Пленки с чрезвычайно низким сопротивлением и способы их модифицирования или создания

Пленки с чрезвычайно низким сопротивлением и способы их модифицирования или создания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

(01) Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/248130 под названием «High Temperature Extremely Low Resistance Materials and Methods for Modifying or Creating Same», поданной 2 октября 2009 г., которая включена в этот документ посредством ссылки во всей ее полноте.

Область изобретения

(02) Изобретение в общем относится к пленкам или лентам с чрезвычайно низким сопротивлением («ЧНС-пленкам» или «ЧНС-лентам») при высоких температурах и, более конкретно, к модифицированию существующих ЧНС-пленок и/или созданию новых ЧНС-пленок, которые работают с улучшенными рабочими характеристиками.

Предпосылки изобретения

(03) Проводимые в настоящее время исследования направлены на разработку новых материалов с улучшенными рабочими характеристиками, например, с пониженным электрическим сопротивлением при более высоких температурах по сравнению с существующими материалами, включая сверхпроводящие материалы. Ученые теоретически предсказали возможное существование «идеального проводника», или материала, который работает с чрезвычайно низким сопротивлением, но который может не демонстрировать в обязательном порядке все характеристики, обычно присущие сверхпроводящему материалу.

(04) Несмотря на их название, обычные высокотемпературные сверхпроводящие («ВТСП») материалы все же работают при очень низких температурах. К тому же, наиболее часто используемые ВТСП-материалы все еще требуют применения системы охлаждения, которая использует жидкости с очень низкими температурами кипения (например, жидкий азот). Такие системы охлаждения увеличивают затраты на ввод в эксплуатацию и препятствуют широкому коммерческому использованию и использованию частными потребителями и/или применению таких материалов.

(05) Поэтому необходимы ЧНС-пленки с улучшенными рабочими характеристиками; механизмы модифицирования известных ЧНС-пленок таким образом, чтобы модифицированные ЧНС-пленки работали с улучшенными рабочими характеристиками; и/или методы разработки и изготовления новых ЧНС-пленок.

Краткое описание чертежей

(06) Сопроводительные чертежи, которые включены для обеспечения дополнительного понимания изобретения и входят в состав этого описания и являются его частью, иллюстрируют различные примерные варианты реализации изобретения и вместе с подробным описанием служат для разъяснения различных принципов и/или аспектов изобретения.

(07) Фигура 1 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид с первой стороны.

(08) Фигура 2 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(09) Фигура 3 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(10) Фигура 4 иллюстрирует концептуальную механическую модель кристаллической структуры ЧНС-материала.

(11) Фигура 5 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.

(12) Фигура 6 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.

(13) Фигура 7 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, примерного ЧНС-материала.

(14) Фигура 8 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.

(15) Фигура 9 иллюстрирует концептуальную механическую модель улучшенной кристаллической структуры, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала.

(16) Фигура 10 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(17) Фигура 11 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, ЧНС-материала как перспективный вид с первой стороны.

(18) Фигура 12 представляет собой технологическую схему изготовления модифицированного материала из ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(19) Фигуры 13A-13J иллюстрируют приготовление модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(20) Фигура 14 представляет собой технологическую схему осаждения модифицирующего материала на ЧНС-материал в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(21) Фигура 15 иллюстрирует испытательный стенд, применимый для определения различных рабочих характеристик модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(22) Фигуры 16A-16G иллюстрируют результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала.

(23) Фигура 17 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(24) Фигура 18 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(25) Фигура 19 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(26) Фигура 20 иллюстрирует полезное для распространения электрического заряда расположение ЧНС-материала и модифицирующего материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(27) Фигура 21 иллюстрирует отдельную элементарную ячейку примерного ЧНС-материала.

(28) Фигура 22 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(29) Фигура 23 иллюстрирует несколько слоев кристаллических структур примерного ЧНС-материала с модифицированной поверхностью в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(30) Фигура 24 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с хромом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(31) Фигура 25 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с ванадием в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(32) Фигура 26 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с висмутом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(33) Фигура 27 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с медью в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(34) Фигура 28 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с кобальтом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(35) Фигура 29 иллюстрирует результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала, а именно, с титаном в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(36) Фигура 30 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид с третьей стороны.

(37) Фигура 31 иллюстрирует систему координат и обозначений, применимую для описания различных вариантов реализации изобретения.

