Оксид иттрия-бария-меди

Оксид иттрия-бария-меди, также известный как YBCO (разговорно: и-бэ-ко) — это широко применяемый высокотемпературный сверхпроводник, известный тем, что он является первым полученным сверхпроводником с критической температурой больше 77 К, температуры кипения азота. Его химическая формула — YBa₂Cu₃O_7−x, а критическая температура T_к = 93 К. Относится к сверхпроводникам второго рода.

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.

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

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.

Структура

Свойства

Свойства материала зависят от метода получения образца.

Критическая температура (температура при которой наблюдается эффект сверхпроводимости)

Т_к = 93 К.

Критическая индукция (поле, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

B_к = 5,7 Тл.

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

J = 7⋅10⁶ А/см².

Некоторые химические и физические свойства:

• молярная масса μ = 666,19 Да,
• плотность ρ = 6,3 г/см³
• температура плавления T_пл > 1000 °C.

Получение

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

 4BaCO₃ + Y₂(CO₃)₃ + 6CuCO₃ + (¹₂ − x )O₂ ⟶ 2YBa₂Cu₃O_7−x + 13CO₂↑

Перспективы использования

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