Электрические, механические, вычислительные и/или другие устройства, сформированные из материалов с чрезвычайно низким сопротивлением

Электрические, механические, вычислительные и/или другие устройства, сформированные из материалов с чрезвычайно низким сопротивлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по: предварительным заявкам на патент США №№ 61/469283, 61/469567, 61/469571, 61/469573 и 61/469576, озаглавленным ʺExtremely Low Resistance Nanowiresʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469293, 61/469580, 61/469584, 61/469585, 61/469586, 61/469589, 61/469590 и 61/469592, озаглавленным ʺInductors Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469303, 61/469591, 61/469595, 61/469600, 61/469602, 61/469605, 61/469609, 61/469613, 61/469618 и 61/469652, озаглавленным ʺCapacitors Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469313, 61/469620, 61/469622, 61/469627, 61/469630, 61/469632, 61/469635, 61/469640 и 61/469645, озаглавленным ʺTransistors Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469318, 61/469599, 61/469604, 61/469608, 61/469612, 61/469617, 61/469619, 61/469624 и 61/469628, озаглавленным ʺRotating Machines Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469324, 61/469637, 61/469641 и 61/469644, озаглавленным ʺBearings Assemblies Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469331 и 61/469650, озаглавленным ʺTransformer Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469335, 61/469656, 61/469658, 61/469659 и 61/469662, озаглавленным ʺPower Transmission Components Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469342, 61/469667, 61/469679, 61/469684 и 61/469769, озаглавленным ʺFault Current Limiter Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469358, 61/469603, 61/469606, 61/469610, 61/469615, 61/469621, 61/469625, 61/469633, 61/469639, 61/469642, 61/469653, 61/469657, 61/469665 и 61/469668, озаглавленным ʺMRI Components and Apparatus Employing Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469361, 61/469623, 61/469634, 61/469643 и 61/469648, озаглавленным ʺExtremely Low Resistance Josephson Junctionsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469363, 61/469655, 61/469660, 61/469666, 61/469671, 61/469675, 61/469678, 61/469685 и 61/469691, озаглавленным ʺExtremely Low Resistance Quantum Interference Devicesʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469367, 61/469697, 61/469700, 61/469703, 61/469704 и 61/469710, озаглавленным ʺAntennas Formed from Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469371, 61/469717, 61/469721, 61/469727, 61/469731, 61/469735, 61/469740 и 61/469756, озаглавленным ʺFilters Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469398, 61/469654, 61/469673, 61/469683, 61/469687, 61/469692, 61/469711, 61/469716, 61/469723, 61/469638, 61/469646, 61/469728, 61/469737, 61/469743, 61/469745, 61/469751, 61/469754, 61/469761, 61/469766, 61/469770, 61/469772, 61/469774 и 61/469775, озаглавленным ʺSensors Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469401, 61/469672, 61/469674, 61/469676 и 61/469681, озаглавленным ʺActuators Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469376, 61/469686, 61/469690, 61/469693, 61/469694, 61/469695, 61/469696 и 61/469698, озаглавленным ʺIntegrated Circuits Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469392, 61/469707, 61/469709 и 61/469712, озаглавленным ʺExtremely Low Resistance Interconnect (ELRI) For System in Package (SIP) Applicationsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469424, 61/469714, 61/469718, 61/469720, 61/469724, 61/469726 и 61/469730, озаглавленным ʺExtremely Low Resistance Interconnect (ELRI) Connecting MEMS to Circuits on a Semiconductor ICʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469387, 61/469732, 61/469736 и 61/469739, озаглавленным ʺExtremely Low Resistance Interconnect (ELRI) for RF Circuits on a Semiconductor Integrated Circuitʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469554, 61/469742, 61/469744, 61/469747, 61/469749 и 61/469750, озаглавленным ʺIntegrated Circuit Devices Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; предварительным заявкам на патент США №№ 61/469560, 61/469753, 61/469755, 61/469757, 61/469758, 61/469759, 61/469760, 61/469762 и 61/469763, озаглавленным ʺEnergy Storage Devices Formed of Extremely Low Resistance Materialsʺ; и заявки на патент США № 13/076188, озаглавленной ʺExtremely Low Resistance Compositions and Methods for Creating Sameʺ. Каждая из вышеуказанных заявок была подана 30 марта 2011 года. Каждая из вышеуказанных заявок включена сюда по ссылке во всей своей полноте.