(38) Фигура 32 иллюстрирует c-пленку ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(39) Фигура 33 иллюстрирует c-пленку с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(40) Фигура 34 иллюстрирует c-пленку с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(41) Фигура 35 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на подходящие поверхности ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(42) Фигура 36 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на подходящие поверхности ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(43) Фигура 37 иллюстрирует c-пленку с травленой поверхностью, включающей подходящие поверхности ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(44) Фигура 38 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на травленую поверхность c-пленки с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(45) Фигура 39 иллюстрирует a-b пленку, включающую необязательную подложку, с подходящими поверхностями ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(46) Фигура 40 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на подходящие поверхности ЧНС-материала a-b пленки в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(47) Фигура 41 иллюстрирует различные примерные расположения слоев ЧНС-материала, модифицирующего материала, буферных или изолирующих слоев и/или подложек в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(48) Фигура 42 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(49) Фигура 43 иллюстрирует пример дополнительной обработки, которая может быть выполнена в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(50) Фигура 44 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

(51) Фигура 45 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

(52) Фигура 46 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала как перспективный вид со второй стороны.

Сущность изобретения

(53) Говоря в общем, различные варианты реализации изобретения относятся к модифицированию существующих ЧНС-материалов и/или процессам создания новых ЧНС-материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения существующие ЧНС-материалы модифицируют, чтобы создать модифицированные ЧНС-материалы с улучшенными рабочими характеристиками. Эти рабочие характеристики могут включать, но не ограничиваясь ими, работу в ЧНС-состоянии (включая, например, сверхпроводящее состояние) при более высоких температурах, работу с увеличенной способностью к переносу заряда при тех же самых (или более высоких) температурах, работу с улучшенными магнитными свойствами, работу с улучшенными механическими свойствами и/или другие улучшенные рабочие характеристики. Как будет описано более подробно ниже, для целей этого описания, ЧНС-материалы включают: сверхпроводящие материалы, включая ВТСП-материалы; идеально проводящие материалы (например, идеальные проводники); и другие проводящие материалы с чрезвычайно низким сопротивлением.

(54) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки, чтобы создать модифицированную ЧНС-пленку, при этом модифицированная ЧНС-пленка обладает улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-пленкой без модифицирующего материала.

(55) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает формирование подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке и наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки, чтобы создать модифицированную ЧНС-пленку, при этом модифицированная ЧНС-пленка обладает улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-пленкой самой по себе или без модифицирующего материала. В других вариантах реализации изобретения подходящая поверхность не является по существу параллельной c-плоскости ЧНС-пленки.

(56)В различных вариантах реализации изобретения улучшенные рабочие характеристики включают работу в ЧНС-состоянии при более высоких температурах, работу с увеличенной способностью к переносу заряда при тех же самых или более высоких температурах, работу с улучшенными магнитными свойствами или работу с улучшенными механическими свойствами.

(57) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает осаждение модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки. В других вариантах реализации изобретения осаждение модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает применение молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE), импульсного лазерного осаждения (PLD) или химического осаждения из паровой или газовой фазы (CVD).

(58) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-пленки, которая не является по существу параллельной c-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала в ЧНС-пленке. В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-материала, которая параллельна ab-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-материала, которая параллельна a-плоскости или b-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала.

(59) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия, бериллия, галлия или селена на подходящую поверхность ЧНС-пленки.

(60) В некоторых вариантах реализации изобретения формирование подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке включает открывание (обнажение) подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке.

(61) В некоторых вариантах реализации изобретения формирование подходящей поверхности на или в ЧНС-пленке включает наслаивание ЧНС-материала на подложку таким образом, что конкретная ось кристаллической структуры ЧНС-материала ориентируется вдоль главной оси подложки, при этом конкретная ось представляет собой линию в c-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала. В других вариантах реализации изобретения конкретная ось является a-осью или b-осью.

(62) В некоторых вариантах реализации изобретения открывание подходящей поверхности ЧНС-пленки включает травление первичной поверхности ЧНС-пленки, чтобы увеличить площадь первичной поверхности.

(63) В некоторых вариантах реализации изобретения открывание подходящей поверхности ЧНС-пленки включает создание рисунка на первичной поверхности ЧНС-пленки, посредством чего открываются одна или более подходящих поверхностей ЧНС-пленки.

