Аморфные материалы (835546), страница 49
Текст из файла (страница 49)
7.1 описаны химическиесоставы тридцати известных в на Рис. 7.1. Зависимость критичестоящее время сверхпроводящих ской температуры кристалличеаморфных сплавов, полученных ме ских и аморфных сплавов 4dметаллов от электтодами закалки жидкости. В каждом переходныхронной концентрации е/а: 'случае указан способ получения и 1 — кристаллические металлы;форма образца.
Кроме того, в 2 — аморфные пленки (данныеэтой таблице приведены характериКоллвера и Хэммонда)стики различных физических свойствданных сплавов. Видно, что критическую температуру Гс выш£температуры жидкого гелия (4,2 К) имеют следующие сплавы^La80Al20, La80Qe20, Zr75,Rh25, Nb58Rh42 , , (Mo Ru)8oP2 0 > (Mo ‘RuJeoB&jo(W—Rb)soP2o> (Mo—Pu)80P10Bi0, (Mo—Re)80P10B10, MosoPjoBjoj Nb80Si2o,(Nb - Mo)80Si2o, (Nb—Mo)8„SiieB4, Nb88Sii8B4, Nb80Sii8Qe4, Nb80SiieC4,(Ti—Nb)85Si15, (Ti—Nb)86Si12B3, Mo70Si2oBio> Mo75Si5B2o> W70Si2oBio,(все химические составы даны в атомных процентах).Все перечисленные в табл. 7.1 сплавы можно разделить на дватипа.
Во-первых, это аморфные сплавы металл-металл, в которыевходят переходные металлы, расположенные слева в периодическойсистеме (La, Zr, Nb) и металлы, расположенные в периодическойсистеме справа (Au, Pd, Rh, N i). Во-вторых, это аморфные сплавыметалл-металлоид, содержащие 15—30% (ат.) неметаллов (Р, В,Si, С, Ge). Как видно из таблицы, Тс аморфных сплавов металлметаллоид как правило выше, чем Тс сплавов металл-металл. Нарис. 7.2 показаны зависимости температуры Тс этих сплавов отвеличины е[а. Видно, что большая часть сплавов имеет температуру Тс более низкую, чем температура, описываемая кривой (1) Колл-211Т а б л и ц а 7. 1.
Состав и с в о й с т аМорфнЫ* й сверхпроводящих сплавов, полученных закалкой ИЗ жидкого состоянииСостав сплава,%(ат.)тс,кHc,(4,2 K),kA / m;v<0),,состоянийkA/(m-K)эВ-атомхX пинdHc JdTVкLa8oAu2o3 ,5—— 18300 , 8 j)96LagoAlgo4 ,4 3480— 20200 ,7 5112La70Cuso3 ,53 ,04 ,5 5800— 2093————La78N i 2 2Zr7BRh2B—,—Zr70Be302 ,8 0— 18940 ,8 9Zr7pPd3oZrBBBe3BNb1()2 ,4— 2109——180NbeoNi4o1 ,5—--——“NbB8 Rh4 24 ,7——NbB8kh 2 eN i 1 63 ,43 ,1 8La80Ga20La80Ge203 ,84 ,8—_—Moe4 kuieP 2 07 ,31Мо 4 3 киа2 Р 2 0—————1—• .wт———■р, мкОмХхсмВЯЗКО СТЬФорма образца2000Д и ск и1630»—0МетодзакалкиИсточник[13— 15]»»мн, вкМН»»».—07 9 ,0220060290+ЛентаЗД—0Д и ск имнзд———234+Лента———+Д и ски———0»и»».— 2507■м н , вкГ161[1 3 ,1 4 ][1 3 ,1 4 ][1 7 ,1 8 ][2 0 ][1 5 ,1 9 ][2 1 ]мн[1 3 ,1 4 ,22][1 3 ,1 4 ]мнмн[1 3 ,1 4 ][15]1 0 9 ,6—1700»мн[16]—300X»мн[23]7 7 ,1300X»мн[24]4 7 ,2330X»мн[24]—130Xмн[24]0 ,3 5——————210— 17910 ,7 06400— 19500 ,9 36 ,1 83800— 20300 ,6 8Мо 3 2 ки 4 8 Р 2 04 ,6 81200— 21330 ,5 3Mob4 Ru3 6 B1 07 ,1 06400— 2022—— 1767— ■—к0W4 0 RU4 0 P 2 04 ,5 7X».
мн[24]Mo 8 0 P i 0 b 1 09 ,08800?— 1401——8 1 ,0—X»мн[23]Moe4 ReiePx0 B1 08,716800— 1926————X»мн[24]П р о д о л ж е н и е т а б л . 7 .1HСостав сплава, % (ат)N b82S i i 8N b66M o 25 S i2oCi(4,2 K ),kA / mdH/dT,состоянийк а Л м -К)эВ -атомххспии—_кр, мкОмХХсм______——————eD.KВ язкостьФорма образцаМетодзакалкиИсточник-ьЛ ентазд[6]+»зд[6]Xздзд[6][6]4 ,4--- •5 ,32300—2308————————+————+——+N beoM ogoSi2o5 ,5N b80S iie B44 ,7——N b80S i i 2B84 ,81280—N b60S i i eG e44 ,7640— 1910——.■.зд[6][25]»зд»зд[6][25]зд[25]N b8oSiieC44 ,5480— 2229————N beoZr20S iieB44 ,7——————+N b40M o4oSiie B45 ,32640—————X»T ijjN b so S ijs•4,92720—————+»дд[7]T i46N b4oSi165,13040—————+».
