Исследование влияния сверхпроводящего состояния ВТСП-оксидов на низкотемпературную адсорбцию простых газов

• Автор: Андреев, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Строение, электрические и магнитные свойства ВТСП

МАТЕРИАЛОВ

1.1.1. Структура ВТСПоксидов.

1.1.2. Свойства и структура реальной поверхности ВТСПоксидов

1.1.3. Электрические и магнитные свойства ВТСПоксидов.

2.1. Синтез иттриевых ВТСГТматериалов.

1.3. Влияние внешнего магнитного поля и магнитного состояния

ТВЕРДОГО ТЕЛА НА ГЕТЕРОГЕННЫЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

1.3.1. Влияние внешнего магнитного поля на физикохимические процессы.

1.3.2. Магнитокатализ ортопара конверсия водорода.
1.3.3. Адсорбция воды
1.3.4. Адсорбция
1.3.5. Влияние пара, ферро и ферромагнетизма на адсорбцию
1.4. Влияние сверхпроводящего состояния на физикохимические процессы, происходящие на поверхности ВТСПматериаяов
1.5. Влияние адсорбции и ингеркачяции простых молекул на сверхпроводящие свойства ВТСПматериалов.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Экспериментальная абсорбционная установка и методика ИЗМЕРЕНИЯ АДСОРБЦИИ
2.2. Схема проведения адсорбционного эксперимента
2.3. Измерение удельной поверхности адсорбента.
2.3.1. Метод БЭТ.
2.3.2. Сравнительный метод.
2.4. Измерение магнитных характеристик ВТСПматериалов.
2.4.1. Метод Фарадея.
2.4.2. Вибрационный метод измерения намагниченности высокотемпературных сверхпроводников.
2.4.3. Измерение магнитной восприимчивости сверхпроводников на переменном токе.
2.4.4. Измерения теплопереноса в системе газсверхпроводник.
2.5. Синтез адсорбентов ВТСПкерамики УЗА2Си7.х.
2.5.1. Нитратный метод
2.5.2 Метод расплавзакалка МРМС
2.6. Характеристика сверхпроводящих свойств ВТСПадсорбентов
2.7. ВТСППЛЕН КА ОоВА2Си7.х
ЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО СОСТОЯНИЯ АДСОРБЕНТА УВА2Си7х НА АДСОРБЦИЮ ПРОСТЫХ ГАЗОВ
3.1. Адсорбция аргона и кислорода на сверхпроводящем СП и несверхпроводящем НСП адсорбентах УВл2Си7.х.
3.2. Адсорбция кислорода, азота на сверхпроводящем УСП ачсорбенте
3.3. Влияние сверхпроводящего состояния на низкотемпературную АДСОРБЦИЮ СО НА ИТТРИЕВОЙ КЕРАМИКЕ УВл2Си7х
3.4. Влияние внешнего магнитного поля на адсорбцию кислорода на ВТСПкерамике УВл2Си7х.
3.5. Влияние сверхпроводящего состояния керамики УВА2Си7.х на характер столкновений молекул кислорода с ее поверхностью
ЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ АДСОРБЦИИ ПРОСТЫХ АЗОВ НА СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА ВТСПЛЕНКИ
4.1. Влияние адсорбированных газов К2, и Ая на сверхпроводимость ГАДОЛИНИЕВОЙ ВТСППЛЕНКИ
ЫВОДЫ.
ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
Введение
Влияние магнитного поля на физические, химические и биологические системы исследовалось многократно, однако лишь малое количество работ посвящено влиянию магнитного состояния твердого тела и внешнего магнитного поля на физикохимические процессы, происходящие в етерогенных системах таких, как каталитические реакции на поверхности вердых тел, физическая и химическая адсорбция.
Можно предполагать, что физическая и химическая адсорбция также должны быть подвержены влиянию внешнего магнитного поля и зависеть от агнигного состояния адсорбента.
После открытия нового класса оксидных материалов, обладающих верхпроводимостыо выше температуры кипения жидкого азота, существенно асширилась область исследований влияния сверхпроводимости как собычного состояния вещества, обладающего нулевым электрическим противлением и полным диамагнетизмом, на разнообразные физические и изикохимичсские процессы. Одним из таких процессов может служить сорбция молекул на поверхности твердого тела. В этом случае полнительным специфическим фактором, влияющим на адсорбцию газа на ерхироводнике в области температур ниже сверхпроводящего перехода, ляется полный диамагнетизм адсорбента. Работ, посвященных следованию этих взаимодействий, крайне мало, хотя их изучение могло бы олигь свет на механизм взаимодействия молекул с поверхностью рхпроводника.
На свойства сверхпроводящего материала сильно влияет внешнее гнитное иоле. Следовательно, при определенном механизме имодействия внешних молекул с поверхностью твердого тела система рхлроводящий адсорбент адсорбат также должна быть чувствительной к ялнему магнитному полю.
В ВТСПматериалах наряду с гранулярной сверхпроводящей системой гествует также джозсфсоновская система сеть межгранулъных контактов, орые обладают существенно меньшими критическими параметрами эхпроводимости. Мсжгранульная подсистема более чувствительна к
внешним воздействиям, что дает возможность исследования обратного процесса влияния адсорбированных молекул на электротранспортаые и магнитные свойства тонкопленочных сверхпроводников, обладающих, по сравнению с массивными ВТСПматериалами, большим отношением гювсрхиостьобъсм.
Актуальность