(64) В некоторых вариантах реализации изобретения создание рисунка на первичной поверхности ЧНС-пленки включает прорезание канавки в ЧНС-материале ЧНС-пленки. В некоторых вариантах реализации изобретения канавка проходит по существу в направлении главной оси ЧНС-пленки. В некоторых вариантах реализации изобретения канавка имеет глубину, по существу равную толщине ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения канавка имеет глубину, которая меньше толщины ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения ширина упомянутой по меньшей мере одной канавки составляет больше чем 10 нм. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал осаждают в канавку.

(65) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает создание по меньшей мере одной канавки в первичной поверхности ЧНС-пленки, посредством чего открывается грань ЧНС-пленки, причем открытая грань является поверхностью, параллельной ab-плоскости кристаллической структуры ЧНС-материала в ЧНС-пленке, и осаждение модифицирующего материала на открытую грань.

(66) В некоторых вариантах реализации изобретения осаждение модифицирующего материала на открытую грань включает осаждение слоя в одну структурную единицу модифицирующего материала на открытую грань. В некоторых вариантах реализации изобретения осаждение модифицирующего материала на открытую грань включает осаждение слоев в две или более структурных единицы модифицирующего материала на открытую грань.

(67) В некоторых вариантах реализации изобретения наслаивание модифицирующего материала на подходящую поверхность ЧНС-пленки включает наслаивание модифицирующего материала на грань ЧНС-пленки, которая не является по существу параллельной c-плоскости ЧНС-пленки.

(68) В некоторых вариантах реализации изобретения способ включает связывание модифицирующего материала с ЧНС-материалом, чтобы образовать модифицированный ЧНС-материал, при этом модифицированный ЧНС-материал работает при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал является сверхпроводящим материалом.

(69) В некоторых вариантах реализации модифицирующий материал наслаивают на ЧНС-материал, чтобы образовать модифицированный ЧНС-материал, который работает с улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с ЧНС-материалом самим по себе или без модифицирующего материала. ЧНС-материалы могут быть выбраны из семейства ЧНС-материалов, называемых медьоксидными перовскитами со смешанной валентностью. В некоторых вариантах реализации модифицирующие материалы могут быть выбраны из любого одного из или сочетания следующих элементов: хром (Cr), медь (Cu), висмут (Bi), кобальт (Co), ванадий (V), титан (Ti), родий (Rh), бериллий (Be), галлий (Ga) и/или селен (Se).

(70) В некоторых вариантах реализации изобретения композит содержит ЧНС-материал и модифицирующий материал, связанный с ЧНС-материалом таким образом, что композит работает в ЧНС-состоянии при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала.

(71) В некоторых вариантах реализации изобретения композит включает первый слой, содержащий ЧНС-материал, и второй слой, содержащий модифицирующий материал, при этом второй слой связан с первым слоем. В некоторых вариантах реализации изобретения композит включает первый слой, содержащий ЧНС-материал, второй слой, содержащий модифицирующий материал, при этом второй слой связан с первым слоем, третий слой, содержащий ЧНС-материал, и четвертый слой модифицирующего материала, при этом третий слой связан с четвертым слоем. В некоторых вариантах реализации изобретения второй слой осажден на первый слой. В некоторых вариантах реализации изобретения первый слой осажден на второй слой. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал первого слоя сформирован на втором слое. В некоторых вариантах реализации изобретения первый слой имеет толщину в по меньшей мере одну элементарную кристаллическую ячейку ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения первый слой имеет толщину в несколько элементарных кристаллических ячеек ЧНС-материала. В некоторых вариантах реализации изобретения второй слой имеет толщину в по меньшей мере одну структурную единицу (например, атом, молекулу, кристалл, элементарную ячейку или другую структурную единицу) модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения второй слой имеет толщину в несколько структурных единиц модифицирующего материала.

(72) В некоторых вариантах реализации изобретения композит включает первый слой, содержащий YBCO, и второй слой, содержащий модифицирующий материал, при этом модифицирующий материал второго слоя связан с YBCO первого слоя, и при этом модифицирующий материал является элементом, выбранным из одного или более из группы, включающей: хром, медь, висмут, кобальт, ванадий, титан, родий, бериллий, галлий или селен. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу параллельна c-оси YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу параллельна ab-плоскости YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу перпендикулярна b-оси YBCO. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал второго слоя связан с гранью YBCO первого слоя, причем эта грань по существу перпендикулярна a-оси YBCO.