[0002] Эта заявка также испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/583855, озаглавленной ʺLayered Compositions, Such as Compositions that Exhibit Extremely Low Resistanceʺ, поданной 6 января 2012 года, которая включена сюда по ссылке во всей своей полноте.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Электрические, механические, вычислительные и/или другие устройства, которые работают с использованием традиционных сверхпроводящих элементов, испытывают различные недостатки, включая базирование на дорогих системах охлаждения для того, чтобы поддерживать сверхпроводящие элементы в их сверхпроводящих состояниях. Например, традиционные сверхпроводящие конденсаторы используют высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) материалы для различных компонентов, основываясь на их способности переносить ток с минимальным или нулевым сопротивлением току. Тем не менее, ВТСП-материалы требуют очень низких рабочих температур (например, температур ниже 120 K), типично реализуемых охлаждением компонентов до таких температур с использованием дорогих систем, таких как системы охлаждения на основе жидкого азота. Такие системы охлаждения повышают затраты на реализацию и препятствуют широкому коммерческому и потребительскому использованию и/или применению конденсаторов, которые используют эти материалы. Эти и другие проблемы существуют в отношении текущих устройств на основе ВТСП.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] Фигура 1 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре в первой проекции.

[0005] Фигура 2 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0006] Фигура 3 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0007] Фигура 4 иллюстрирует одну элементарную ячейку примерного ЧНС-материала.

[0008] Фигура 5 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0009] Фигура 6 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0010] Фигура 7 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0011] Фигура 8 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0012] Фигура 9 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0013] Фигура 10 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру, согласно различным вариантам реализации изобретения, ЧНС-материала при просмотре во второй проекции.

[0014] Фигура 11 иллюстрирует модифицированную кристаллическую структуру, согласно различным вариантам реализации изобретения, ЧНС-материала при просмотре в первой проекции.

[0015] Фигура 12 иллюстрирует кристаллическую структуру примерного ЧНС-материала при просмотре в третьей проекции.

[0016] Фигура 13 иллюстрирует систему координат и обозначений, применимую для описания различных вариантов реализации изобретения.

[0017] Фигуры 14A-14G иллюстрируют результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики модифицированного ЧНС-материала.

[0018] Фигура 15 иллюстрирует результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с хромом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала.

[0019] Фигура 16 иллюстрирует результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с ванадием в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала.

[0020] Фигура 17 иллюстрирует результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с висмутом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала.

[0021] Фигура 18 иллюстрирует результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с медью в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала.

[0022] Фигура 19 иллюстрирует результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с кобальтом в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала.

[0023] Фигура 20 иллюстрирует результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с титаном в качестве модифицирующего материала и YBCO в качестве ЧНС-материала.

[0024] Фигуры 21A-21B иллюстрируют результаты испытаний для модифицированного ЧНС-материала, а именно, с хромом в качестве модифицирующего материала и BSCCO в качестве ЧНС-материала.

[0025] Фигура 22 иллюстрирует расположение ЧНС-материала и модифицирующего материала, применимое для распространения электрического заряда согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0026] Фигура 23 иллюстрирует множественные слои кристаллических структур примерного поверхностно-модифицированного ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0027] Фигура 24 иллюстрирует c-пленку ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0028] Фигура 25 иллюстрирует c-пленку с надлежащими поверхностями ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0029] Фигура 26 иллюстрирует c-пленку с надлежащими поверхностями ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0030] Фигура 27 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на надлежащие поверхности ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0031] Фигура 28 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на надлежащие поверхности ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0032] Фигура 29 иллюстрирует c-пленку с протравленной поверхностью, включающую в себя надлежащие поверхности ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0033] Фигура 30 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на протравленную поверхность c-пленки с надлежащими поверхностями ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0034] Фигура 31 иллюстрирует a-b-пленку, включая необязательную подложку, с надлежащими поверхностями ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0035] Фигура 32 иллюстрирует модифицирующий материал, наслоенный на надлежащие поверхности ЧНС-материала a-b-пленки согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0036] Фигура 33 иллюстрирует различные примерные компоновки слоев ЧНС-материала, модифицирующего материала, буферных или изолирующих слоев и/или подложек в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