Ьд[7]T i45Nb40S i12B35 ,45750—————+»зд[9]TiggNbaoSiioBg5,16 ,8——————+»зд6000—2308———270X»зд[9][26]зд[27]ЗД[26]M o 70S i2oB10м»Тс . кЩ0),.'зд+■Mo7BS i5B 2(>7,15200— 1910————X»W 7oS l 2oB104 ,5640—2070———340X»»Z r86S ii52,71— 2300[28,29]0 ,4 0223100270— ,зд+--- '»[30]Z r3BN bBo S iiB3 ,5 6— 17270 ,3 722972190зд+—»3 ,8 2— 16710 ,3 523169[30]180здZ r iBNb7(>SiIB+О б о з н а ч е н и я : N ( 0 ) — п лотн ость эл ектрон н ы х состояни й на п оверхн ости Ф ерм и ; e D — те м п е р а т у р а Д е б а я ;k — п а р а м е т р Г и н зб у р га — Л а н д а у ;р — эл ектри ческ ое со п р о ти в л ен и е; -\----- в о зм о ж н а д е ф о р м а ц и я и зги бом н а 180° сп лотн ы м п ри л еган и ем концов о б р а з ц а ; X — р а зр у ш е н и е п ри и зги бе; 0 — не у ста н о в л е н о ; М Н — м о л о т а и н а к о в а л ь н и ; М В —в ы стр ел и в ан и я к ап л и ; З Д — з а к а л к а н а ди ске.
_________________________________________________ '___________________вера-Хэммонда. Если у компонентов сплава наблюдаются значительные различия в значениях е/а, то Тс такого сплава, как правило, ниже значений критической температуры, полученных Коллвером и Хэммондом для сплавов соседних металлов, что, вероятно,связано с числом внешних d-электронов. На рис. 7.2 приведенытакже значения Тс для сплавов, полученных методом ионной имплантации.
Эти значения практически лежат на кривой КоллвераХэммонда. Таким образом, можно сделать вывод, что Тс слабо зависит от различий в способах получения аморфных сплавов.( У ) (Z r) (Nb)(М О )(Т с) (Ru) (Rh) (Pd)Рнс. 7.2. Зависимость Тс аморфныхсплавов, полученных криозакалкой,закалкой из жидкого состояния и ионной имплантацией, от электроннойконцентрации е/а (стрелками показаны составы сплавов, полученныхзакалкой от жидкого состояния):1 — пленочные сплавы' после низкотемпературного напыления(данныеКоллвера и Х эммонда); 2 — сплавы,полученные закалкой нз жидкого состояния; 3 — сплавы, полученные ионной имплантацией (данные Мейера)Рнс.
7.3. Влияние металлоидов М на критическую температуру аморфных сплавов(MoeoRlUo) 1—хМх [24]:1 — (MoeoRu-w))-.* Р*; 2 —(МодпRu.fo),_х вх;3—(MoeoRu40),_.,, As*;4—( Моя,, Ru.fo) j_x S i,;5 —(Moeo Ru4 o ) , _ , G e ,Критическая температура аморфных сплавов типа металл-металлоид зависит не только от сорта металлических атомов, но и отсорта и концентрации атомов металлоидов. На рис. 7.3 показановлияние металлоидов на Тс аморфного сплава M 0 6 0 RU4 0 . Критическая температура снижается с увеличением концентрации металлоида и крутизна этого снижения уменьшается в рцду Ge, Si, As, В,Р. В аморфных сплавах Ti — Nb интенсивность снижения Тс прилегировании металлоидами возрастает в ряду В, Si, С, Ge [9], т. е.здесь наблюдается та же закономерность, что и в случае аморфныхсплавов с молибденом..
Полагают, что такое снижение Тс связано сэлектроотрицательностью металлоидных атомов; чем выше электро214отрицательность металлоида, тем больше вклад электронов переходных металлов в сверхпроводимость [24].Однако несмотря на вышесказанное, интерес к сверхпроводящимаморфным сплавам возрастает, поскольку в этом случае появляетсявозможность получать материалы с превосходной прочностью ипластичностью. Сейчас уже известны следующие аморфные сверхпроводящие сплавы, которые можно деформировать изгибом на 180°с плотным прилеганием или подвергать холодной прокатке:Nb7o_83 Si17_ al, Nb80Siio- 2oBo—ю. Nb8flSiieGe4, Nb8oSii8C4, Nbsg—eoMOo—^Siao»Nb50-8oMoo—soSiieB4, T'45—TONb^—^ S i^ , Т140_ 7оЫЬ16_ 455112В3.7.3. ФАКТОРЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ВЕЛИЧИНУ Т сКак было видно из рис.
