Аморфные материалы (835546), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Сверхпроводники, у которых213длина свободного пробега электронов I меньше, чем длина когерентности go (7') —fiVf/jiAo [38] (Vf — скорость Электронов на поверхности Ферми), называются «грязными». В аморфных сплавах g0(0)составляет 50— 100 нм, а I — порядка межатомного' расстояния.Следовательно, 1<С£о(0) и можно сказать, что аморфные сверхпроводники являются «грязными» сверхпроводниками второго рода.Как хорошо известно, в случае «грязных» сверхпроводников длинакогерентности (т.
е. протяженность области, в пределах которойпри значительном пространственном изменении магнитного полякоэффициент энергетической щели существенно не меняется) обычно определяется следующим образом:| (Т ) = 0 ,8 5 [ | 0 / Гг/ (Тс — Т )]'/2 .(7 .3 )Глубина проникновения магнитного поля( еТ\ I/2гг^ г)’(7’4)где Xl (0) — лондоновская глубина проникновения:XL (0) = ( 3 c 2/8 :tW (0 )t> jU 2).(7 .5 )Здесь с — скорость света. Отношение длины когерентности к глубине проникновения называют параметром Гинзбурга-Ландау. Этотпараметр* = М Л / К Г ) = 0 ,7 2 5 М О ) / / .( 7 .6 )Поскольку, как уже указывалось, величина I в аморфных сверхпроводниках крайне мала, k становится очень большим (50— 100, см.табл. 7.1).
По данным работ [29, 40] длина когерентности | 0 составляет 3— 10 нм, а А.(0)—200-М 000 нм. Для аморфных сплавов критическое магнитное поле лежит между нижним критическим полемНС,(Т) и верхним критическим полем НС2(Т), т. е. аморфные сплавы являются сверхпроводниками второго рода согласно теорииГЛАГ (Гинзбург-Ландау, Абрикосов-Горьков). По теории ГЛАГвеличины НС(Т), HCi(T) и НС2(Т) связаны между собой следующимобразом.:НСг = У2 k H e (Т ),HCl = (1 / 1 / Т k) (log*: + 0 ,0 8 ) Не (Т ) ,(7 .7 )( 7 .8 )где Нс — критическое поле при 7 = 0 К.Из этих соотношений можно видеть, что для аморфных сверхпроводников при большой величине k поле Нс меньше НСг и большеHCi. Как видно из рис. 7.5, НС2 увеличивается линейно с понижениемтемпературы.
Эта линейность обнаружена во многих аморфныхсплавах. Теоретические кривые Маки [43] дают несколько завышенные значения Я С2. Таким образом, предложенные Маки [43] и Вертхамером [44] модели не позволяют объяснить температурную зависимость Нсг аморфных сплавов. Причиной этого может быть неупорядоченность атомных конфигураций как отличительная чертааморфных металлов, поэтому теоретическое изучение этого вопросапредставляет несомненный интерес.В идеальном сверхпроводнике второго рода пиннинг вихреймагнитного потока не происходит, а электрический ток нагрузки217течет в магнитном поле легко.
При этом линии магнитной индукциипритягиваются под действием силы Лоренца и в таком сверхпроводнике легко создается вязкое течение потока. Следовательно,для поддержания тока нагрузки конечной величины пиннинг необходим. Аморфные сплавы, однако, не содержат таких дефектов,как дислокации, границы зерен и микроскопические неоднородности, препятствующие перемещению линий магнитной индукции в<7с,А/смг10“150\\‘ж/2•4>\ \^ по§ „& во\^ iO - \ Ч<7Юг\ \г10*ЧЧ.V568Рнс.
7.5. Температурные за висимости верхнего критического магнитного поля НСгв аморфных сплавах молибдена [42]:1 — Mogo Pjo В10;2 — (Mo80Ru20) 80 P jo В10;3 — ( Мо80 R u 20) «о Рго>4 — (Moeo Ru40) 80 Р20;5 — (Мо40 Rue„)80 Р 2 о i6 — (Мо20 Ru80)80 Р20т,к10'О 10 го 30 W 50 50Нс,ВО-10*АкРнс. 7.6. Связь между критической плотностью токаh и критическим магнитным полем Нс ■аморфногосплава Mo48Ru32 PioBi0 (Те== 6,1 К) [40]кристаллических сплавах, и на протяжении длины когерентности |(3— 10 нм) аморфные сплавы представляются как совершенно гомогенный материал.
По этой причине пиннинг магнитного потока уних крайне слабый. Это приводит к тому, что в поле H = H Ct критическая плотность тока / с быстро падает. Экспериментально измеренные к настоящему времени значения ] с полностью согласуютсяс этим предположением. Так, критическая плотность тока / с ваморфном сплаве Mo^Rt^PioBio, как показано на рис. 7.6, в отсутствии поля (Н = 0 ) довольно велика и составляет ~ 1 0 5 А/см2, но вполе НСг понижается до 10— 100 А/см2.7.5.УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ АМОРФНЫХСВЕРХПРОВОДНИКОВ ПУТЕМ СОЗДАНИЯСМЕШАННОЙ АМОРФНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫКак уже говорилось, аморфные сплавы не имеют точек пиннинга магнитного потока и поэтому их существенным недостатком яв218ляются низкие характеристики JC(H). Эс,А/см*Недавно, однако, установлено, что можно существенно повысить / с (Я ), еслидобиться равномерного выделения в исходной аморфной ф'азе мелкодисперснойкристаллической фазы [45, 46].