[0037] Фигура 34 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0038] Фигура 35 иллюстрирует пример дополнительной обработки, которая может быть выполнена согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0039] Фигура 36 иллюстрирует процесс формирования модифицированного ЧНС-материала согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0040] Фигура 1-Z является блок-схемой композиции, которая включает в себя компонент материала с чрезвычайно низким сопротивлением и модифицирующий компонент согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0041] Фигура 2-Z является блок-схемой композиции, которая включает в себя материал с чрезвычайно низким сопротивлением и два или более модифицирующих компонента согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0042] Фигура 3-Z является блок-схемой композиции, которая включает в себя слои разных материалов с чрезвычайно низким сопротивлением согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0043] Фигура 4-Z является блок-схемой композиции, которая включает в себя слои разных форм одного и того же материала с чрезвычайно низким сопротивлением согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0044] Фигура 5-Z является блок-схемой композиции, которая включает в себя множественные слои разных материалов с чрезвычайно низким сопротивлением согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0045] Фигура 6-Z является блок-схемой примерной композиции, которая включает в себя множественные слои материалов с чрезвычайно низким сопротивлением согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0046] Фигуры 7A-Z-7I-Z включают в себя результаты испытаний, демонстрирующие различные рабочие характеристики примерной композиции, проиллюстрированной на фигуре 6-Z.

[0047] Фигуры 37-A-45B-A иллюстрируют формирование нанопроводов с использованием ЧНС-материалов.

[0048] Фигуры 46-A-46J-A иллюстрируют формирование переходов Джозефсона (JJ) с использованием ЧНС-материалов.

[0049] Фигуры 47-A-53-A иллюстрируют формирование СКВИДов использованием ЧНС-материалов.

[0050] Фигуры 54-A-59-A иллюстрируют формирование медицинских устройств с использованием ЧНС-материалов.

[0051] Фигуры 37A-B-43-B иллюстрируют формирование конденсаторов с использованием ЧНС-материалов.

[0052] Фигуры 37-C-43-C иллюстрируют формирование индукторов с использованием ЧНС-материалов.

[0053] Фигуры 37-D-44-D иллюстрируют формирование транзисторов с использованием ЧНС-материалов.

[0054] Фигуры 37-E-45-E иллюстрируют формирование устройств на интегральных схемах с использованием ЧНС-материалов.

[0055] Фигуры 37-F-45-F иллюстрируют формирование интегральных схем и МЭМС-устройств с использованием ЧНС-материалов.

[0056] Фигуры 37-G-41-G иллюстрируют формирование РЧ-устройств на интегральных схемах с использованием ЧНС-материалов.

[0057] Фигуры 37-H-43-H иллюстрируют формирование компонентов и устройств маршрутизации на интегральных схемах с использованием ЧНС-материалов.

[0058] Фигуры 37-I-41B-I иллюстрируют формирование SiP-устройств на интегральных схемах с использованием ЧНС-материалов.

[0059] Фигуры 37A-J-42-J иллюстрируют формирование вращающихся машин с использованием ЧНС-материалов.

[0060] Фигуры 37A-K-41-K иллюстрируют формирование подшипников с использованием ЧНС-материалов.

[0061] Фигуры 37-L-88-L иллюстрируют формирование датчиков с использованием ЧНС-материалов.

[0062] Фигуры 37-M-50-M иллюстрируют формирование актуаторов с использованием ЧНС-материалов.

[0063] Фигуры 37-N-50-N иллюстрируют формирование фильтров с использованием ЧНС-материалов.

[0064] Фигуры 37-O-56-O иллюстрируют формирование антенн с использованием ЧНС-материалов.

[0065] Фигуры 37-P-43-P иллюстрируют формирование устройств накопления энергии с использованием ЧНС-материалов.