(73) В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит сверхпроводящий материал. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит медьоксидный перовскитный материал со смешанной валентностью. В некоторых вариантах реализации изобретения медьоксидный перовскитный материал со смешанной валентностью может быть выбран из групп, в общем обозначаемых как LaBaCuO, LSCO, YBCO, BSCCO, TBCCO, HgBa₂Ca₂Cu₃O_x, или другие медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит материал пниктид железа. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материал содержит диборид магния. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть проводящим материалом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть материалом, который легко связывается с кислородом. В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть проводящим материалом, который легко связывается с кислородом («связывающим кислород проводящим материалом»). В некоторых вариантах реализации изобретения модифицирующий материал может быть любым одним из или сочетанием хрома, меди, висмута, кобальта, ванадия, титана, родия, бериллия, галлия и/или селена. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть использованы различные сочетания ЧНС-материалов и модифицирующих материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-материалом является YBCO, а модифицирующим материалом является хром.

(74) В некоторых вариантах реализации изобретения композит ЧНС-материала с модифицирующим материалом работает при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит демонстрирует ЧНС при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит переходит из не-ЧНС-состояния в ЧНС-состояние при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит имеет более высокую температуру перехода, чем у ЧНС-материала самого по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит переносит ток большей величины в ЧНС-состоянии по сравнению с током, переносимым ЧНС-материалом самим по себе или без модифицирующего материала.

(75) В некоторых вариантах реализации изобретения композит работает в ЧНС-состоянии при более высокой температуре, чем ЧНС-материал сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения композит работает в ЧНС-состоянии при более высоких температурах, чем любая из следующих температур: 200K, 210K, 220K, 230K, 240K, 250K, 260K, 270K, 280K, 290K, 300K или 310K.

(76) В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит имеет улучшенные рабочие характеристики по сравнению с YBCO самим по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит работает при более высокой температуре, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит демонстрирует чрезвычайно низкое сопротивление при более высокой температуре, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит переходит из не-ЧНС-состояния в ЧНС-состояние при более высокой температуре, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит имеет более высокую температуру перехода, чем YBCO сам по себе или без модифицирующего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, где ЧНС-материалом является YBCO, композит переносит ток большей величины в ЧНС-состоянии по сравнению с током, переносимым YBCO в его ЧНС-состоянии самим по себе или без модифицирующего материала.

(77) В некоторых вариантах реализации изобретения ЧНС-композит включает первый слой, состоящий из ЧНС-материала, и второй слой, состоящий из модифицирующего материала, связанного с ЧНС-материалом первого слоя, при этом ЧНС-композит имеет улучшенные рабочие характеристики по сравнению с ЧНС-материалом без модифицирующего материала.

Подробное описание

(78) Различные признаки, преимущества и варианты реализации изобретения могут быть определены или быть очевидными из рассмотрения представленного ниже подробного описания, чертежей и формулы изобретения. Следует понимать, что подробное описание и чертежи являются примерными и предназначены для предоставления дополнительных разъяснений без ограничения объема изобретения, кроме изложенного ниже в формуле изобретения.

(79) Различные варианты реализации изобретения относятся к ЧНС-пленкам (которые включают ЧНС-материалы) и, более конкретно, к модифицированию существующих ЧНС-пленок и/или созданию новых ЧНС-пленок, которые работают с улучшенными рабочими характеристиками. Новые ЧНС-пленки могут охватывать, например, композиты, продукты, процессы производства, получаемые с помощью процессов продукты, способы изготовления новых ЧНС-пленок, например, чтобы получить новый технический эффект.

