RU2757450C1 - Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения - Google Patents
Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757450C1 RU2757450C1 RU2020129696A RU2020129696A RU2757450C1 RU 2757450 C1 RU2757450 C1 RU 2757450C1 RU 2020129696 A RU2020129696 A RU 2020129696A RU 2020129696 A RU2020129696 A RU 2020129696A RU 2757450 C1 RU2757450 C1 RU 2757450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydride
- temperature
- hydrogen
- superconducting
- critical
- Prior art date
Links
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 11
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 9
- -1 metal polyhydrides Chemical class 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 abstract 1
- 229910003203 NH3BH3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- WZMUUWMLOCZETI-UHFFFAOYSA-N azane;borane Chemical compound B.N WZMUUWMLOCZETI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 229910000946 Y alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004247 CaCu Inorganic materials 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- JCFISKANHFQUCT-UHFFFAOYSA-N [Y].[La] Chemical compound [Y].[La] JCFISKANHFQUCT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- MIOQWPPQVGUZFD-UHFFFAOYSA-N magnesium yttrium Chemical compound [Mg].[Y] MIOQWPPQVGUZFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- PZKRHHZKOQZHIO-UHFFFAOYSA-N [B].[B].[Mg] Chemical compound [B].[B].[Mg] PZKRHHZKOQZHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных сверхпроводящих соединений, а именно полигидридов металлов, и может найти применение в слаботочной сверхпроводящей электронике, для изготовления однофотонных детекторов, СКВИД-магнетометров и квантовых кубитов, размещенных на поверхности алмазной наковальни. Уменьшение стехиометрического соотношения между металлом и водородом в сверхпроводнике является техническим результатом изобретения. Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид имеет формулу AxY1-xH6, где А лантан или магний, x находится в диапазоне от 0 до 1, а содержание H составляет не менее 86 атомных процентов. Сверхпроводник получен путем сжатия под сверхвысоким давлением гидридообразующего элемента с источником водорода с последующим нагревом лазерным импульсом, при этом в качестве гидридообразующего элемента используют сплавы LaxY1-x или MgxY1-x, где x находится в диапазоне от 0 до 1. Указанные сплавы получают путем спекания La и Y или Mg и Y в инертной атмосфере, после чего сплав и источник водорода размещают в алмазной наковальне, сжимают до давления 150-200 ГПа и нагревают посредством импульсов лазера в инфракрасном диапазоне до температуры 1500-3000 K. В качестве источника водорода возможно использование соединения NH3BH3. Получен сверхпроводник с критической температурой до 253 K, критическим магнитным полем до 140 Тл и критической плотностью тока не менее 2000 А/мм2. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 пр.
Description
Настоящее изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных сверхпроводящих соединений, а именно, полигидридов металлов, и может найти применение в слаботочной сверхпроводящей электронике, для изготовления однофотонных детекторов, СКВИД-магнетометров и квантовых кубитов, размещенных на поверхности алмазной наковальни [1-6].
На сегодняшний день среди высокотемпературных сверхпроводящих соединений (ВТСП) наибольшее применение нашли купраты, имеющие составы ReBaCuO, где «Re» означает редкоземельные элементы, лантан или иттрий, а также соединения на основе висмута: Bi2Sr2Cu1O6 ("2201") с критической температурой TC~ 20 K; Bi2Sr2CaCu2O8 ("2212" и "4334") с критической температурой около 80 K и Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (BSCCO, "2223") с критической температурой около 110 K. Два основных способа изготовления сверхпроводников из таких соединений заключаются в:1) осаждении многослойных нанометровых покрытий из вакуума [7], и 2) спекании объемных образцов прекурсоров - оксидов редкоземельных, щелочно-земельных металлов и оксида меди CuO в избытке кислорода [8]. Однако, известные купратные сверхпроводники не позволяют получить критическую температуру перехода выше 135 K.