[0066] Фигуры 37-Q-50-Q иллюстрируют формирование ограничителей тока повреждения с использованием ЧНС-материалов.

[0067] Фигуры 37-R-50-R иллюстрируют формирование преобразователей с использованием ЧНС-материалов.

[0068] Фигуры 37A-S-40B-S иллюстрируют формирование линий передачи с использованием ЧНС-материалов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0069] Описываются электрические (электротехнические), механические, вычислительные и/или другие устройства, приборы, компоненты (конструктивные элементы), системы и/или аппараты, которые включают в себя один или более компонентов, сформированных из модифицированных, щелевых (ʺапертурированныхʺ), слоистых материалов и/или других новых материалов с чрезвычайно низким сопротивлением (ЧНС). ЧНС-материалы обеспечивают чрезвычайно низкие сопротивления току при более высоких температурах, чем температуры, обычно ассоциирующиеся с существующими высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП), улучшая рабочие характеристики устройств при этих более высоких температурах, помимо других преимуществ.

[0070] В некоторых примерах ЧНС-материалы изготавливаются на основе этого типа материалов, применения ЧНС-материалов, размера компонента, использующего ЧНС-материалы, требований к эксплуатации устройства или машины, использующего(ей) ЧНС-материалы, и т.д. По сути, во время конструирования и изготовления устройства, материал, используемый в качестве базового слоя ЧНС-материала, и/или материал, используемый в качестве одного или более модифицирующих слоев ЧНС-материала, может быть выбран исходя из различных соображений и желаемых рабочих и производственно-технологических характеристик.

[0071] Различные устройства, применения и/или системы могут использовать ЧНС-компоненты, описанные здесь. Эти устройства, применения и/или системы будут подробнее обсуждены в главах 1-18 этой заявки.

[0072] Далее технология будет описываться в отношении различных примеров и/или вариантов воплощения. Нижеприведенное описание обеспечивает конкретные подробности для полного понимания и обеспечения возможности описания этих примеров системы. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны понимать, что система может осуществляться на практике без этих подробностей. В других случаях хорошо известные структуры и функции не показаны или не описаны подробно, чтобы исключать излишнее затруднение в понимании описания примеров системы.

[0073] Терминология, используемая в представленном ниже описании, предназначена интерпретироваться самым широким обоснованным образом, даже если она используется в сочетании с подробным описанием определенных конкретных вариантов воплощения системы. Конкретные термины даже могут подчеркиваться ниже; тем не менее, все термины, предназначенные для интерпретации сколь-либо ограниченным образом, будут явно и конкретно определены по существу в данном разделе ʺПодробное описаниеʺ.

[0074] Различные признаки, преимущества и варианты реализации изобретения могут быть изложены или быть очевидны из рассмотрения нижеприведенного подробного описания, чертежей и формулы изобретения. Следует понимать, что подробное описание и чертежи являются примерными и предназначены обеспечить дополнительное пояснение без ограничения объема изобретения, если только иное не указано в формуле изобретения.

[0075] Для целей этого описания, материалы с чрезвычайно низким сопротивлением (ЧНС) (от англ. ʺextremely low resistance (ELR) materialsʺ), также называемые здесь ʺЧНС-материаламиʺ, могут включать в себя: сверхпроводящие материалы, включая, но не ограничиваясь ими, ВТСП-материалы; идеально проводящие материалы (например, идеальные проводники); и другие проводящие материалы с чрезвычайно низким сопротивлением. Как пояснено здесь, эти ЧНС-материалы могут описываться как модифицированные ЧНС-материалы, щелевые ЧНС-материалы и/или новые ЧНС-материалы, любой из которых может быть использован для того, чтобы формировать ЧНС-пленки и/или другие ЧНС-компоненты (например, нанопровода, провода, ленты и т.д.). Эти ЧНС-материалы обладают чрезвычайно низким сопротивлением электронам и/или чрезвычайно высокой проводимостью электронов при высоких температурах, таких как температуры выше 150 K, при давлении окружающей среды или стандартном давлении. Этот раздел описывает, помимо прочего, структуру и рабочие характеристики этих ЧНС-материалов.

