RU2128383C1

RU2128383C1 - High-temperature superconductor

Info

Publication number: RU2128383C1
Application number: RU93049758A
Authority: RU
Inventors: А.А. Дончак
Original assignee: Дончак Андрей Александрович
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1999-03-27

Abstract

FIELD: superconductors for advanced power transmission lines and power installations. SUBSTANCE: used as high-temperature superconductor is lithium phosphide PLi₃ possessing high density ρ > 1,6 g/cm³. g/cu. cm. EFFECT: improved critical temperature of superconductor junction.

Description

Изобретение относится к области высокотемпературной сверхпроводимости и может быть использовано при создании перспективных линий электропередач и энергетических установок. The invention relates to the field of high-temperature superconductivity and can be used to create promising power lines and power plants.

Параметры известных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) на основе сверхпроводящих керамических материалов в настоящее время подошли к предельным значениям, и повышение их качественных характеристик за последние годы значительно замедлилось. Предлагаемый высокотемпературный сверхпроводник представляет новый класс сверхпроводников с предельными температурами сверхпроводящего перехода (Т_с) вплоть до комнатных температур и не имеет общих признаков с известными.The parameters of the known high-temperature superconductors (HTSC) based on superconducting ceramic materials have now reached limit values, and the increase in their qualitative characteristics has slowed significantly in recent years. The proposed high-temperature superconductor represents a new class of superconductors with limiting temperatures of the superconducting transition (T _c ) up to room temperatures and does not have common features with the known ones.

В настоящее время высокотемпературная сверхпроводимость наиболее широко подтверждена в ВТСП-керамике, но ВТСП-керамика является существенно неоднородным сверхпроводником. То, что интересные явления нормальной проводимости и сверхпроводимости разыгрываются в купратных плоскостях ВТСП-керамики, с одной стороны, как раз и приводит к высоким значениям Т_c, а с другой, создает значительные трудности. Уже первые эксперименты по измерению температурной зависимости магнитной восприимчивости показали [1], что переход по X начинается вблизи Т_c, найденного по измерениям R(T) и, как правило, более растянут, чем резистивный, что свидетельствует о малости количества высокотемпературной фазы или большой глубине проникновения поля. Во многих работах указывается на анизотропию критических магнитных полей, гистерезисные явления при измерении кривой намагничивания [2]. В сочетании с большой ролью межгранульных контактов, анизотропией критических токов, вплоть до потери сверхпроводимости на длинном участке провода, это создает большие трудности для работ по прикладной сверхпроводимости.At present, high-temperature superconductivity is most widely confirmed in HTSC ceramics, but HTSC ceramics is a substantially inhomogeneous superconductor. The fact that interesting phenomena of normal conductivity and superconductivity play out in the cuprate planes of HTSC ceramics, on the one hand, leads to high values of T _c , and on the other hand, creates significant difficulties. Already the first experiments on measuring the temperature dependence of the magnetic susceptibility showed [1] that the transition along X begins near T _c , found from measurements of R (T) and, as a rule, is more extended than the resistive one, which indicates a small amount of the high-temperature phase or a large depth of field penetration. Many works indicate anisotropy of critical magnetic fields, hysteresis phenomena when measuring the magnetization curve [2]. In combination with the large role of intergranular contacts, the anisotropy of critical currents, up to the loss of superconductivity in a long section of the wire, this creates great difficulties for work on applied superconductivity.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается высокотемпературный сверхпроводник, отличающийся для повышения критической температуры сверхпроводящего перехода Т_с тем, что представляет из себя фосфид лития PLi₃ повышенной плотности ρ > 1,6 г/см³.
Фосфид лития PLi₃ является малоизученным соединением, о нем имеются в основном устаревшие отрывочные сведения, но все-таки известно, что это недостаточно стойкий диэлектрик, поэтому основная нагрузка ложится на фазовые превращения фосфида лития. Поскольку доминирующим в соединении является сохранение энергетически устойчивой конфигурации с заполненной внешней p-оболочкой иона фосфора P^3-, то под действием давления будет происходить ионизация 3s² оболочки с переходом
3s²р⁶ _→ 3sp⁶+e^-,
где e^- - свободный электрон.The essence of the invention lies in the fact that the proposed high-temperature superconductor, characterized to increase the critical temperature of the superconducting transition T _with what is a lithium phosphide PLi ₃ increased density ρ> 1.6 g / cm ³ .
Lithium phosphide PLi ₃ is a poorly studied compound; mostly fragmentary information is available about it, but it is still known that it is not a sufficiently stable dielectric, so the main burden lies on the phase transformations of lithium phosphide. Since the preservation of the energy-stable configuration with the filled external p-shell of the P ^3- phosphorus ion is dominant in the compound, ionization of the 3s ² shell with transition will occur under pressure
3s ² p ⁶ _ → 3sp ⁶ + e ^- ,
where e ^- is a free electron.