Известен другой широкий класс сверхпроводящих соединений - железосодержащие пниктиды, например, соединения допированные иридием SmOFe1-xIrxAs [9]. Несмотря на высокие верхние критические магнитные поля (до 400 Т) в этих сверхпроводниках, их критическая температура не превышает 56 К.
Помимо купратных и железосодержащих сверхпроводников известен также ряд соединений с классическим электрон-фононным механизмом спаривания электронов, например, диборид магния MgB2 (TC=39K), допированный бором алмаз (TC≤7K [10]), карбогидриды бериллия Ве(СН4)хНу (TC≤24K [11]). Критическая температура в такого рода сверхпроводниках, как правило, ниже чем в купратах и железосодержащих пниктидах и не превышает 40 К.
После открытия в 2018-2019 годах сверхпроводимости в декагидриде лантана LaH10 с критической температурой 250-260 K [12-14] класс новых высокотемпературных сверхпроводящих соединений значительно расширился. Были синтезированы материалы с температурами сверхпроводящего перехода выше температуры кристаллизации сухого льда (-78°С, CO2). Начали разрабатываться варианты применения в микроэлектронике изделий, изготовленных из высокотемпературных сверхпроводящих гидридов.
Известен сверхпроводящий полигидрид лантана LaH10 [12], который может рассматриваться в качестве прототипа. Недостатком данного соединения является тот факт, что критическая температура сверхпроводящего перехода LaH10 резко снижается до 210-215 K и ниже в случае отклонения (снижения) стехиометрического соотношения между металлом (лантаном) и водородом от 1:10.
Технической задачей изобретения является создание сверхпроводящего полигидрида с содержанием водорода ниже 91 ат.%, что позволяет снизить влияние случайных отклонений в стехиометрии загруженных в ячейку высокого давления водорода (или NH3BH3) и металла, и увеличить вероятность успешного синтеза сверхпроводника.
Техническим результатом является создание сверхпроводящих полигидридов с высокой температурой сверхпроводящего перехода, превосходящей TC известных купратных соединений, таких как Bi2Sr2CaCu2O8+δ, с последующим их использованием в сверхпроводящей электронике на алмазе.
Заданный технический результат достигается в высокотемпературном сверхпроводящем гидриде, который имеет формулу AxY1-xH6, где А - лантан или магний, x находится в диапазоне от 0 до 1, а содержание H составляет не менее 86 атомных процентов.
Известен способ синтеза сверхпроводящего гидрида лантана LaH10 [12], который выбран в качестве прототипа. Способ заключается в загрузке аммоний борана (NH3BH3) в ячейку высокого давления, содержащую металлический лантан, с последующим лазерным нагревом образца при давлении не менее 150-160 ГПа. В результате может быть получен кубический гидрид лантана LaH10 с критической температурой сверхпроводящего перехода 250-260 K и верхним критическим полем 120-140 Тл.
Недостаткам данного способа получения сверхпроводника является необходимость достижения высоких стехиометрических соотношений 1:10 между металлом (лантаном) и водородом. В том случае, если такое соотношение не достигается из-за случайного недостатка водорода или избытка лантана, критическая температура соединения резко снижается до 210-215 K и ниже.
Технической задачей предлагаемого способа является обеспечение уменьшения требуемого стехиометрического соотношения между металлом и водородом в получаемом сверхпроводнике.