[0076] Вообще говоря, различные варианты реализации изобретения относятся к внедрению ЧНС-материала (например, модифицированного ЧНС-материала, нового ЧНС-материала и т.д.) с улучшенными рабочими характеристиками или ЧНС-материала, обладающего некоторыми или всеми улучшенными рабочими характеристиками, описанные здесь, в различные изделия, системы и/или устройства, как описано здесь. Различные варианты реализации изобретения могут включать в себя такие ЧНС-материалы в виде ЧНС-пленок, ЧНС-лент, ЧНС-нанопроводов, ЧНС-проводов и других конфигураций таких ЧНС-материалов.

[0077] 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, применительно к сверхпроводникам - в сверхпроводящем состоянии), температуру перехода ЧНС-материала в его ЧНС-состояние, способность ЧНС-материала к распространению заряда в своем ЧНС-состоянии, одно или более магнитных свойств ЧНС-материала, одно или более механических свойств ЧНС-материала и/или другие рабочие характеристики ЧНС-материала. Дополнительно, для целей этого описания, улучшенные 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 распространению заряда при тех же (или более высоких) температурах, работу с улучшенными магнитными свойствами, работу с улучшенными механическими свойствами и/или другие улучшенные рабочие характеристики.

[0078] Для целей этого описания, ʺчрезвычайно низкое сопротивлениеʺ является сопротивлением, аналогичным по величине сопротивлению магнитному потоку сверхпроводящих материалов II рода в их сверхпроводящем состоянии, и может, в общем, выражаться в единицах удельного сопротивления в диапазоне от нуля Ом∙см до одной пятидесятой (1/50) удельного сопротивления практически чистой меди при 293 K. Например, при использовании здесь, практически чистая медь является медью с чистотой 99,999%. В различных вариантах реализации изобретения части ЧНС-материалов имеют удельное сопротивление в диапазоне от нуля Ом∙см до 3,36×10^-8 Ом∙см.

[0079] Как в общем понятно, температура перехода является температурой, ниже которой ЧНС-материал ʺвырабатываетʺ 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 или в нормальном состоянии. Другими словами, температура перехода соответствует температуре, при которой ЧНС-материал изменяется между его не-ЧНС-состоянием и его ЧНС-состоянием. Как будет понятно, у некоторых ЧНС-материалов температура перехода может представлять собой интервал температур, на протяжении которого ЧНС-материал изменяется между его не-ЧНС-состоянием и его ЧНС-состоянием. Как будет также понятно, ЧНС-материал может иметь гистерезис в своей температуре перехода с одной температурой перехода по мере того, как ЧНС-материала нагревается, и другой температурой перехода по мере того, как ЧНС-материал охлаждается.

[0080] Фигура 13 иллюстрирует систему 1300 координат и обозначений, которая может быть использована для того, чтобы описывать различные варианты реализации изобретения. Система 1300 координат и обозначений включает набор осей, называемых ʺa-осьюʺ, ʺb-осьюʺ и ʺc-осьюʺ. 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 набор плоскостей в системе 1300 координат и обозначений, называемых ʺa-плоскостьюʺ, ʺb-плоскостьюʺ и ʺc-плоскостьюʺ, причем: 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. Дополнительно, в отношении различных ʺгранейʺ или ʺповерхностейʺ кристаллических структур, описанных здесь, грань, параллельная a-плоскости, может иногда называться ʺb-c-граньюʺ; грань, параллельная b-плоскости, может иногда называться ʺa-c-граньюʺ; и грань, параллельная c-плоскости, может иногда называться ʺa-b-граньюʺ.