Буквально вслед а этим, в марте года было сообщено об открытии сверхпроводимости ри температуре жидкого азота в системах 2. Эти сверхпроводящие оксиды открыли, несомненно, новые важные ехнологические возможности для их применения и, что не менее важно, ридали существенное ускорение исследованиям но химии твердотельных ксидных материалов, изучению магнитных свойств твердого тела, а также зучению взаимодействия поверхности идеальных диамагнетиков, какими вляются сверхпроводники, с внешней средой. Характерными представителями ВТСПматериалов являются ногокомпонентные оксидные системы , , где здкоземельный элемент, чаще всего , и i, имеющие гровскитную или дефектную перовскитную структуру . На Рис. Системе i подобна также система I, не вставленная на Рис. Рис. Кристаллическая структура ВТСПоксидов а 1аВа5гСи0, 6 УВаСиО, в ВгСаСи0 показана элементарной ячейки. Характерной особенностью практически всех ВТСПматериалов является наличие медькислородных слоев и цепочек. Полагают, что наиболее важным фактором, определяющим возможность появления сверхпроводящей фазы, является существование как минимум двух способов координации меди в структурной ячейке материала в связи со способностью решеточных ионов меди находиться в нескольких степенях окисления I, II и III. Это приводит к возможности перекрывания орбиталей атомов металла с рорбиталью кислорода и к образованию валентной зоыы6. Вторым фактором, ответственным за появление сверхпроводимости в обсуждаемых оксидных системах, является низкая пространственная размерность электронной структуры, близкая к двухмерной. За низкую эффективную размерность электронной структуры ВТСПматериалов отвечают медькислородные слои см. Рис. Прямым доказательством наличия у ВТСПоксидов низкой структурной размерности является сильная анизотропия сверхпроводящих свойств величина критического тока вдоль кристаллографических осей а и на порядок выше, чем в направлении оси с 7,8. Решетка x имеет следующие параметры а 0,,1 нм, 0,,1 нм, с 1,,5 нм, пространственная группа Рттт 9,Ю. В соединении УВа2Сизх нарушение стехиометрии происходит за счет заполнения кислородных рядов в положении см. Рис. Сверхпроводящая ромбическая структура соединения . При х0,6 для элементарной ячейки оксида характерна несверхпроводящая тетрагональная структура. На Рис. Видно, что количество избыточного, или подвижного кислорода кардинальным образом влияет на сверхпроводящие свойства керамики. О 0,2 0,4 0,
Рис. Зависимость критической температуры от кислородного индекса л для УВа2Сиз. Си и две позиции О и в цепочках СиО см. Рис. Теоретически обоснованы и экспериментально обнаружены три различных валентных состояния кислорода О2, и , которые находятся в динамическом равновесии, оказывая влияние на сверхпроводящие и химические свойства практически во всех ВТСПматериалах. Неравноценность положения атомов кислорода в плоскости СиО или в плоскости аЬ связана с ромбичностью кристаллической структуры материала УВа2Сизх, где длина связи кислородмедь вдоль оси а меньше, чем вдоль оси Ь. В ромбической фазе с малой величиной кислородного индекса х большинство атомов кислорода находится в положении , и состояние характеризуется как высоко упорядоченное. В тетрагональной фазе атомы кислорода случайным образом распределены между положениями и . В связи с особенностями упорядочения кислорода в материале УВа2Сиз. УВа2Сизх л0. Обнаружено, что в области этого перехода в кристалле УВа2Сиз. Более того, полученные результаты свидетельствуют о том, что атомы кислорода могут успешно диффундировать в кристалле даже при температуре жидкого азота. Поликристаллический ВТСПматериал керамика представляет собой систему анизотропных сверхпроводящих гранул с размерами от 1 до 0 мкм, соединенных между собой трехмерной сетью слабых джозефсоновских связей ,. В общем случае контакт между гранулами имеет сэндвичструктуру БЬММБтипа Б сверхпроводник, слой с нормальной металлической проводимостью или сверхпроводника с более низкой критической температурой, I слой диэлектрика или полупроводника.