Техническим результатом является надежное получение сверхпроводника с критической температурой до 253 K, критическим магнитным полем до 140 Тл, и критической плотностью тока не менее 2000 А/мм2.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления сверхпроводника путем сжатия под сверхвысоким давлением гидридообразующего элемента с источником водорода и последующим нагревом этой композиции лазерным импульсом, в качестве гидридообразующего элемента используют сплавы LaxY1-x или MgxY1-x, где x находится в диапазоне от 0 до 1, которые предварительно получают путем спекания La и Y или Mg и Y в инертной атмосфере, затем размещают полученный сплав и источник водорода в алмазной наковальне, сжимают до давления 150-200 ГПа, и нагревают посредством импульсов лазера в инфракрасном диапазоне до температуры 1500-3000 К. В качестве источника водорода используют NH3BH3.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в результате действия высокого давления, развиваемого алмазными наковальнями, водород, генерируемый из комплекса аммоний-боран (NH3BH3), insitu получает способность химически реагировать со сплавом иттрий-лантан или иттрий-магний, с образованием новых, невозможных при обычном атмосферном давлении, соединений, обладающих исключительно высокими параметрами сверхпроводящего состояния, обусловленными наличием подрешетки металлического водорода, обладающей уникально высокой Дебаевской частотой (ΩD>1000K) и коэффициентом электрон-фотонного взаимодействия (λ>1.5).
Существо изобретения поясняется на фигурах.
Фиг. 1 - Схема получения высокотемпературного сверхпроводящего гидрида.
Фиг. 2 - Оптическое изображение кюлеты электрической алмазной ячейки с образцом (в центре) и четырьмя электродами, и спектр рентгеновской дифракции кубического La2YH18, синтезированного при 175 ГПа. Линия 1 - экспериментальные данные, линия 2 - расчетный спектр La2YH18, линия 3 - разность между расчетом и экспериментом.
Фиг. 3 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида La2YH18 с примесью от температуры при 183 ГПа.
Фиг. 4 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида La2YH18 от температуры и приложенного магнитного поля (Тл).
Фиг. 5 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида La4YH30 от температуры при 183-191 ГПа.
Фиг. 6 - Зависимость критического тока (А) образца гидрида La4YH30 от температуры (Кельвины) и приложенного магнитного поля (Тл).
Фиг. 7 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида Y4LaH30 от температуры при 176 ГПа.
Фиг. 8 - Зависимость электрического сопротивления образца гидрида Mg0.89Y0.11H6 при 194 ГПа.
Синтез предлагаемых сверхпроводящих гидридов осуществляют следующим образом (Фиг. 1). Металлы 1 и 2, то есть Y и La или Mg и La, смешивают в нужной пропорции на микрометровом масштабе, используя механические методы или сплавление при высокой температуре в инертной атмосфере. Затем, предварительно подготовленная гаскета для алмазной ячейки высокого давления, толщиной от 5 до 25 микрометров, с отверстием, диаметром не менее 15 микрометров, заполненном комплексом аммоний-боран (NH3BH3), закрепляется на одной из двух алмазных наковален ячейки высокого давления. Из объемных образцов сплавов La-Y или Mg-Y, подготовленных для загрузки в алмазную ячейку высокого давления, производят механическое отделение микрочастицы сплава с линейными размерами не более 15×15×15 микрон. После чего указанная частица переносится на электродную систему второй алмазной наковальни. Альтернативно, необходимое количество гидрид-образующего сплава наносится на рабочую поверхность алмазной наковальни посредством магнетронного или иного способа напыления. Затем, обе алмазные наковальни, с гаскетой и комплексом аммоний-боран (NH3BH3) и частицей металла и электродной системой, совмещаются между собой и, посредством передаточного механизма алмазной ячейки, прижимаются друг к другу до достижения требуемого давления. После чего, используя серию коротких импульсов лазерного излучения, производят импульсный нагрев частицы гидридобразующего сплава до температуры не менее 500°С, обычно, более 1000°С. Последующие электрические измерения используются для подтверждения образования высокотемпературного сверхпроводящего гидрида и измерения его критических параметров сверхпроводимости. При необходимости процедуру лазерного нагрева повторяют на других участках металлической частицы.
Примеры синтеза высокотемпературных сверхпроводящих гидридов.
Пример 1. Кубический гексагидрид иттрия-лантана La2YH18.