Подобного рода переходы характерны при образовании твердых тел и переходах полупроводник-металл элементов V группы, так для висмута в твердом теле характерен переход s²p³ _→ sp³+e^-.Such transitions are characteristic of the formation of solids and semiconductor-metal transitions of Group V elements, since the transition s ² p ³ _ → sp ³ + e ^{- is} characteristic of bismuth in a solid.

В случае фазы высокого давления фосфида лития очевидно справедлив блоховский подход и можно рассматривать движение полярона большого радиуса в сплошной слабо поляризуемой (средний дипольный момент молекул P_e=0) диэлектрической среде. Но в этом случае биполярон практически не отличается от куперовской пары. Тогда физический механизм ВТСП можно представить следующим образом: формальная независимость ω и λ в уравнениях Элиашберга оказывается оправданной, т. к. достаточно сильное взаимодействие электронов с локализованными фононами не оказывает значительного обратного воздействия на кристаллическую решетку из-за слабой связи электронов с колебаниями решетки и внутримолекулярных колебаний с низкочастотными акустическими колебаниями тяжелых ионов.In the case of the high-pressure phase of lithium phosphide, the Bloch approach is obviously valid and one can consider the motion of a large radius polaron in a continuous weakly polarizable (average dipole moment of molecules P _e = 0) dielectric medium. But in this case, the bipolaron is practically no different from the Cooper pair. Then the physical mechanism of HTSC can be represented as follows: the formal independence of ω and λ in the Eliashberg equations is justified, since a sufficiently strong interaction of electrons with localized phonons does not have a significant inverse effect on the crystal lattice due to the weak coupling of electrons with lattice and intramolecular vibrations vibrations with low-frequency acoustic vibrations of heavy ions.

В этой области

условия полярона большого радиуса,
где λ - параметр связи;
n_e - концентрация электронов на сложный ион;
E - ширина исходной зоны;
E_B - энергия локализации полярона на узле решетки;
f(z) - функция, учитывающая тип кристаллической решетки,
модели поляронной сверхпроводимости [3] и сильной электрон-фононной связи [4] близки и для оценки Т_e, при незначительном изменении частоты молекулярных колебаний в твердом теле можно записать:

где

где U - энергия связи ионов фосфора и лития;
m₁, m₂ - массы ионов;
R₀ - длина химической связи, коэффициент C ≈ 1/2.In this region

polaron conditions of large radius,
where λ is the coupling parameter;
n _e is the concentration of electrons per complex ion;
E is the width of the initial zone;
E _B is the polaron localization energy at the lattice site;
f (z) is a function that takes into account the type of crystal lattice,
the models of polaron superconductivity [3] and strong electron-phonon coupling [4] are close and for estimating T _e , with a slight change in the frequency of molecular vibrations in a solid, we can write:

Where

where U is the binding energy of phosphorus and lithium ions;
m ₁ , m ₂ are the masses of ions;
R ₀ is the length of the chemical bond, coefficient C ≈ 1/2.

Эта оценка дает Т_с≈500^oC при одновременном достижении однородного характера сверхпроводимости, что значительно превышает параметры известных сверхпроводников. Следует обратить внимание, что здесь, как и в других случаях использования разных фазовых состояний вещества, само вещество, его химический состав не изменяются. Соотношение ρ > 1,6 г/см³ может несущественно изменяться при смещении фазового соотношения в системе и под влиянием примесей.This estimate gives T _c ≈500 ^o C while achieving a uniform nature of superconductivity, which significantly exceeds the parameters of known superconductors. It should be noted that here, as in other cases of using different phase states of a substance, the substance itself and its chemical composition do not change. The ratio ρ> 1.6 g / cm ³ may vary insignificantly with a shift in the phase ratio in the system and under the influence of impurities.

Источники информации
[1] Chu C.W., Ног P.H., Meng R.L., Gao L., Huang Z.J., Wang Y.Q., Bechtold J. , Campbell D., Wu M.K., Ashburn J., Huang C.Y. // Preprint Hoisten University. USA. 1987.Sources of information
[1] Chu CW, Nog PH, Meng RL, Gao L., Huang ZJ, Wang YQ, Bechtold J., Campbell D., Wu MK, Ashburn J., Huang CY // Preprint Hoisten University. USA 1987.

[2] Maslov S.S., Pokrovsky V.L. // Europhys. Lett. 1991. V. 14. P. 591. [2] Maslov S.S., Pokrovsky V.L. // Europhys. Lett. 1991. V. 14. P. 591.

[3] A.C. Александров, А.Б. Кребс // УФН. 1992. Т. 162. N5. C.1. [3] A.C. Alexandrov, A.B. Krebs // Usp. 1992.T. 162. N5. C.1.

[4] Г. М. Элиашберг. Взаимодействие электронов с колебаниями решетки в сверхпроводниках. ЖЭТФ 1960, 38, с. 976. [4] G. M. Eliashberg. Interaction of electrons with lattice vibrations in superconductors. JETP 1960, 38, p. 976

Claims

The use of lithium phosphide PLi _{3 of} increased density ρ> 1.6 g / cm ³ as a superconductor.