехмерных полупроводниках // Успехи физических наук (2005), http://ufn.ru/ru/articles/2005/2/i/; DOI: 10.3367/UFNr.0175.200502i.0197.49. V.F. Elesin. Phenomena of absolute negative conductivity in nonequilibrium three-dimensional semiconductors // Uspekhi Fizicheskikh Nauk (2005), http://ufn.ru/ru/articles/2005/2/i/; DOI: 10.3367 / UFNr.0175.200502i.0197.

50. B.L. Sharma, R.K. Purohit. Semiconductors heterojunctions. Pergamon Press, 1974. Имеется перевод: Б.Л. Шарма, Р.К. Пурохит. Полупроводниковые гетеропереходы. М., «Советское Радио», 1979.50. B.L. Sharma, R.K. Purohit. Semiconductors heterojunctions. Pergamon Press, 1974. There is a translation: B.L. Sharma, R.K. Purohit. Semiconductor heterojunctions. M., "Soviet Radio", 1979.

51. Semiconductors and semimetals. Edited by R.K. Willardson, F.C. Beer, Volume 3. Optical properties of III-V compounds. Academic Press, New York and London, 1967. Имеется перевод: Оптические свойства полупроводников (полупроводниковые соединения типа AIIIBV) под ред. Р. Уиллардсона и А. Бира, перевод под редакцией члена-корреспондента АН СССР Е.Ф. Гросса. Издательство «Мир», Москва, 1970 г., гл. 1: М. Хесс. Решеточное отражение.51. Semiconductors and semimetals. Edited by RK Willardson, FC Beer, Volume 3. Optical properties of III-V compounds. Academic Press, New York and London, 1967. There is a translation: Optical properties of semiconductors (semiconductor compounds of type A III B V ), ed. R. Willardson and A. Beer, translation edited by E.F. Grossa. Mir Publishing House, Moscow, 1970, Ch. 1: M. Hess. Lattice reflection.

52. З.Я. Косаковская, Л.А. Чернозатонский, Е.А. Федоров. Письма в ЖЭТФ. 1992, т. 56, вып. 1, с. 26-30.52. Z.Ya. Kosakovskaya, L.A. Chernozatonsky, E.A. Fedorov. Letters to JETP. 1992, vol. 56, no. 1, p. 26-30.

53. F.A. Johnson. Progress in Semiconductors. 9, 180 (1965).53. F.A. Johnson. Progress in Semiconductors. 9, 180 (1965).

54. R.J. Collins, H.Y. Fan. Phys. Rev., v. 93, p. 674 (1954).54. R.J. Collins, H.Y. Fan Phys. Rev., v. 93, p. 674 (1954).

55. О.Г. Верин. Энергия. Вещество и поле. М.: Контур-М, 2006 г.55. O.G. Verin. Energy. Substance and field. M .: Kontur-M, 2006.

Claims (21)

1. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами, в котором используют невырожденный или слабовырожденный полупроводниковый материал, размещают на его поверхности или в его объеме электроды 1 и 2, образующие выпрямляющие контакты с материалом, такие как контакты металл-полупроводник, контакты Шоттки, отличающийся тем, что расстояние между электродами D выбирают не более 4Λ, D≤4Λ, где Λ - длина когерентности; размер площади контакта электрода с материалом а выбирают не более четверти длины упругой волны в материале а≤λ/4, λ=V/F, где V - скорость упругой волны в материале с частотой F=108 Гц; устанавливают и поддерживают согласованную электромагнитную связь части материала, примыкающей к электроду 1, или (и) части материала, примыкающей к электроду 2, или материала или части материала, расположенного между электродами 1 и 2, с высокочастотным (высокочастотными) (ВЧ) и (или) сверхвысокочастотным (сверхвысокочастотными) (СВЧ) замедляющим устройством (замедляющими устройствами), таким (такими) как коаксиальная линия, волноводная линия, полосковая линия, резонатор, колебательный контур, которые характеризуются резонансными частотами f в диапазоне от 106 Гц до 3⋅1015 Гц и добротностями Q≥10; материал нагревают до температуры Т, равной или превышающей температуру гиперпроводящего перехода Th, Th≤Т≤Т*; измеряют электрическое и (или) тепловое сопротивление материала между электродами и (или) эффект Мейснера; в результате электрическое сопротивление и тепловое сопротивление материала между электродами обращаются в ноль, то есть осуществляется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность в материале между электродами 1 и 2, усиливается эффект Мейснера.1. A method for efficiently implementing hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes that use a non-degenerate or slightly degenerate semiconductor material, place electrodes 1 and 2 on its surface or in its volume, forming rectifying contacts with the material, such as metal-semiconductor contacts, Schottky contacts , characterized in that the distance between the electrodes D is chosen no more than 4Λ, D≤4Λ, where Λ is the coherence length; the size of the area of contact of the electrode with the material a is chosen not more than a quarter of the length of the elastic wave in the material a≤λ / 4, λ = V / F, where V is the speed of the elastic wave in the material with a frequency F = 10 8 Hz; establish and maintain a consistent electromagnetic coupling of the part of the material adjacent to the electrode 1, or (and) the part of the material adjacent to the electrode 2, or the material or part of the material located between the electrodes 1 and 2, with high-frequency (high-frequency) (HF) and (or ) microwave (microwave) moderating device (moderating devices), such as (such) as a coaxial line, a waveguide line, a strip line, a resonator, an oscillatory circuit, which are characterized by resonant frequencies f in the range of 10 6 Hz to 15 Hz and 3⋅10 quality factors Q≥10; the material is heated to a temperature T equal to or higher than the temperature of the hyperconducting transition T h , T h ≤T≤T * ; measure the electrical and (or) thermal resistance of the material between the electrodes and (or) the Meissner effect; as a result, the electrical resistance and thermal resistance of the material between the electrodes vanish, that is, hyperconductivity and super thermal conductivity in the material between the electrodes 1 and 2 are realized, the Meissner effect is enhanced. 2. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 1, отличающийся тем, что материал между электродами нагревают от температур ≈1,5 K или от более высокой температуры до температур существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности, Th≤Т≤Т*, прекращают нагрев или (и) создают в материале поперечное к току между электродами 1 и 2 магнитное поле с индукцией до 2 Тл на время до 60 с, поддерживают температуру материала в диапазоне между Th и Т*; в результате электрическое сопротивление и тепловое сопротивление материала между электродами обращаются в ноль, т.е. осуществляется гиперпроводимость и сверхтеплопроводность, усиливается эффект Мейснера.2. A method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes according to claim 1, characterized in that the material between the electrodes is heated from temperatures ≈1.5 K or from a higher temperature to the existence temperatures of hyperconductivity and superconductivity, T h ≤T≤T * stop heating or (and) create a magnetic field transverse to the current between electrodes 1 and 2 in the material with an induction of up to 2 T for a period of up to 60 s, maintain the temperature of the material in the range between T h and T * ; as a result, the electrical resistance and thermal resistance of the material between the electrodes vanish, i.e. hyperconductivity and superconductivity are carried out, the Meissner effect is enhanced. 3. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 1, отличающийся тем, что размер материала b выбирают не менее четырех длин когерентности 4Λ, b≥4Λ, например выбирают толщину пластины материала не менее 4Λ или толщину слоя материала не менее 4Λ на полупроводниковой, полуизолирующей или диэлектрической подложке; измеряют Th, и (или) Λ, и (или) величину эффекта Мейснера.3. A method for efficiently implementing hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes according to claim 1, characterized in that the material size b is selected from at least four coherence lengths 4Λ, b≥4Λ, for example, a material plate thickness of at least 4Λ or a material layer thickness of at least 4Λ on a semiconductor, semi-insulating or dielectric substrate; measure T h , and (or) Λ, and (or) the value of the Meissner effect. 4. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 3, отличающийся тем, что на поверхности или (и) в объеме материала размещают вкрапления частиц, образующих выпрямляющие контакты с материалом, например металлических частиц с размерами с не более Λ, с≤Λ, в концентрации от 2Λ-3 до 2с-3 , или (и) частиц, из которых каждая в отдельности или группа (группы) частиц образуют замедляющую систему (замедляющие системы) или (и) является (являются) частью (частями) замедляющей системы (замедляющих систем); измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th, и (или) длину когерентности Λ, и (или) величину эффекта Мейснера.4. A method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in a material between the electrodes according to claim 3, characterized in that interspersed particles are formed on the surface or (and) in the bulk of the material, forming rectifying contacts with the material, for example, metal particles with sizes not exceeding Λ, with≤Λ, in a concentration from 2Λ -3 to 2s -3 , or (and) particles, of which each individually or a group (groups) of particles form a slowing system (slowing systems) or (and) is (are) part (parts) ) slow down system (slow down systems); measure the temperature of the hyperconducting transition T h , and (or) the coherence length Λ, and (or) the magnitude of the Meissner effect. 5. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 3, отличающийся тем, что устанавливают расстояние между электродами, превышающее четыре длины когерентности 4Λ на величину туннельно прозрачного зазора величиной d между областями когерентности, D=4Λ+d, 10 Ao≤d≤50 мкм; измеряют постоянный ток в материале между электродами 1 и 2 и (или) его направление, полярность, или (и) измеряют постоянную разность потенциалов между электродами 1 и 2 и (или) ее полярность; результаты измерений интерпретируют как величину аналога стационарного эффекта Джозефсона и его полярность соответственно.5. A method for efficiently implementing hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes according to claim 3, characterized in that the distance between the electrodes is set in excess of four coherence lengths 4Λ by the tunnel-transparent gap of d between the coherence regions, D = 4Λ + d, 10 A o ≤d≤50 microns; measure the direct current in the material between the electrodes 1 and 2 and (or) its direction, polarity, or (and) measure the constant potential difference between the electrodes 1 and 2 and (or) its polarity; the measurement results are interpreted as the value of the analogue of the stationary Josephson effect and its polarity, respectively. 6. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 5, отличающийся тем, что между электродами 1 и 2 прикладывают постоянное напряжение произвольной полярности величиной менее напряжения пробоя данной структуры; измеряют величину переменного напряжения между электродами, и (или) измеряют частоту (частоты) переменного напряжения, или (и) измеряют величину переменного тока в материале между электродами, и (или) измеряют частоту (частоты) переменного тока в материале между электродами, и (или) измеряют фазу напряжения и (или) фазу тока; результаты измерений соответственно идентифицируют как величину, частоту и фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.6. A method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in a material between the electrodes according to claim 5, characterized in that a constant voltage of arbitrary polarity is applied between the electrodes 1 and 2 less than the breakdown voltage of this structure; measuring the magnitude of the alternating voltage between the electrodes, and (or) measuring the frequency (frequencies) of the alternating voltage, or (and) measuring the magnitude of the alternating current in the material between the electrodes, and (or) measuring the frequency (frequencies) of alternating current in the material between the electrodes, and ( or) measure the phase of the voltage and (or) the phase of the current; The measurement results are respectively identified as the magnitude, frequency and phase of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect. 7. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 5, отличающийся тем, что используют два материала, отделенных друг от друга туннельно тонким диэлектрическим слоем толщиной d, размер каждого материала выбирают не менее четырех длин когерентности 4Λ, на внешней поверхности или в объеме каждого материала размещают электрод (электроды), образующий (образующие) выпрямляющий контакт (выпрямляющие контакты) с материалом, например контакт (контакты) металл-полупроводник; измеряют постоянный ток между электродами 1 и 2 в данной структуре (электрод 1 - материал 1 - диэлектрик - материал 2 - электрод 2); измеряют постоянную разность потенциалов между этими электродами; результаты измерений интерпретируют как аналог стационарного эффекта Джозефсона; прикладывают постоянное напряжение между электродами 1 и 2 величиной, не достигающей напряжения электрического пробоя данной структуры, измеряют переменное напряжение между электродами 1 и 2 и (или) переменный ток в материале между электродами, а результаты измерений идентифицируют как аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона; измеряют частоту (частоты) переменного напряжения между электродами, и (или) переменного тока в материале между электродами, и (или) фазы тока и напряжения; результаты измерений идентифицируют как величину, частоту (частоты) и фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.7. A method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes according to claim 5, characterized in that two materials are used, separated from each other by a tunnel thin dielectric layer of thickness d, the size of each material is chosen at least four coherence lengths 4Λ, on the outer surface or an electrode (s) is placed in the volume of each material, forming (forming) a rectifying contact (rectifying contacts) with the material, for example a metal-semiconductor contact (s); measure the direct current between the electrodes 1 and 2 in this structure (electrode 1 - material 1 - dielectric - material 2 - electrode 2); measure a constant potential difference between these electrodes; the measurement results are interpreted as an analog of the stationary Josephson effect; apply a constant voltage between electrodes 1 and 2 with a value that does not reach the electrical breakdown voltage of this structure, measure the alternating voltage between electrodes 1 and 2 and / or alternating current in the material between the electrodes, and the measurement results are identified as an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect; measure the frequency (frequency) of alternating voltage between the electrodes, and (or) alternating current in the material between the electrodes, and (or) phase current and voltage; The measurement results are identified as the magnitude, frequency (s) and phase of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect. 8. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 5, отличающийся тем, что используют два различных материала, образующих гетероструктуру; на внешней поверхности или в объеме каждого материала устанавливают электрод, образующий выпрямляющий контакт с материалом, например контакт металл-полупроводник; измеряют постоянный ток в материале между электродами 1 и 2 или (и) измеряют напряжение между электродами и его полярность и идентифицируют результаты измерений как величину и полярность стационарного эффекта Джозефсона; между электродами 1 и 2 прикладывают постоянное напряжение величиной не более напряжения пробоя данной гетероструктуры, измеряют величину, и (или) частоту, и (или) фазу напряжения между электродами и (или) тока в материале между электродами и идентифицируют их как величину, частоту, фазу аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона.8. A method for efficiently implementing hyperconductivity and super thermal conductivity in a material between electrodes according to claim 5, characterized in that two different materials are used to form a heterostructure; an electrode is formed on the outer surface or in the volume of each material, forming a rectifying contact with the material, for example, a metal-semiconductor contact; measure the direct current in the material between the electrodes 1 and 2 or (and) measure the voltage between the electrodes and its polarity and identify the measurement results as the magnitude and polarity of the stationary Josephson effect; a constant voltage of no more than the breakdown voltage of a given heterostructure is applied between electrodes 1 and 2, the magnitude, and (or) frequency, and (or) the voltage phase between the electrodes and (or) the current in the material between the electrodes are measured, and they are identified as the magnitude, frequency, phase analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect. 9. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 6, отличающийся тем, что между электродами 1 и 2 прикладывают постоянное или низкочастотное (с меньшими из циклических частот
Figure 00000105
;
Figure 00000106
) переменное напряжение величиной V не более напряжения пробоя данной структуры; изменяют полярность и (или) фазу этого напряжения и (или) его величину; измеряют полярность, и (или) фазу, и (или) частоту аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона и (или) измеряют изменения величины эффекта Мейснера.
9. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 6, characterized in that a constant or low frequency (with the smaller of cyclic frequencies) is applied between the electrodes 1 and 2
Figure 00000105
;
Figure 00000106
) alternating voltage of V no more than the breakdown voltage of this structure; change the polarity and (or) the phase of this voltage and (or) its value; measure the polarity, and (or) phase, and (or) the frequency of the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect and (or) measure changes in the magnitude of the Meissner effect.
10. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 5, отличающийся тем, что в материал между электродами 1 и 2 направляют электромагнитное излучение интенсивностью до
Figure 00000107
квант⋅с-1⋅см-2, где N* - эффективное число электронных состояний в разрешенной энергетической зоне материала, ς - коэффициент оптического поглощения и τ - время жизни электронов (дырок), в спектральном диапазоне собственного, основного, фундаментального поглощения материала, или (и) в спектральном диапазоне электронно-колебательных переходов ЭКЦ, или (и) в спектральном диапазоне упругих колебаний с частотами фононов локализованных на ЭКЦ электронов; измеряют вызванные излучением изменения мощности (мощностей), рассеивающейся в нагрузках, связанных с материалом замедляющих устройств, или (и) измеряют изменения величины (величин) аналогов эффектов Джозефсона, или (и) измеряют изменение частоты (частот) и фазы (фаз) аналога высокочастотного эффекта Джозефсона, или (и) измеряют изменение температуры гиперпроводящего перехода (Th), или (и) измеряют изменения величины эффекта Мейснера; по результатам измерений делают вывод о свойствах излучения, например о интенсивности регулирующего излучения, о его поляризации, о его частоте, о его когерентности.
10. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 5, characterized in that electromagnetic radiation with an intensity of up to
Figure 00000107
quantum⋅s -1 ⋅cm -2 , where N * is the effective number of electronic states in the allowed energy zone of the material, ς is the optical absorption coefficient and τ is the lifetime of electrons (holes) in the spectral range of intrinsic, fundamental, fundamental absorption of the material, or (i) in the spectral range of electronic-vibrational transitions of the ECC, or (and) in the spectral range of elastic vibrations with frequencies of phonons of electrons localized on the ECC; measuring radiation-induced changes in power (s) dissipated in the loads associated with the material of the moderators, or (and) measuring changes in the magnitude (s) of the Josephson effects analogs, or (and) measuring changes in the frequency (frequencies) and phase (s) of the high-frequency analog Josephson effect, or (and) measure the change in temperature of the hyperconducting transition (T h ), or (and) measure changes in the magnitude of the Meissner effect; according to the measurement results, a conclusion is drawn about the properties of radiation, for example, about the intensity of regulatory radiation, about its polarization, about its frequency, and about its coherence.
11. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 10, отличающийся тем, что толщину полупроводниковой пластины, или толщину полупроводникового слоя на подложке, или толщину подложки, или общую толщину полупроводникового слоя и подложки, или расстояние (расстояния) между взаимно параллельными границами материала или материала и подложки выбирают равным (равными) или кратным (кратными) W=ПVзв/2, где Vзв - скорость звука, распространяющегося между взаимно параллельными границами полупроводника, подложки или полупроводника и подложки; в материале между электродами создают переменное электрическое поле с напряженностью до SEz/e, где S - константа электрон-фононного взаимодействия и Ez - элементарный квант I-колебаний ядер в атомах, но не более напряжения пробоя, и (или) постоянное и (или) переменное магнитное поле с индукцией В≤2 Тл с периодом Π; измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th, величину и (или) полярность аналога стационарного эффекта Джозефсона, величину, и (или) частоту, и (или) фазу высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, величину или (и) изменение величины эффекта Мейснера.11. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes of claim 10, wherein the thickness of the semiconductor wafer, or the thickness of the semiconductor layer on the substrate, or the thickness of the substrate, or the total thickness of the semiconductor layer and the substrate, or the distance (distance) between mutually parallel boundaries of the material or material and the substrate is chosen equal (equal) or multiple (multiple) W = PV sv / 2, where V sv is the speed of sound propagating between mutually parallel boundaries mi semiconductor, substrate or semiconductor and substrate; in the material between the electrodes create an alternating electric field with intensity up to SE z / e, where S is the constant of electron-phonon interaction and E z is the elementary quantum of I-vibrations of nuclei in atoms, but not more than the breakdown voltage, and (or) constant and ( or) an alternating magnetic field with induction B≤2 T with a period of Π; measure the temperature of the hyperconducting transition T h , the magnitude and (or) polarity of the analogue of the stationary Josephson effect, the magnitude, and / or frequency, and (or) the phase of the high-frequency non-stationary Josephson effect, the magnitude and (or) change in the magnitude of the Meissner effect. 12. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 5, отличающийся тем, что обеспечивают приток тепла к материалу; направляют постоянный ток в материале между электродами, представляющий аналог стационарного эффекта Джозефсона, или аналогичные токи от нескольких таких структур последовательно или параллельно в стационарное или мобильное потребляющее (потребляющие) электрический ток устройство (устройства).12. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 5, characterized in that they provide heat to the material; direct a direct current in the material between the electrodes, which is an analog of the stationary Josephson effect, or similar currents from several such structures in series or in parallel to a stationary or mobile device (s) that use electric current. 13. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 6, отличающийся тем, что обеспечивают приток тепла к материалу, между электродами 1 и 2 создают разность потенциалов величиной до SEz/e, но не более напряжения пробоя структуры; высокочастотный ток, протекающий между электродами и представляющий аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, направляют в потребляющие этот ток устройства, при необходимости этот ток детектируют (выпрямляют), а полученный в результате детектирования постоянный ток направляют в стационарное или мобильное потребляющее (потребляющие) электроэнергию устройство (устройства).13. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 6, characterized in that they provide heat to the material, between the electrodes 1 and 2 create a potential difference of up to SE z / e, but not more than the breakdown voltage of the structure; the high-frequency current flowing between the electrodes and representing an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect is sent to devices that consume this current, if necessary, this current is detected (rectified), and the direct current obtained as a result of detection is directed to a stationary or mobile device (devices) consuming electricity (device) ) 14. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 8, отличающийся тем, что изменяют величины токов, представляющих аналог стационарного эффекта Джозефсона или (и) аналог высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, например, изменяя величину нагрузочного сопротивления (импеданса) для этих токов; измеряют температуру материала между электродами.14. A method for effectively implementing hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes according to claim 8, characterized in that the currents representing an analog of the stationary Josephson effect or (and) an analog of the high-frequency non-stationary Josephson effect, for example, changing the value of the load resistance (impedance) for these currents; measure the temperature of the material between the electrodes. 15. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 7, отличающийся тем, что изменяют температуру материала между электродами в температурной области выше Th, то есть в области существования гиперпроводимости и сверхтеплопроводности; измеряют величину аналога стационарного эффекта Джозефсона, и (или) величину аналога высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, и (или) частоту аналога высокочастотного эффекта Джозефсона, и (или) величину эффекта Мейснера.15. A method for efficiently implementing hyperconductivity and superconductivity in a material between electrodes according to claim 7, characterized in that the temperature of the material between the electrodes is changed in a temperature region above T h , that is, in the region of existence of hyperconductivity and superconductivity; measure the analogue of the stationary Josephson effect, and (or) the analogue of the high-frequency non-stationary Josephson effect, and (or) the frequency of the analogue of the high-frequency Josephson effect, and (or) the value of the Meissner effect. 16. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 3, отличающийся тем, что используют полевой электрод, образующий выпрямляющий контакт или контакт металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с материалом между электродами, или используют несколько таких полевых электродов; к полевому электроду (к полевым электродам) подводят постоянные, переменные или импульсные внешние напряжения прямой или обратной полярности относительно материала величиной менее напряжения (напряжений) пробоя или разрушения структуры; измеряют изменение температуры гиперпроводящего перехода Th, или (и) изменения величин эффектов Джозефсона, или (и) изменение частоты высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, или (и) изменение величины эффекта Мейснера, вызванные действием напряжений на полевом электроде (на полевых электродах) относительно материала.16. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 3, characterized in that they use a field electrode forming a rectifying contact or a metal-dielectric-semiconductor (MIS) contact with the material between the electrodes, or several such field electrodes are used; constant, variable or pulsed external voltages of direct or reverse polarity with respect to a material less than the voltage (s) of breakdown or destruction of the structure are supplied to the field electrode (to the field electrodes); measure the change in the temperature of the hyperconducting transition T h , or (and) the change in the magnitude of the Josephson effects, or (and) the change in the frequency of the high-frequency unsteady Josephson effect, or (and) the change in the magnitude of the Meissner effect, caused by the action of voltages on the field electrode (field electrodes) relative to the material . 17. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 10, отличающийся тем, что используют образец материала с одним электродом (с номером 1 или 2); постоянное или модулированное по амплитуде, или (и) по частоте, или (и) по фазе, или (и) по поляризации, или (и) по направлению распространения и подлежащее регистрации излучение направляют в примыкающую к электроду часть материала; измеряют вызванные излучением изменения тока или (и) частоты тока в примыкающей к электроду части материала, или (и) изменения величины и (или) частоты (частот) модуляции мощности, рассеивающейся в согласованной нагрузке связанного (связанных) с материалом замедляющего устройства (замедляющих устройств); по результатам измерений судят о свойствах регистрируемого излучения, например о интенсивности, и (или) о частоте, и (или) о спектре модуляции, и (или) о поляризации, и (или) о направлении распространения регистрируемого излучения.17. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to p. 10, characterized in that they use a sample of material with one electrode (with number 1 or 2); constant or modulated in amplitude, or (and) in frequency, or (and) in phase, or (and) in polarization, or (and) in the direction of propagation, and the radiation to be detected, is directed to a part of the material adjacent to the electrode; changes in the current or (and) frequency of the current caused by the radiation in a portion of the material adjacent to the electrode are measured, or (and) changes in the magnitude and (or) frequency (frequencies) of the power modulation dissipated in the matched load of the decelerating device (s) associated with the material ); the results of measurements judge the properties of the detected radiation, for example, the intensity, and (or) the frequency, and (or) the modulation spectrum, and (or) the polarization, and (or) the direction of propagation of the detected radiation. 18. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности по п. 17, отличающийся тем, что на примыкающий к электроду материал наносят просветляющее в спектральной области регулирующего излучения покрытие или (и) устанавливают параллельно поверхности материала на расстоянии h, кратном половине длины волны излучения, зеркало, обращенное рабочей поверхностью к материалу; излучение направляют в примыкающий к электроду материал под острым углом не более arctg[2Λ/(h⋅i)] к направлению нормали к поверхностям материала и зеркала, где i - число отражений луча излучения от поверхности материала или зеркала; измеряют величину, и (или) частоту, и (или) фазу (полярность) эффекта (эффектов) Джозефсона и (или) измеряют величину или (и) изменение эффекта Мейснера.18. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity according to claim 17, characterized in that the coating adjacent to the electrode is coated with an antireflection coating in the spectral region of the regulatory radiation or (and) is installed parallel to the material surface at a distance of a multiple of half the radiation wavelength, a mirror, facing the work surface to the material; radiation is directed into a material adjacent to the electrode at an acute angle of not more than arctan [2Λ / (h⋅i)] to the normal direction to the surfaces of the material and the mirror, where i is the number of reflections of the radiation beam from the surface of the material or mirror; measure the magnitude and / or frequency and / or phase (polarity) of the Josephson effect (s) and (or) measure the magnitude and (or) change in the Meissner effect. 19. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 3, отличающийся тем, что изменяют добротность Q связанного (связанных) с материалом между электродами замедляющего устройства (замедляющих устройств) или (и) изменяют коэффициент (коэффициенты) связи замедляющего устройства (замедляющих устройств) с материалом между электродами; измеряют длину или изменения длины когерентности Λ, или (и) изменения величины эффектов Джозефсона, или (и) изменения частоты высокочастотного эффекта Джозефсона, или (и) изменение величины эффекта Мейснера.19. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 3, characterized in that the quality factor Q of the material connected (connected) between the electrodes of the slowdown device (slowdown devices) is changed or (and) the coefficient (coefficients) of the slowdown device is changed (retarding devices) with material between the electrodes; measure the length or change in the length of the coherence Λ, or (and) a change in the magnitude of the Josephson effects, or (and) a change in the frequency of the high-frequency Josephson effect, or (and) a change in the magnitude of the Meissner effect. 20. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 3, отличающийся тем что, в материале между электродами создают постоянное, переменное или импульсное магнитное поле с индукцией (В) до 2 Тл; изменяют направление индукции по отношению к направлению электронно-колебательного тока между электродами или (и) изменяют частоту индукции или изменяют величину, направление и частоту индукции; измеряют температуру гиперпроводящего перехода Th, или (и) величину (величины), или (и) частоту, или (и) фазу (полярность) эффектов Джозефсона, или (и) эффект Мейснера, или (и) уровень внутренних шумов.20. The method of effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 3, characterized in that, in the material between the electrodes create a constant, variable or pulsed magnetic field with induction (V) up to 2 T; change the direction of induction with respect to the direction of the electron-vibrational current between the electrodes or (and) change the frequency of induction or change the magnitude, direction and frequency of induction; measure the temperature of the hyperconducting transition T h , or (and) the magnitude (s), or (and) the frequency, or (and) the phase (polarity) of the Josephson effects, or (and) the Meissner effect, or (and) the level of internal noise. 21. Способ эффективного осуществления гиперпроводимости и сверхтеплопроводности в материале между электродами по п. 11, отличающийся тем, что в материал между электродами направляют упругую волну (упругие волны), то есть поток звука, инфразвука, ультразвука или гиперзвука с частотой F и с объемной плотностью мощности до
Figure 00000108
где S - константа электрон-фононного взаимодействия, N - концентрация ЭКЦ, τ - время жизни электронов (дырок) в материале между электродами; изменяют частоту, направление распространения или (и) поляризацию упругой волны относительно направления между электродами; измеряют изменения температуры гиперпроводящего перехода Th, или (и) величины стационарного, или (и) величины, частоты или (и) фазы высокочастотного нестационарного эффекта Джозефсона, или (и) величины эффекта Мейснера, вызванные упругой волной (упругими волнами).
21. The method for the effective implementation of hyperconductivity and superconductivity in the material between the electrodes according to claim 11, characterized in that an elastic wave (elastic waves) is sent to the material between the electrodes, that is, the flow of sound, infrasound, ultrasound or hypersound with a frequency F and bulk density power up
Figure 00000108
where S is the electron-phonon interaction constant, N is the ECC concentration, τ is the lifetime of electrons (holes) in the material between the electrodes; change the frequency, direction of propagation or (and) the polarization of the elastic wave relative to the direction between the electrodes; measure changes in the temperature of the hyperconducting transition T h , or (and) the magnitude of the stationary, or (and) magnitude, frequency or (and) phase of the high-frequency non-stationary Josephson effect, or (and) the magnitude of the Meissner effect caused by an elastic wave (elastic waves).