Для загрузки алмазной ячейки высокого давления был использован образец сплава La2Y, приготовленный следующим образом. Навеска из порошков 2.778 грамма лантана чистотой не менее 99.99% и 0.889 грамма иттрия чистотой не менее 99.99% была приготовлена путем смешения компонентов в условиях инертной атмосферы и помещена в микропробирку из оксида алюминия, которая была закрыта с помощью уплотнителя из Al2O3-ваты и, аналогичной по составу, крышки. Закрытая пробирка с навеской была в инертной атмосфере вставлена в стальную жаропрочную камеру, которая была затем герметизирована посредством запаивания стальной крышки с использованием аргоновой сварки. Герметизация тигля необходима как для предотвращения окисления кислородом воздуха, так и для упреждения возможного испарения металлов при высокой температуре. Полученный герметичный тигель был нагрет в муфельной печи до 1300°С и выдержан в течение 24 часов. После охлаждения и помещения в аргоновый бокс, стальная камера была вскрыта, а полученный сплав был проанализирован с использованием дифракции рентгеновского излучения и электронного микроскопа. В результате исследования был подтвержден элементный состав La2Y.
Частица сплава La2Y толщиной 2 мкм и диаметром 12 мкм была помещена в центр первой алмазной наковальни, диаметром 50 мкм, на которую были предварительно нанесены посредством магнетронного напыления 4 электрода, состоящие из двух слоев: нижнего танталового слоя (200 нм) и верхнего золотого (50 нм). Обе использованные алмазные наковальни имели форму усеченного конуса. Подготовленная вольфрамовая пластина (гаскета) толщиной 300 мкм была предварительно обжата в алмазной ячейке до толщины 15 мкм и просверлена с использованием лазера по центру отпечатка алмазной наковальни. Диаметр просверленного отверстия составил 30 мкм. Полученное отверстие было заполнено спрессованным кристаллическим комплексом аммоний-боран (NH3BH3), излишки соединения, выходящие за пределы объема просверленного в гаскете отверстия, были механически удалены. Затем, гаскета была перемещена и закреплена на второй алмазной наковальне. Обе алмазные наковальни были совмещены друг с другом так, чтобы их оси симметрии совпали, и были прижаты друг к другу рабочими поверхностями посредством поворота механических винтов симметричной алмазной ячейки до достижения давления 175 ГПа, измеренного с использованием края рамановского сигнала алмаза. Нагрев проводился с использованием 4х импульсов лазера в инфракрасном диапазоне по 100 микросекунд каждый, максимальная температура образца составила 2000 К. После проведения лазерного нагрева, камера высокого давления была помещена в криостат и охлаждена до температуры кипения жидкого азота с целью подтверждения сверхпроводящих свойств полученного образца.
Спектр рентгеновской дифракции соединения представлен на Фиг. 2 и соответствует кубической пространственной группе и объему элементарной ячейки 48.85 , соответствующему вычисленному при давлении 175 ГПа объему элементарной ячейки соединения состава La2YH18, содержащего 86 ат.% водорода (вычисленному как отношение числа атомов водорода к общему числу атомов в элементарной ячейке гидрида). Зависимость измеренного электрического сопротивления от температуры (Фиг. 3) при давлении 183 ГПа указывает на сверхпроводящий переход при температуре 253 K. Зависимость от внешнего магнитного поля при 183 ГПа представлена на Фиг. 4. На основании этой зависимости может быть сделана оценка верхнего критического магнитного поля для La2YH18 как 110-140 Тл.
Пример 2. Кубический гексагидрид иттрия-лантана La4YH30.
Отличается от Примера 1 тем, что исходное молярное соотношение металлов La:Y для приготовления сплава было выбрано 4:1 (5.556 грамма лантана и 0.889 грамма иттрия). Синтез гидрида из полученного сплава по методу, описанному в Примере 1, привел к получению соединения с пространственной группой что было установлено с использованием методов рентгеновской дифракции, и составом La4YH30 (86 ат.% водорода, 30/35 ≈ 0.86), которое при давлении 183 ГПа демонстрирует сверхпроводящий переход при 247 K (Фиг. 5), верхнее критическое магнитное поле в образце может достигать 130 Тл, а критическая плотность тока - не менее 2000 А/мм2 (Фиг. 6).