Например, сплавы Ti7o_(xNb3o (Si—В)* с такойсмешанной структурой имеют Гс « 5 -г -8 Кза счет выделения сверхпроводящихо.ц .к . кристаллов, ЯС2 (4,2 К ) > 6 ,4 Хг э * s106 А/м и / с « 7 -1 0 * А/см2 (4,2 К, Я = 0).Это значение / с, как видно из рис. 7.7,Рис. 7.7. Зависимость / с( # )з»ачител1Ьно лучше по сравнению с /сдвухф азны х'сплавоводнофазного аморфного сплава пример Ti -x N b o(Si— В )*[аморфнаяфаза+кристаллическаяно такого же химического состава.фаза 'P-Ti(Nb)]от напряTi55 Nb 3oSii2B3.
Данный результат край женности магнитного поляпрн 4,2 К [45]:ней важен, так как он показывает, что1 — T i Nbso Sig В5,Тс =в аморфных сплавах, имеющих вкрапле59 К ; 2 —T i NbgQ Sijo В3,ния кристаллической фазы, можно улуч Тс = 7 ,3 К;3—шить параметры сверхпроводимости, не T ijs №>зоSi;.Bg, Г;. = , К;испортив при этом пластичности мате 4 — Ti Nbso S B ji, T c —= 7 ,3 Криала.70351576558147.6.
УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ АМОРФНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВПУТЕМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИВсе, что говорилось до сих пор, касалось сверхпроводимостисплавов содержащих аморфную фазу. Однако известно, что аморфные сплавы кристаллизуются, при этом в них могут возникать неравновесные (наряду с равновесными) фазы, которые не получаются при обычной плавке, механической или термической обработке.
Изменения в структуре могут привести к тому, что изменятся ихарактеристики Тс, НСг и / с, причем они могут оказаться выше, чемдля исходной аморфной фазы. Действительно, обнаружено, что врезультате кристаллизации с выпадением неравновесных фаз свойства таких аморфных сверхпроводников, как Ti(V, Nb, Та) — Si[47—49], Hf — (V, Nb) — Si [50] и Qu — Nb — (Ti, Zr, Hf) i[51, 52],повышаются. Так, из рис. 7.8 видно, что аморфный сплав Cu4oNb3oTi3 oпосле отжига при 800— 1000 К имеет критическую температуру Тсвыше 4,2 К, хотя равновесная фаза в этом сплаве при 4,2 К уже необладает свойством сверхпроводимости. В данном случае сверхпроводимость обусловлена выделением неравновесной фазы, имеющейупорядоченную о.ц.к. структуру.В сплавах типа Tiss-acNbaSi^ при содержании диобия выше равновесной концентрации при кристаллизации выделяется мелкодисперсная фаза p-Ti(Nb), а получаемые при этом характеристикиблизки к характеристикам промышленных сверхпроводящих спла219bob Ti — Nb : Tc~ 10 K, Zc> 2 - 105 A/cm2 (4,2 К, нулевое магнитноеполе) и Я Сг> 8 , 2 - 10® А/м.
Аморфный сплав Hf5oV35 Sii 5 после отжигасодержит химические соединения ШУ2 и V3Si, являющиеся хррошими сверхпроводниками, и имеет довольно высокие значения1Яс2> 8 - 1 0 6 А/м и / с ж 1 5 0 А/cm2 при //= 8-10® А/м. К сожалениюкристаллизация этого сплава сопровождается охрупчиванием. В сверхпроводящем состоянии этот аморфныйоплав, благодаря неплохим механическим характеристикам, можно использовать прежде ©сего для производства проволоки.
Предполагают, чтовведением стабилизирующих добавоктипа меди можно и после кристаллизационного отжига получить достаточную пластичность при сохраненииудовлетворительныххарактеристикРис. 7.8. Зависимость кри сверхпроводимости.тической температуры ТсаморфныхсплавовCu4oNb3o(Ti,Hf)ao от температуры одночасового отжига Та [52]:1 — Cu10 NbSo T iso;2 —Си ю Nb3o Hf307.7.
СТОЙКОСТЬ К ОБЛУЧЕНИЮСверхпроводящие материалы частоприменяется в агрегатах ядерногосинтеза. В ходе эксплуатации они подвергаются довольно сильному облучению. Следовательно, важной характеристикой таких материалов является их устойчивость по отношению к облучению. Однако в кристаллических сверхпроводниках, ив особенности в сверхпроводящих химических соединениях, при.облучении резко снижаются как характеристики сверхпроводимости, так и механические свойства. Так, критическая температураТс соединений Nb3Sn, Nb3Al, Nb3Ge после дозы облучения 5-10®нейтронов на 1 см2 снижается от 18—20 К до 3—4 К [53]. Сверхпроводящие же аморфные сплавы, вероятно, более устойчивы коблучению.
Об этом можно судить хотя бы на том основании, чтоих электросопротивление после облучения практически не меняется [54].Предположение о том, что аморфные сверхпроводники обладают хорошей стойкостью к облучению, высказано недавно Крамером [55]. Как показано в табл. 7.3, Тс аморфного сплава Мо4 9 ,2Ru3 2 ,8 Bi8 составляет 6,05 К, а после облучения она повышается До6,19 К. При этом ширина сверхпроводящего перехода (т.
е. переходаиз сверхпроводящего в нормальное состояние) уменьшается1 Следует отметить, что степень измельчения структуры, достигаемая прикристаллизации аморфных сплавов, в том числе и сверхпроводниковых, во многих случаях не может быть получена другими методами. Именно этим обстоятельством ряд авторов объясняет повышение критической плотности тока в сильныхмагнитных полях в случае, когда после кристаллизации наблюдается равновесноефазовое состояние (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