RU2016116189A 2016-04-26 2016-04-26 Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity RU2626195C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116189A RU2626195C1 (en) 2016-04-26 2016-04-26 Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116189A RU2626195C1 (en) 2016-04-26 2016-04-26 Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626195C1 true RU2626195C1 (en) 2017-07-24

Family

ID=59495825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016116189A RU2626195C1 (en) 2016-04-26 2016-04-26 Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626195C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108570552A (en) * 2018-07-05 2018-09-25 金杯电工电磁线有限公司 The electromagnetic wire continuous online half hard values control device and method of copper conductor
RU2816672C1 (en) * 2023-03-02 2024-04-03 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" Method of measuring density of dark excitons in semiconductor systems of exciton polaritons

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5231295A (en) * 1990-08-21 1993-07-27 Thomson-Csf Superconducting field effect transistor
RU2349990C2 (en) * 2006-11-07 2009-03-20 Вячеслав Андреевич Вдовенков Method of electron-phonon drag
RU2356128C2 (en) * 2007-05-04 2009-05-20 Вячеслав Андреевич Вдовенков Method for generation of microwave electromagnet oscillations
US8204564B2 (en) * 2007-11-07 2012-06-19 Brookhaven Science Associates, Llc High temperature interfacial superconductivity
RU2497236C2 (en) * 2009-05-26 2013-10-27 "Текнопрайзер" Лтд. Method for implementation of hyperconductivity and ultra-heat conductivity

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5231295A (en) * 1990-08-21 1993-07-27 Thomson-Csf Superconducting field effect transistor
RU2349990C2 (en) * 2006-11-07 2009-03-20 Вячеслав Андреевич Вдовенков Method of electron-phonon drag
RU2356128C2 (en) * 2007-05-04 2009-05-20 Вячеслав Андреевич Вдовенков Method for generation of microwave electromagnet oscillations
US8204564B2 (en) * 2007-11-07 2012-06-19 Brookhaven Science Associates, Llc High temperature interfacial superconductivity
RU2497236C2 (en) * 2009-05-26 2013-10-27 "Текнопрайзер" Лтд. Method for implementation of hyperconductivity and ultra-heat conductivity

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108570552A (en) * 2018-07-05 2018-09-25 金杯电工电磁线有限公司 The electromagnetic wire continuous online half hard values control device and method of copper conductor
RU2816672C1 (en) * 2023-03-02 2024-04-03 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" Method of measuring density of dark excitons in semiconductor systems of exciton polaritons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hills et al. Current-voltage characteristics of Weyl semimetal semiconducting devices, Veselago lenses, and hyperbolic Dirac phase
US10657456B1 (en) Quantum computing using chiral qubits
KR100646267B1 (en) Quantum-size electronic devices and methods of operating thereof
Chen et al. Simulation of the superradiant quantum phase transition in the superconducting charge qubits inside a cavity
Wördenweber Superconductors at the Nanoscale: From Basic Research to Applications
Matisoo Josephson-type superconductive tunnel junctions and applications
RU2356128C2 (en) Method for generation of microwave electromagnet oscillations
Lesovik et al. Josephson frequency singularity in the noise of normal-metal–superconductor junctions
Magrini et al. In-situ creation and control of Josephson junctions with a laser beam
Sanno et al. Ab initio simulation of non-Abelian braiding statistics in topological superconductors
RU2626195C1 (en) Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity
Suwanvarangkoon et al. Tunneling conductance on surface of topological insulator ferromagnet/insulator/(s-or d-wave) superconductor junction: Effect of magnetically-induced relativistic mass
CN102414853B (en) Method of realization of hyperconductivity and super thermal conductivity
US11342645B2 (en) Non-reciprocal filters for matter waves
Timofeev et al. Joint scientific session of the Physical Sciences Division of the Russian Academy of Sciences and the Joint Physical Society of the Russian Federation “Bose-condensation of excitons”(24 November 2004)
Emin Large (bi) polarons for novel energy conversion and superconductivity
Ulloa Superconductivity and Microwaves
Mal’shukov Equilibrium circular photogalvanic effect in a hybrid superconductor-semiconductor system
Liu et al. Control of Josephson current by Aharonov-Casher phase in a Rashba ring
Kakeya Terahertz radiations and switching phenomena of Intrinsic Josephson Junctions in High-Temperature Superconductors: Josephson phase dynamics in long-and short-ranged interactions
Niepce Superinductance and fluctuating two-level systems
Chauhan LOW ENERGY SPECTROSCOPY OF TOPOLOGICAL SUPERCONDUCTOR CANDIDATE MATERIALS
Li et al. Dipolar interactions between field-tuneable, localized emitters in van der Waals heterostructures
Chatterjee et al. Ultra-high-precision detection of single microwave photons based on a hybrid system between a Majorana zero mode and a quantum dot
Nikolaevich et al. The Federal State Budget Educational Institution of Higher Education “Belgorod State Technological University named after VG Shukhov” Belgorod, Russia

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200427