Пример 3. Гексагидрид иттрия-лантана Y4LaH30.
Отличается от Примера 1 тем, что исходное молярное соотношение металлов La:Y для приготовления сплава было выбрано 1:4 (1.39 грамма лантана и 3.60 грамма иттрия). Синтез гидрида из полученного сплава по методу, описанному в Примере 1, привел к получению сверхпроводящего соединения с составом Y4LaH30H критической температурой перехода 237 K при давлении 176 ГПа (Фиг. 7).
Пример 4. Кубический гексагидрид иттрия-магния Mg0.89Y0.11Н6.
Отличается от Примера 1 тем, что для синтеза гидрида был использован коммерчески доступный сплав Mg-Y, содержащий 30% масс. (11 ат.%) иттрия. Синтезированный из полученного сплава гидрид при 194 ГПа демонстрирует скачок электрического сопротивления, типичный для сверхпроводящего перехода, при TC=240 K (Фиг. 8).
Таким образом, предложенные высокотемпературные сверхпроводящие гидриды, позволяют достигать высокой и контролируемой поворотом прижимных винтов алмазной ячейки высокого давления, температуры сверхпроводящего перехода (TC) до 253 K, критического магнитного поля Вс2(0) до 130-140 Тл, критической плотности тока не менее 2000 А/мм2 используя сплавы иттрий-лантан и иттрий-магний для синтеза гидридов.
Данный факт является подтверждением возможности промышленного использования изобретения.
Источники информации:
1. Mito, M., Hitaka, M., Kawae, Т., Takeda, K., Kitai, Т., Toyoshima, N., Development of Miniature Diamond Anvil Cell for the Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. P. 6641.
2. Ishizuka, M., Endo, S., Detection of Antiferromagnetic Signals in a Diamond-Anvil Cell Using a SQUID Vibrating Coil Magnetometer // J. Phys.: Condens. Matter 2002. V. 14. P. 10719-10722.
3. Giriat, G., Wang, W., Attfield, J.P., Huxley, A.D., Kamenev, K.V., Turnbuckle Diamond Anvil Cell for High-Pressure Measurements in a Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer // Review of Scientific Instruments 2010. V. 81. P. 073905.
4. Marizy, A., Guigue, В., Occelli, F., Leridon, В., Loubeyre, P., A Symmetric Miniature Diamond Anvil Cell for Magnetic Measurements on Dense Hydrides in a SQUID Magnetometer // 2017. V. 37. P. 465-474.
5. Lesik, M., Plisson, Т., Toraille, L., Renaud, J., Occelli, F., Schmidt, M., Salord, O., Delobbe, A., Debuisschert, Т., Rondin, L., Loubeyre, P., Roch, J.-F., Magnetic Measurements on Micrometer-Sized Samples under High Pressure Using Designed NV Centers // 2019. V. 366. P. 1359-1362.
6. Hsieh, S., Bhattacharyya, P., Zu, C., Mittiga, Т., Smart, T.J., Machado, F., Kobrin, В., , Т.O., Rui, N.Z., Kamrani, M., Chatterjee, S., Choi, S., Zaletel, M., Struzhkin, V.V., Moore, J.E., Levitas, V.I., Jeanloz, R., Yao, N. Y., Imaging Stress and Magnetism at High Pressures Using a Nanoscale Quantum Sensor // 2019. V. 366. P. 1349-1354.
7. Khakhakura, S., Okhmatsu, K., Superconductor and Method for Its Manufacturing, 2008, RU2332738C2.
8. Koj, S.M., Li, С.K., Li, C.-V., Li, K.C., Mun, S.-K., Yu, S.-L, Superconducting Object and Method for Production Thereof, 2016, RU2598150C1.