[0081] Фигура 1 иллюстрирует кристаллическую структуру 100 примерного ЧНС-материала при просмотре в первой проекции, а именно, в проекции, перпендикулярной a-b-грани кристаллической структуры 100 и параллельной ее c-оси. Фигура 2 иллюстрирует кристаллическую структуру 100 при просмотре во второй проекции, а именно, в проекции, перпендикулярной b-c-грани кристаллической структуры 100 и параллельный ее a-оси. Для целей этого описания, примерный ЧНС-материал, проиллюстрированный на фигуре 1 и фигуре 2, в общем является типичным представителем различных ЧНС-материалов. В некоторых вариантах реализации изобретения примерный ЧНС-материал может быть представителем семейства сверхпроводящих материалов, называемых меднооксидными перовскитами со смешанной валентностью. Материалы на основе меднооксидных перовскитов со смешанной валентностью включают, но не ограничиваясь ими, LaBaCuO_x, LSCO (например, La_2-xSr_xCuO₄ и т.д.), YBCO (например, YBa₂Cu₃O₇ и т.д.), BSCCO (например, Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ и т.д.), TBCCO (например, Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀ или Tl_mBa₂Ca_n-1Cu_nO_2n+m+2+δ), HgBa₂Ca₂Cu₃O_x и другие материалы на основе меднооксидных перовскитов со смешанной валентностью. Другие материалы на основе меднооксидных перовскитов со смешанной валентностью могут включать, но не ограничиваясь ими, различные замещения катионов, как будет понятно. Как будет также понятно, вышеназванные материалы на основе меднооксидных перовскитов со смешанной валентностью могут относится к родовым классам материалов, в которых существуют множество разных составов. В некоторых вариантах реализации изобретения примерные ЧНС-материалы могут включать ВТСП-материал вне семейства материалов на основе меднооксидных перовскитов со смешанной валентностью (ʺнеперовскитные материалыʺ). 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.

[0082] Многие ЧНС-материалов имеют структуру, аналогичную (хотя не обязательно идентичную) кристаллической структуре 100, с различными атомами, сочетаниями атомов и/или расположениями в решетке, как будет понятно. Как проиллюстрировано на фигуре 2, кристаллическая структура 100 изображена двумя полными элементарными ячейками примерного ЧНС-материала, при этом одна элементарная ячейка находится выше базовой линии 110, а одна элементарная ячейка находится ниже базовой линии 110. Фигура 4 иллюстрирует единственную элементарную ячейку 400 примерного ЧНС-материала.

[0083] Вообще говоря и как будет понятно, элементарная ячейка 400 примерного ЧНС-материала включает шесть ʺгранейʺ: две a-b-грани, которые параллельны c-плоскости; две a-c-грани, которые параллельны b-плоскости; и две b-c-грани, которые параллельны a-плоскости (см., например, фигуру 13). Как будет также понятно, ʺповерхностьʺ ЧНС-материала в макросмысле может состоять из множественных элементарных ячеек 400 (например, сотен, тысяч или более). Ссылка в этом описании на ʺповерхностьʺ или ʺграньʺ ЧНС-материала, параллельную конкретной плоскости (например, a-плоскости, b-плоскости или c-плоскости), указывает на то, что эта поверхность образована преимущественно (т.е. по большей части) из граней элементарной ячейки 400, которые практически параллельны данной конкретной плоскости. Кроме того, ссылка в этом описании на ʺповерхностьʺ или ʺграньʺ ЧНС-материала, параллельную иным плоскостям, отличным от a-плоскости, b-плоскости или c-плоскости (например, ab-плоскости, как описано ниже, и т.д.), указывает на то, что эта поверхность образована из некоторого сочетания граней элементарной ячейки 400, которые, в совокупном макросмысле, образуют поверхность, практически параллельную таким другим плоскостям.

[0084] Исследования указывают, что некоторые ЧНС-материалы демонстрируют явление анизотропной зависимости сопротивления (т.е. его зависимости от направления). 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 чрезвычайно низком сопротивлении, в направлении a-оси и/или в направлении b-оси, чем такие же материалы переносят в направлении c-оси. Как будет понятно, различные ЧНС-материалы демонстрируют явление анизотропии в отношении различных характеристик, включая явление сопротивления, в иных направлениях, отличных от описанных выше, в дополнение к ним или в сочетаниях с ними. Для целей этого описания, ссылка на материал, который склонен проявлять явление сопротивления (и аналогичные понятия) в первом направлении, указывает на то, что этот материал поддерживает такое явление в первом направлении; а ссылка на материал, который не склонен проявлять явление сопротивления (и аналогичные понятия) во втором направлении, указывает на то, что материал не поддерживает такое явление во втором направлении или поддерживает его в уменьшенной относительно других направлений степени.

