Оксид иттрия-бария-меди

Оксид иттрия-бария-меди (англ. Yttrium barium copper oxide), также известный как YBCO — это широко применяемый высокотемпературный сверхпроводник, известный тем, что он является первым полученным сверхпроводником с критической температурой больше 77 К. Его химическая формула — YBa2Cu3O7−x, а критическая температура Tк =93 К.

  

История

Рассматриваемый сверхпроводник был получен в 1987 году в Университете Алабамы в Хантсвилле (UAH) Maw-Kuen Wu и Полом Чу (Paul Chu) в Университете Хьюстона.[3]

Получение этого материала означало возможность промышленного использования сверхпроводников, так как стало возможным использование для охлаждения сравнительно дешёвого жидкого азота.[4]

Природа сверхпроводимости

Исследования физиков из Университета Британской Колумбии (UBC) показали, что высокотемпературная сверхпроводимость, наблюдаемая в некоторых оксидах меди связана с так называемыми «некогерентными возбуждениями». Это первые исследования, в которых удалось непосредственно определить, в каких режимах электроны ведут себя как отдельные частицы, а в каких — как неразрывная многочастичная сущность. Этот успех стал возможен благодаря новым спектроскопическим технологиям и специально выращенным в университете сверхчистым кристаллам купратов. В нормальных условиях купраты являются изоляторами и не проводят электрический ток, однако если из них удалить часть электронов (или, как говорят, легировать дырками), то при охлаждении они переходят в сверхпроводящее состояние. Оптимальным называется легирование, для которого сверхпроводящая фаза достигается при максимальной температуре. Выделяют также недолегированные и перелегированные образцы.

Одним из центральных вопросов в понимании механизмов высокотемпературной сверхпроводимости является вопрос о том, как ведут себя электроны в сверхпроводящей фазе. Существует две теории: в первой электроны представляют собой отдельные хорошо различимые квазичастицы ферми-жидкости, во второй — электроны настолько сильно связаны друг с другом, что отдельные частицы не различимы, это так называемый сильно-коррелированный диэлектрик Мотта.

Удалось показать, что в перелегированном состоянии электроны ведут себя как ферми-жидкость, состоящая из отдельных квазичастиц, но при переходе к недолегированному состоянию быстро становятся неразличимыми.[5]

Структура

Ybco002.svg
Свойства

Свойства материала зависят от метода получения образца[6].

Критическая температура (температура при которой наблюдается эффект сверхпроводимости)

  • Тк =93 К

Критическая индукция (поле, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

  • Bкр =5.7 Тл

Критическая плотность тока (ток, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

  • J=7*10^6 А/см²

Некоторые химические и физические свойства

  • молярная масса m=666.19
  • плотность p=6.3 г/см³
  • температура плавления Tпл > 1000 °C

Получение

Первый образец YBCO был получен при температуре 1000—1300 К в результате следующей химической реакции:

<dl>4 BaCO3 + Y2(CO3)3 + 6 CuCO3 + (1/2−x) O2 → 2 YBa2Cu3O7−x + 13 CO2</dl>

Перспективы использования

  1. Создание сверхпроводящих магнитов
  2. Создание генераторов и линий электропередач
  3. Аккумулирование электроэнергии;
  4. Создание СКВИДов (сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор).[6]