9. Cuihua, C., Yajing, C., Yong, Z., Yong, Z., Yongliang, C., Iridium Doped Iron Base Superconductor and Preparation Method Thereof, 2009, CN101456736A.
10. Kawarada, H., Kobayashi, K., Nagao, M., Tachiki, M., Takano, Y., Umezawa, H., Superconductivity in Boron-Doped Diamond Thin Film, 2006, US2006035788A1.
11. Chen, M., Li, W., Lyu, H., Yang, C, Zhong, G., Novel Superconducting Material and Preparation Method Thereof, 2019, CN110183473A.
12. Somayazulu, M., Ahart, M., Mishra, A.K., Geballe, Z.M., Baldini, M., Meng, Y., Struzhkin, V.V., Hemley, R.J., Evidence for Superconductivity above 260 K in Lanthanum Superhydride at Megabar Pressures // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. P. 027001.
13. Drozdov, A.P., Kong, P.P., Minkov, V.S., Besedin, S.P., Kuzovnikov, M.A., Mozaffari, S., Balicas, L., Balakirev, F.F., Graf, D.E., Prakapenka, V.В., Greenberg, E., Knyazev, D.A., Tkacz, M., Eremets, M.I., Superconductivity at 250 K in Lanthanum Hydride under High Pressures // 2019. V. 569. P. 528.
14. Errea, I., Belli, F., Monacelli, L., Sanna, A., Koretsune, Т., Tadano, Т., Bianco, R., Calandra, M., Arita, R., Mauri, F., Flores-Livas, J.A., Quantum Crystal Structure in the 250-Kelvin Superconducting Lanthanum Hydride // 2020. V. 578. P. 66-69.
Claims (3)
1. Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид, имеющий формулу AxY1-xH6, где А лантан или магний, x находится в диапазоне от 0 до 1, а содержание H составляет не менее 86 атомных процентов.
2. Способ изготовления сверхпроводника путем сжатия под сверхвысоким давлением гидридообразующего элемента с источником водорода и последующим нагревом этой композиции лазерным импульсом, отличающийся тем, что в качестве гидридообразующего элемента используют сплавы LaxY1-x или MgxY1-x, где x находится в диапазоне от 0 до 1, которые предварительно получают путем спекания La и Y или Mg и Y в инертной атмосфере, затем размещают полученный сплав и источник водорода в алмазной наковальне, сжимают до давления 150-200 ГПа и нагревают посредством импульсов лазера в инфракрасном диапазоне до температуры 1500-3000 K.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве источника водорода используют NB3BH3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129696A RU2757450C1 (ru) | 2020-09-09 | 2020-09-09 | Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129696A RU2757450C1 (ru) | 2020-09-09 | 2020-09-09 | Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757450C1 true RU2757450C1 (ru) | 2021-10-15 |
Family
ID=78286658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020129696A RU2757450C1 (ru) | 2020-09-09 | 2020-09-09 | Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757450C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2822276C1 (ru) * | 2023-10-06 | 2024-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "КРИОГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ" (ООО "КТМ") | Способ изготовления мишеней для нанесения тонких сверхпроводящих слоев методом лазерного импульсного распыления |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5064801A (en) * | 1987-03-28 | 1991-11-12 | Juentgen Harald | Process for manufacturing a carbon catalyst |
JPH09183619A (ja) * | 1996-11-29 | 1997-07-15 | Fujikura Ltd | 酸化物系超電導材の製造方法 |
JP3242350B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2001-12-25 | 同和鉱業株式会社 | 酸化物超電導体およびその製造方法 |
RU2246148C2 (ru) * | 2002-08-14 | 2005-02-10 | Кубанский государственный аграрный университет | Способ получения сверхпроводящего проводника |
RU2332738C2 (ru) * | 2003-09-17 | 2008-08-27 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Сверхпроводник и способ его изготовления |
-
2020
- 2020-09-09 RU RU2020129696A patent/RU2757450C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5064801A (en) * | 1987-03-28 | 1991-11-12 | Juentgen Harald | Process for manufacturing a carbon catalyst |
