Оксид иттрия-бария-меди

Окси́д и́ттрия-ба́рия-ме́ди, также известный как YBCO (разговорное произношение: и-бэ-ко) — широко применяемый высокотемпературный сверхпроводник, известный тем, что он является первым полученным сверхпроводником с критической температурой больше 77 К — температуры кипения азота.

Оксид иттрия-​бария-​меди ​(YBCO)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид иттрия-​бария-​меди
Хим. формула	YBa2Cu3O7−x
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	666,19 г/моль
Плотность	6,3 г/см³[1][2]
Термические свойства
Температура
• плавления	>1000 °C
Классификация
Рег. номер CAS	107539-20-8
PubChem	21871996
Рег. номер EINECS	619-720-7
SMILES	[Ba+2].[Ba+2].[Cu+2].[Cu+2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3]
InChI	InChI=1S/2Ba.2Cu.7O.2Y/q4*+2;7*-2;2*+3 YMLQHJRUACGKIM-UHFFFAOYSA-N
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Химическая формула — ${\displaystyle {\ce {YBa2Cu3O_{7-x}}}}$. Критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние ${\displaystyle T_{c}}$ = 93 К.

Относится к сверхпроводникам второго рода.

История

Рассматриваемый сверхпроводник был получен в 1987 году в Алабамском университете в Хантсвилле (UAH) У Маокунем и Полом Чу^[англ.] в Хьюстонском университете^[3].

Получение этого материала означало возможность широкого промышленного использования сверхпроводников, так как стало возможным использование для охлаждения для получения сверхпроводимости сравнительно дешёвого и доступного 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

Кристаллическая структура оксида иттрия-бария-меди

Свойства

Свойства материала зависят от метода получения образца^[6].

Критическая температура (температура ниже которой возникает состояние сверхпроводимости) ${\displaystyle T_{c}}$ 93 К. Критическая индукция (поле при котором разрушается сверхпроводящее состояние) ${\displaystyle B_{c}}$ 5,7 Тл. Критическая плотность тока (ток свыше которого разрушается сверхпроводящее состояние) ${\displaystyle J_{c}}$ 7⋅10⁶ А/см².

Некоторые химические и физические свойства

• Молярная масса 666,19 Да.
• Плотность 6,3 г/см³.
• Температура плавления более 1000 °C.

Получение

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

${\displaystyle {\ce {{4BaCO3}+{Y2(CO3)3}+{6CuCO3}+({\tfrac {1}{2}}-{\mathit {x}})O2->{2YBa2Cu3O_{7-{\mathit {x}}}}+{13CO2}\uparrow }}}$.

Перспективы использования

1. Создание сверхпроводящих магнитов.
2. Создание генераторов и линий электропередач.
3. Аккумулирование электроэнергии.
4. Создание СКВИДов (сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор)^[6].
5. Разработка сверхмощных турбогенераторов на основе сверхпроводимости^[7].
6. Разработка сверхпроводящих электрических машин^[англ.].
7. Изготовление сверхпроводящих проводов.

См. также

• BSCCO^[англ.]
• LBCO^[англ.]
• ReBCO^[англ.]
• ReBCO^[англ.]
• TBCCO^[англ.]
• Станнид триниобия
• Ниобий-титан
• Сверхпроводники на основе железа
• Высокотемпературная сверхпроводимость
• Купратные сверхпроводники^[англ.]

Примечания

1. Knizhnik, A. Interrelation of preparation conditions, morphology, chemical reactivity and homogeneity of ceramic YBCO (англ.) // Physica C: Superconductivity^[англ.] : journal. — 2003. — Vol. 400. — P. 25. — doi:10.1016/S0921-4534(03)01311-X. — Bibcode: 2003PhyC..400...25K.
2. Grekhov, I. Growth mode study of ultrathin HTSC YBCO films on YBaCuNbO buffer (англ.) // Physica C: Superconductivity^[англ.] : journal. — 1999. — Vol. 324. — P. 39. — doi:10.1016/S0921-4534(99)00423-2. — Bibcode: 1999PhyC..324...39G.
3. Wu M. K., Ashburn J. R., Torng C. J., Hor P. H., Meng R. L., Gao L., Huang Z. J., Wang Y. Q., Chu C. W. Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58. P. 908—910.
4. Superconductors Enter Commercial Utility Service IEEE SPECTRUM Архивная копия от 9 июля 2021 на Wayback Machine (англ.).
5. D. Fournier, G. Levy, Y. Pennec, J. L. McChesney, A. Bostwick, E. Rotenberg, R. Liang, W. N. Hardy, D. A. Bonn, I. S. Elfimov & A. Damascelli Loss of nodal quasiparticle integrity in underdoped YBa2Cu3O6+x // Nature Physics. — 2010.
6. Гак Д. Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов Архивная копия от 6 января 2012 на Wayback Machine. Мир провода.
7. Глебов, 1981.

Ссылки

• Раскрыт ещё один секрет высокотемпературной сверхпроводимости 15 октября 2010
• Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов Архивная копия от 6 января 2012 на Wayback Machine.
• Гинзбург В. Л., Андрюшин Е. А. Сверхпроводимость Архивная копия от 5 марта 2012 на Wayback Machine.

Литература

• Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников / Гинзберг Д. М.. — М.: Мир, 1990. — 543 с. — ISBN 5-03-001981-2.
• Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников / Амит Гоял. — М.: Мир, 2009. — 431 с. — ISBN 978-5-382-01008-3.
• Плакида Н. М. Высокотемпературные сверхпроводники.. — Дубна: ОИЯИ, 1990. — 154 с. — ISBN 5-7781-0030-2.
• Антонов Ю. Ф., Данилевич Я.Б. Криотурбогенератор КТГ-20: опыт создания и проблемы сверхпроводникового электромашиностроения.. — М.: Физматлит, 2013. — 600 с. — ISBN ISBN 978-5-9221-1521-6.

• Глебов И. А. Турбогенераторы с использованием сверхпроводимости.. — Л.: Наука : Ленингр. отд-ние, 1981. — 231 с.