[0085] Со ссылкой на фигуру 2, традиционные представления об известных ЧНС-материалах до сих пор не принимали во внимание щель (ʺапертуруʺ) 210, образованную в кристаллической структуре 100 множеством щелевых атомов 250, как отвечающую за явление сопротивления. (См., например, фигуру 4, где щель трудно различима на изображении единственной элементарной ячейки 400). В некотором смысле, щелевые атомы 250 могут рассматриваться как образующие дискретную атомарную ʺграницуʺ или ʺпериметрʺ вокруг щели 210. В некоторых вариантах реализации изобретения и как проиллюстрировано на фигуре 2, щель 210 возникает между первой частью 220 и второй частью 230 кристаллической структуры 100, хотя в некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может возникать в других частях различных других кристаллических структур. Щель 210 проиллюстрирована на фигуре 2 на основе изображений атомов в виде простых ʺсферʺ; как будет понятно, такие щели соотносятся с и формообразуются, помимо прочего, электронами и связанными с ними электронными плотностями (не проиллюстрировано иным образом) различных атомов в кристаллической структуре 100, включая щелевые атомы 250.

[0086] Согласно различным аспектам изобретения, щель 210 способствует распространению электрического заряда через кристаллическую структуру 100, и когда щель 210 способствует распространению электрического заряда через кристаллическую структуру 100, ЧНС-материал работает в его ЧНС-состоянии. Для целей этого описания, термины ʺраспространяетʺ, ʺраспространениеʺ и/или ʺспособствующий распространениюʺ (наряду с их соответствующими формами), в общем, означают ʺпроводитʺ, ʺпроводящийʺ и/или ʺспособствующий проводимостиʺ и их соответствующие формы; ʺтранспортируетʺ, ʺтранспортирующийʺ и/или ʺспособствующий транспортуʺ и их соответствующие формы; ʺпропускаетʺ, ʺпропускающийʺ и/или ʺспособствующий пропусканиюʺ и их соответствующие формы; и/или ʺпереноситʺ, ʺпереносящийʺ и/или ʺспособствующий переносуʺʺ и их соответствующие формы. Для целей этого описания, электрический заряд может включать положительный заряд или отрицательный заряд и/или пары или другие группировки таких зарядов; дополнительно, такой заряд может распространяться через кристаллическую структуру 100 в виде одной или более частиц либо в виде одной или более волн или волновых пакетов.

[0087] В некоторых вариантах реализации изобретения распространение электрического заряда через кристаллическую структуру 100 может происходить аналогичным распространению в волноводе образом. В некоторых вариантах реализации изобретения щель 210 может быть волноводом в отношении распространения электрического заряда через кристаллическую структуру 100. Волноводы и их работа, в общем, хорошо понятны. В частности, стенки, окружающие внутренность волновода, могут соответствовать границе или периметру из щелевых атомов 250 вокруг щели 210. Одним аспектом, имеющим отношение к работе волновода, является его поперечное сечение. На атомарном уровне щель 210 и/или ее поперечное сечение могут существенно изменяться с изменениями температуры ЧНС-материала. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения изменения температуры ЧНС-материала могут вызывать изменения в щели 210, которые, в свою очередь, могут вызывать переход ЧНС-материала между его ЧНС-состоянием и его не-ЧНС-состоянием. Например, по мере того, как увеличивается температура ЧНС-материала, щель 210 может ограничивать или затруднять распространение электрического заряда через кристаллическую структуру 100, и соответствующий ЧНС-материал может переходить из его ЧНС-состояния в его не-ЧНС-состояние. Аналогично, например, по мере того, как снижается температура ЧНС-материала, щель 210 может способствовать (в отличие от ʺограничиватьʺ или ʺзатруднятьʺ) распространению электрического заряда через кристаллическую структуру 100, и соответствующий ЧНС-материал может переходить из своего не-ЧНС-состояния в свое ЧНС-состояние.