JPH09183619A (ja) * | 1996-11-29 | 1997-07-15 | Fujikura Ltd | 酸化物系超電導材の製造方法 |
JP3242350B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2001-12-25 | 同和鉱業株式会社 | 酸化物超電導体およびその製造方法 |
RU2246148C2 (ru) * | 2002-08-14 | 2005-02-10 | Кубанский государственный аграрный университет | Способ получения сверхпроводящего проводника |
RU2332738C2 (ru) * | 2003-09-17 | 2008-08-27 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Сверхпроводник и способ его изготовления |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Somayazulu, M., Ahart, M., Mishra, A.K., Geballe, Z.M., Baldini, M., Meng, Y., Struzhkin, V.V., Hemley, R.J., Evidence for Superconductivity above 260 K in Lanthanum Superhydride at Megabar Pressures // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. P. 027001. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2822276C1 (ru) * | 2023-10-06 | 2024-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "КРИОГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ" (ООО "КТМ") | Способ изготовления мишеней для нанесения тонких сверхпроводящих слоев методом лазерного импульсного распыления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pitcher et al. | Structure and superconductivity of LiFeAs | |
Grockowiak et al. | Hot hydride superconductivity above 550 K | |
JP5558115B2 (ja) | 超伝導化合物及びその製造方法 | |
Shao et al. | High-pressure synthesis of superconducting clathratelike YH 4 | |
Li et al. | Metal-to-metal transition and heavy-electron state in Nd 4 Ni 3 O 10− δ | |
JP2007320829A (ja) | 超伝導化合物及びその製造方法 | |
Huang et al. | Memory of pressure-induced superconductivity in a phase-change alloy | |
Kuzovnikov et al. | Synthesis of superconducting hcp-Zr H 3 under high hydrogen pressure | |
RU2757450C1 (ru) | Высокотемпературный сверхпроводящий гидрид и способ его получения | |
Susner | Influences of crystalline anisotropy, doping, porosity, and connectivity on the critical current densities of superconducting magnesium diboride bulks, wires, and thin films | |
Renosto et al. | Evidence of unconventional superconductivity in the Ni-doped NbB2 system | |
Bi et al. | Efficient route to achieve superconductivity improvement via substitutional La-Ce alloy superhydride at high pressure | |
Si et al. | Unconventional Superconductivity Induced by Suppressing an Iron-Selenium-Based Mott Insulator CsFe 4-x Se 4 | |
Pei et al. | Pressure-induced superconductivity in itinerant antiferromagnet CrB2 | |
Stillwell et al. | Superconducting B i 2 Te: Pressure-induced universality in the (B i 2) m (B i 2 T e 3) n series | |
Bhagurkar | Processing of MgB2 bulk superconductor by infiltration and growth | |
Guo et al. | The vital role of hole-carriers for superconductivity in pressurized black phosphorus | |
Chen et al. | Synthesis and superconductivity in (La, Ca) H 10 under high pressure | |
Pei et al. | Pressure-induced superconductivity and structural phase transitions in magnetic topological insulator candidate MnSb4Te7 | |
Yavaş | Fabrication and characterization of MgB2 powders and Cu-Clad MgB2 wires | |
Çetin et al. | Investigation of BSCCO Superconductors with Ga Substitution by Solid State Method | |
Peng et al. | Superconductivity of Cs $ _3 $ C $ _ {60} $ at atmosphere pressure | |
Baqi et al. | The Partial Substitution of Calcium with Zinc Oxide, and its Effect on the Structural, Electrical and Morphologic Properties of the Superconducting Compound, Hg0. 9Ag0. 1Ba2Ca2-x ZnxCu3O (8+ δ) | |
Horzum | Synthesis and characterization of MgB2 superconducting wires | |
Li et al. | Pressure-induced structural evolution with suppression of the charge density wave state and dimensional crossover in CeTe 3 |