7.1 и 7.2, имеется тесная связь междукритической температурой аморфного сплава и электронной концентрацией е/а. Здесь мы кратко обсудим эту взаимосвязь.Согласно Макмиллану [33] Тс зависит от нескольких параметров:( 7 .1 )\г д е 0 Б — температура Дебая; р * — параметр электрон-электронного взаимодействия, выражающий силу кулоновского взаимодействия; %■— константа электрон-фононного взаимодействия:( 7 .2 )X = N (0 ) < I2 > / М < со2 > ,где N (0) — плотность электронных состояний на поверхности Ферми; < / 2> — средний квадрат элемента матрицы электрон-фононного рассеяния; М — масса атома, <ico2> — средний квадрат числафононных колебаний1.Из формул (7.1) и (7.2) видно, что Гс зависит от 0 d и Я [илиN (0)], поэтому для повышения Гс 'необходимо, чтобы величины ©dи А, [или N (0)] были большими.
При этом нужно учесть, что зависимость Тс от X сильнее, чем от ©о.Джонсон с сотр. [34] измерили магнитную восприимчивость %{Т)аморфных сплавов (Moi_*Ru*)8oP2 o ПРИ различных температурах.Они установили температурно независимую составляющую магнитной восприимчивости %о и, основываясь на предположении, что величина контролируется парамагнетизмом Паули, определяли N (0)как N( 0) =%о/2|ыв (jlib — магнетон Бора). Эта величина, как видноИз рис. 7.4, при увеличении концентрации рутения уменьшается от0,93 до 0,37. Критическая температура Тс при этом также уменьшается в соответствии со снижением N(0), т.
е., как и следует из(7.1) и (7.2), между N (0) и Тс имеется тесная взаимосвязь.Недавно на основе теории сильной связи в виде работ [28—30,35, 36] по данным измерений величин (dHcJdT)Tc рп, модуля Юнгаи плотности двойных Z r — (Si, Ge) и тройных Zr — N b — (Si, Ge)1 Величину < ю 2>называют среднеквадратичной фононной частотой поМакмиллану. П р и м . р е д .'215аморфных сплавов были рассчитаны Л/(0), A, 0р. Сопоставив зависимости этих величин и Тс от химического состава, авторы этихТработ показали, что в двойных сплавах Л/(0) и Тс определяютсяв первую очередь концентрациями кремния и германия, а в тройХ0N(0)оя:л$:л•i§;Г]_ ЛvIтt/%Cb0,6^iS10-Т а б л и ц а '7 .2 . К рити ческ ая тем пер а т у р а Тс, энергети ческ ая щ ел ь Д 0 икоэф ф и ц и ен т энергети ческойщ ели2 & 0/ k BT c с в е р х п р о в о д я щ и х ам о р ф н ы хс п л а в о в , полученны х к р и о за к а л к о й им ето д о м р асп ы л ен и я [37]1i1■1СплавTc,кAcмэВ2Д ./l k DT0 ,6 10 ,5 51 ,3 00 ,9 83 ,63 ,53 ,63 ,4‘ Вc8\ЧК?Nb75Si2bNb7BGe26MOg0N2oMOftgSisaV.еifA Н О эдР ю В ю *^23 ,93 ,68 ,36 ,7_____ I______ I_____ 1 _____ I_____L 0,1 0,6 0,6 OJB (0ных сплавах, кроме того, величина Аконтролируется также и содержаниемРис.
7.4. Зависимость крити ниобия. Эти результаты говорят о том,ческойтемпературыТс,что аморфные сплавы, имеющие больплотности электронных сошие значения Л ^ )имеют истоянийнаповерхностивысокую Тс.Фермн N (0) н температурно независимой составляюЗдесь учитывалось, правда, толькощей магнитной проницаемо то, что Тс зависит главным образомсти Хо от концентрации руот N (0) (или А) • Однако, как видно изтениявсплавах(7.1),. величина Тс кроме Л/(0) (или А)(M oi-* R ux) 80P2o [34]зависит также от температуры Дебая0D, причем чем выше 0п сплава, темвыше должна быть и Тс. К сожалению, сплавы с высокими значениями N (0) (или А), как правило, имеют довольно низкую температуру Дебая, и наоборот, сплавы с высокой 0 d не всегда имеютдостаточно большие значения N( 0) (или А). Все же в последнемслучае вероятность получения высокой критической температурыТс больше.Еще одним важным фактором, контролирующим сверхпроводимость, является величина энергетической щели Д0.
Величина энергетической щели определялась в туннельных экспериментах на сплавах, полученных методами криозакалки и напыления [37]. Коэффициент энергетической щели (2Ao/kBTc), как видно из табл. 7.2, составляет ~ 3 ,5 . Это значение очень близко к величине 3,52, полученной по теории БКШ.(Мо)(RU)7.4.КРИТИЧЕСКОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Н сИ КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА / сАморфные сплавы характеризуются отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, поэтому их сверхпроводимость существенно зависит от величин Нс и / с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