(80) Для целей этого описания, материалы с чрезвычайно низким сопротивлением («ЧНС») могут включать: сверхпроводящие материалы, включая, но не ограничиваясь ими, ВТСП-материалы; идеально проводящие материалы (например, идеальные проводники); и другие проводящие материалы с чрезвычайно низким сопротивлением. Кроме того, для целей этого описания, рабочие характеристики в отношении ЧНС-материалов и/или различных вариантов реализации изобретения могут включать, но не ограничиваясь ими, сопротивление ЧНС-материала в его ЧНС-состоянии (например, в отношении сверхпроводников - сверхпроводящем состоянии), температуру перехода ЧНС-материала в его ЧНС-состояние, способность к распространению заряда ЧНС-материала в его ЧНС-состоянии, одно или более магнитных свойств ЧНС-материала, одно или более механических свойств ЧНС-материала и/или другие рабочие характеристики ЧНС-материала. Кроме того, для целей этого описания, «чрезвычайно низкое сопротивление» представляет собой сопротивление, сходное по величине с сопротивлением течению тока у сверхпроводящих материалов II рода в их сверхпроводящем состоянии, и может обычно быть выражено в единицах сопротивления в интервале от нуля Ом·см до одной пятидесятой (1/50) от удельного сопротивления по существу чистой меди при 293K. Например, как использовано здесь, по существу чистой медью является медь чистотой 99,999%. В различных вариантах реализации изобретения области модифицированных и/или новых ЧНС-материалов имеют удельное сопротивление в интервале от нуля Ом·см до 3,36×10^-8 Ом·см.

(81) Постепенные улучшения в температуре перехода (иногда также называемой критической температурой) ЧНС-материалов и, в частности, сверхпроводящих материалов, представляются основанными на методе проб и ошибок, а не на понимании механизмов, по которым работают ЧНС-материалы. Без такого понимания дальнейшие улучшения температуры перехода (или других рабочих характеристик) известных ЧНС-материалов (или их классов), а также разработка новых ЧНС-материалов ограничены. Как обычно понимается, температура перехода представляет собой температуру, ниже которой ЧНС-материал «вырабатывает» или проявляет (или начинает проявлять) чрезвычайно низкое сопротивление и/или другое явление, связанное с ЧНС-материалами. При работе с чрезвычайно низким сопротивлением ЧНС-материал называют находящимся в ЧНС-состоянии. При температурах выше температуры перехода ЧНС-материал перестает проявлять чрезвычайно низкое сопротивление, и ЧНС-материал называют находящимся в своем не-ЧНС-состоянии. Другими словами, температура перехода соответствует температуре, при которой ЧНС-материал изменяется между его не-ЧНС-состоянием и его ЧНС-состоянием. Следует принимать во внимание, что у некоторых ЧНС-материалов температура перехода может находиться в интервале температур, на протяжении которого ЧНС-материал изменяется между его не-ЧНС-состоянием и его ЧНС-состоянием. Следует также принимать во внимание, что ЧНС-материал может обладать гистерезисом в его температуре перехода с одной температурой перехода, когда ЧНС-материал нагревается, и другой температурой перехода, когда ЧНС-материал охлаждается.

(82) Фигура 31 иллюстрирует систему 3100 координат и обозначений, которая может быть использована для описания различных вариантов реализации изобретения. Система 3100 координат и обозначений включает набор осей, называемых a-осью, b-осью и c-осью. Для целей этого описания ссылка на a-ось включает a-ось и любую другую ось, параллельную ей; ссылка на b-ось включает b-ось и любую другую ось, параллельную ей; и ссылка на c-ось включает c-ось и любую другую ось, параллельную ей. Различные пары осей образуют в системе 3100 координат и обозначений набор плоскостей, называемых a-плоскостью, b-плоскостью и c-плоскостью, где: a-плоскость образована b-осью и c-осью и перпендикулярна a-оси; b-плоскость образована a-осью и c-осью и перпендикулярна b-оси; и c-плоскость образована a-осью и b-осью и перпендикулярна c-оси. Для целей этого описания ссылка на a-плоскость включает a-плоскость и любую плоскость, параллельную ей; ссылка на b-плоскость включает b-плоскость и любую плоскость, параллельную ей; и ссылка на c-плоскость включает c-плоскость и любую плоскость, параллельную ей. Кроме того, в отношении различных «граней» или «поверхностей» кристаллических структур, описанных здесь, грань, параллельная a-плоскости, может иногда называться гранью «b-c»; грань, параллельная b-плоскости, может иногда называться гранью «a-c»; и грань, параллельная c-плоскости, может иногда называться гранью «a-b».

