Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе медь-оксид меди

Изобретение относится к технологии получения высокотемпературных проводников в системе металл-оксид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих особыми физическими свойствами. Порошок меди окисляют в реакторе в потоке осушенного кислорода, подаваемого со скоростью 20-30 мл/мин, при нагреве порошка со стороны подачи кислорода до температуры 700°С в течение 3 мин. Полученный порошок выдерживают при температуре 1000°С в ампуле под вакуумом 5×10^-4 Торр в течение 1 мин и охлаждают до комнатной температуры. Обеспечивается получение сверхпроводника с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 90 K при одновременном повышении воспроизводимости результатов синтеза. 1 ил.

 

Изобретение относится к области получения высокотемпературных сверхпроводников в системе металл-оксид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих особыми физическими свойствами.

В практике физических исследований известны высокотемпературные сверхпроводники, полученные в различных оксидных системах. Хотя имеются теоретические предпосылки к обнаружению сверхпроводников в системе медь-оксид меди, однако в научной литературе сведения о практической реализации сверхпроводимости в этой системе отсутствуют.

Из уровня техники известен способ получения сверхпроводников в системе La₂CuO₄ с температурой сверхпроводящего перехода 15-50 K. По этому способу La₂CuO₄ насыщают кислородом, используя отжиг образцов в атмосфере озона, или проводят частичную замену оксида лантана на оксид стронция до состава La_1.55Sr_0,45CuO₄ [A.Gozar et al., High-temperature interface superconductivity between metallic and insulating copper oxides. Nature, 2008, v.455, N 9, рр.782-785]. В соответствии с этим способом двойные слои готовили из изолятора La₂CuO₄ и металла La_1.55Sr_0,45CuO₄. Образовавшаяся граница раздела (интерфейс) имеет толщину 2-3 нм и переходит в сверхпроводящее состояние при 15 K-30 K. Проводя окисление в озоне, добиваются перехода границы в сверхпроводящее состояние при 50 K. Основным недостатком этого способа является технологическая трудность формирования интерфейса толщиной 2-3 нм, что существенно влияет на воспроизводимость результатов. Кроме того, формирование четырехкомпонентной системы (La-Sr-Cu-O) с определенным количественным составом является достаточно сложной задачей.

Задача изобретения - получение сверхпроводника в системе медь-оксид меди с высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние при одновременном повышении воспроизводимости результатов синтеза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что используется способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе медь-оксид меди, включающий окисление порошка меди в реакторе в потоке осушенного кислорода со скоростью 20-30 л/мин, при нагреве порошка со стороны подачи кислорода до температуры 700°С, в течение 3 мин, выдержку полученного порошка при температуре 1000°С в ампуле под вакуумом 5×10^-4 Торр в течение 1 мин и охлаждение до комнатной температуры. В предлагаемом способе реализуется идея, состоящая в окислении поверхности порошка в атмосфере кислорода с последующей термообработкой образца в вакууме при температуре, не превышающей температуру плавления меди (1083°С).

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника осуществляется следующим образом. Мелкодисперсный порошок меди помещают в реактор, через который пропускают осушенный от следов влаги кислород со скоростью 20-30 мл/мин. Край засыпки порошка со стороны подачи кислорода нагревают до температуры 700°С, после чего нагреватель выключают, и дальнейшее окисление образца происходит за счет выделения тепла при прохождении реакции окисления. Скорость окисления определяется скоростью подачи кислорода в реактор. При этом по образцу проходит горячая зона, и реакция окисления завершается за 3 минуты. Полученный порошок медь-оксид меди извлекают из реактора и помещают в ампулу, которую откачивают до остаточного давления 5×10^-4 Торр. Ампулу отпаивают и помещают в печь, нагретую до температуры 1000°С, т.е. до температуры, которая ниже температуры плавления меди 1083°С. Образец отжигают в печи в течение 1 минуты, охлаждают и проводят измерение магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле с целью обнаружения сверхпроводящего перехода.

Пример реализации способа

В качестве исходного материала использовали мелкодисперсный порошок (<50 мкм) меди чистотой 99,99%. Навеску порошка массой 10 г помещали в реактор и равномерно распределяли по всей его длине. Через реактор пропускали кислород со скоростью 20 мл/мин, осушенный от следов влаги с целью предотвращения образования гидроксида меди при окислении меди. Край засыпки порошка со стороны подачи кислорода нагревали до температуры 700°С, после чего с началом реакции окисления нагреватель выключали, и дальнейшее окисление происходило за счет выделения тепла в ходе реакции. Продолжительность окисления определялась скоростью прохождения горячей зоны по всей длине засыпки и составляла 3 минуты. Рентгенофазовый анализ показал наличие в порошке Cu, Cu₂O и CuO. Полученный порошок медь-оксид меди извлекали из реактора и помещали в ампулу, которую вакуумировали до остаточного давления 5×10^-4 Торр. Ампулу отпаивали и помещали в печь, нагретую до температуры 1000°C, которая ниже температуры плавления меди 1083°С. Полученный порошок медь-оксид меди выдерживали при этой температуре в течение 1 минуты, после чего ампулу с полученным порошком охлаждали до комнатной температуры и проводили измерение магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле. Результаты измерения (см. чертеж) показали, что переход полученного порошка медь-оксид меди в сверхпроводящее состояние составил 90 K.

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе медь-оксид меди, включающий окисление порошка меди в реакторе в потоке осушенного кислорода со скоростью 20-30 мл/мин при нагреве порошка со стороны подачи кислорода до температуры 700°С в течение 3 мин, выдержку полученного порошка медь-оксид меди при температуре 1000°С в ампуле под вакуумом 5·10^-4 торр в течение 1 мин и охлаждение до комнатной температуры.