[0088] Щели, такие как щель 210 на фигуре 2, существуют в различных ЧНС-материалах, таких как, но не ограничиваясь ими, различные ЧНС-материалы, проиллюстрированные на фигуре 3 и фигурах 5-9 и т.д. и описанные ниже. Как проиллюстрировано, такие щели присущими кристаллической структуре некоторых или всех ЧНС-материалов. В ЧНС-материалах существуют различные виды, формы, размеры и числа щелей 210 в зависимости от точного строения кристаллической структуры, состава атомов и расположения атомов в кристаллической структуре ЧНС-материала, как будет понятно в свете этого описания.

[0089] Присутствие и отсутствие щелей 210, которые простираются в направлении различных осей через кристаллические структуры 100 различных ЧНС-материалов, согласуется с анизотропной зависимостью, демонстрируемой такими ЧНС-материалами. Например, ЧНС-материал 360, который проиллюстрирован на фигуре 3, фигуре 11 и фигуре 12, соответствует YBCO-123, который демонстрирует явление сопротивления в направлении a-оси и b-оси, но склонен не демонстрировать явление сопротивления в направлении c-оси. Согласуясь с анизотропной зависимостью явления сопротивления, демонстрируемой YBCO-123, фигура 3 иллюстрирует, что щели 310 простираются через кристаллическую структуру 300 в направлении a-оси; фигура 12 иллюстрирует, что щели 310 и щели 1210 простираются через кристаллическую структуру 300 в направлении b-оси; и фигура 11 иллюстрирует, что нет подходящих щелей, простирающихся через кристаллическую структуру 300 в направлении c-оси.

[0090] Щель 210 и/или ее поперечное сечение может зависеть от различных атомарных характеристик щелевых атомов 250 и/или ʺнещелевых атомовʺ (т.е. иных атомов в кристаллической структуре 100, отличных от щелевых атомов 250). Такие атомарные характеристики включают, но не ограничиваясь ими, размер атома, атомный вес, число электронов, структуру электронов, число связей, типы связей, отличающиеся связи, кратные связи, длины связей, прочности связей, углы связей между щелевыми атомами, углы связей между щелевыми атомами и нещелевыми атомами и/или изотопическое число. Щелевые атомы 250 и нещелевые атомы могут быть выбраны на основании их соответствующих атомарных характеристик с тем, чтобы оптимизировать щель 210 с точки зрения ее размера, формы, жесткости и видов колебаний (с точки зрения амплитуды, частоты и направления) по отношению к кристаллической структуре и/или атомам в ней.

[0091] Согласно различным вариантам реализации изобретения изменения в физической структуре щели 210, включая изменения формы и/или размера ее поперечного сечения и/или изменения формы или размера щелевых атомов 205, могут оказывать влияние на явление сопротивления. Например, по мере того, как увеличивается температура кристаллической структуры 100, поперечное сечение щели 210 может изменяться вследствие колебаний различных атомов в кристаллической структуре 100, а также изменений в их энергетических состояниях, или их заселенности, атомов в кристаллической структуре 100. Физическое сгибание, растяжение или сжатие кристаллической структуры 100 также может влиять на положения различных атомов в кристаллической структуре 100 и, следовательно, на поперечное сечение щели 210. Магнитные поля, прикладываемые к кристаллической структуре 100, также могут влиять на положения различных атомов в кристаллической структуре 100 и, следовательно, на поперечное сечение щели 210.

[0092] Фононы соответствуют различным видам колебаний в кристаллической структуре 100. Фононы в кристаллической структуре 100 могут взаимодействовать с электрическим зарядом, распространяющимся через кристаллическую структуру 100. Более конкретно, фононы в кристаллической структуре 100 могут заставлять атомы в кристаллической структуре 100 (например, щелевые атомы 250, нещелевые атомы и т.д.) взаимодействовать с электрическим зарядом, распространяющимся через кристаллическую структуру 100. Более высокие температуры приводят к более высокой фононной амплитуде и могут приводить к повышенному взаимодействию между фононами, атомами в кристаллической структур