(83) Фигура 1 иллюстрирует кристаллическую структуру 100 примерного ЧНС-материала как перспективный вид с первой стороны, а именно, в направлении, перпендикулярном грани «a-b» кристаллической структуры 100 и параллельном ее c-оси. Фигура 2 иллюстрирует кристаллическую структуру 100 как перспективный вид со второй стороны, а именно, в направлении, перпендикулярном грани «b-c» кристаллической структуры 100 и параллельном ее a-оси. Фигура 22 иллюстрирует дополнительную глубину (а именно, в пределах страницы) для кристаллической структуры 100 примерного ЧНС-материала. Для целей этого описания примерный ЧНС-материал, проиллюстрированный на Фигуре 1, Фигуре 2 и Фигуре 22, является в целом представителем различных ЧНС-материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения примерный ЧНС-материал может быть представителем семейства сверхпроводящих материалов, называемых медьоксидными перовскитами со смешанной валентностью. Медьоксидные перовскиты со смешанной валентностью включают, но не ограничиваясь ими, LaBaCuO_x, LSCO (например, La_2-xSr_xCuO₄ и т.п.), YBCO (например, YBa₂Cu₃O₇ и т.п.), BSCCO (например, Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ и т.п.), TBCCO (например, Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀ или Tl_mBa₂Ca_n-1Cu_nO_2n+m+2+δ), HgBa₂Ca₂Cu₃O_x, и другие медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью. Другие медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью могут включать, но не ограничиваясь ими, различные замещения катионов, как это будет понятно. Как это также будет понятно, вышеуказанные медьоксидные перовскитные материалы со смешанной валентностью могут относиться к родовым классам материалов, в которых существует множество разных составов. В некоторых вариантах реализации изобретения примерные ЧНС-материалы могут включать ВТСП-материал вне семейства медьоксидных перовскитных материалов со смешанной валентностью («неперовскитные материалы»). Такие неперовскитные материалы могут включать, но не ограничиваясь ими, пниктиды железа, диборид магния (MgB₂), и другие неперовскиты. В некоторых вариантах реализации изобретения примерные ЧНС-материалы могут быть другими сверхпроводящими материалами. В соответствии с различными аспектами изобретения могут быть использованы и другие материалы со щелью 210 в кристаллической структуре, как это будет понятно.

(84) Многие ЧНС-материалы имеют структуру, подобную (хотя и не обязательно идентичную) кристаллической структуре 100 при других атомах, сочетаниях атомов и/или расположениях в решетке, как это будет понятно. Как проиллюстрировано на Фигуре 2, кристаллическая структура 100 изображена двумя полными элементарными ячейками примерного ЧНС-материала, с одной элементарной ячейкой выше базовой линии 110 и одной элементарной ячейкой ниже базовой линии 110. Фигура 21 иллюстрирует отдельную элементарную ячейку 2100 примерного ЧНС-материала.

(85) Говоря в общем и как будет понятно, элементарная ячейка 2100 примерного ЧНС-материала имеет шесть «граней»: две грани «a-b», которые параллельны c-плоскости; две грани «a-c», которые параллельны b-плоскости; и две грани «b-c», которые параллельны a-плоскости (см., например, Фигуру 31). Как также будет понятно, «поверхность» ЧНС-материала в макросмысле может состоять из множества элементарных ячеек 2100 (например, сотен, тысяч или более). Ссылка в этом описании на «поверхность» или «грань» ЧНС-материала, являющуюся параллельной конкретной плоскости (например, a-плоскости, b-плоскости или c-плоскости), указывает на то, что эта поверхность образована преимущественно (т.е. в подавляющем большинстве) гранями элементарной ячейки 2100, которые по существу параллельны данной конкретной плоскости. Более того, ссылка в этом описании на «поверхность» или «грань» ЧНС-материала, являющуюся параллельной другим плоскостям, чем a-плоскость, b-плоскость или c-плоскость, (например, ab-плоскости, как описано ниже, и т.п.), указывает на то, что эта поверхность образована из некоторой смеси граней элементарной ячейки 2100, которая, в совокупном макросмысле, образует поверхность, по существу параллельную таким другим плоскостям.

(86) Исследования показывают, что некоторые ЧНС-материалы демонстрируют явление анизотропной зависимости (т.е. зависимости от направления) сопротивления. Другими словами, сопротивление при данной температуре и плотности тока зависит от направления по отношению к кристаллической структуре 100. Например, в их ЧНС-состоянии некоторые ЧНС-материалы могут переносить значительно больший ток, при нулевом сопротивлении, в направлении a-оси и/или в направлении b-оси, чем такие же материалы в направлении c-оси. Как будет понятно, различные ЧНС-материалы проявляют анизотропию в различных рабочих