Оксидный сверхпроводник и способ его изготовления

Оксидный сверхпроводник и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления изобретения относятся к оксидному сверхпроводнику и способу его изготовления.

Уровень техники

Существуют ожидания в отношении областей применения сверхпроводников в связи, например, с кабелями для передачи электроэнергии, реакторами термоядерного синтеза, поездами на магнитной подушке, ускорителями элементарных частиц, магнитно-диагностическими устройствами (МRI (МРТ)) и тому подобным. Желательным является увеличение критической плотности тока сверхпроводника. Тем самым, может быть стимулировано протекание большой силы тока через одну и ту же площадь поперечного сечения. Например, желательным является получение высокой критической плотности тока в магнитном поле.

Сверхпроводимость представляет собой явление, при котором величина сопротивления является абсолютно нулевой, открытое при использовании ртути исследователем Kamerring Onnes из Нидерландов, который разработал холодильную машину. Впоследствии температура перехода в сверхпроводящее состояние (Тс) на верхнем пределе в соответствии с теорией БКШ, как это думалось, составляла 39 К. Это было значение Тс сверхпроводника, относящегося к типу I. Сверхпроводник, относящийся к типу II, который был открыт исследователями Bednorz et al. в 1986 г., продемонстрировал результаты, превосходящие 39 К. Это привело к разработке оксидного сверхпроводника, подходящего для использования при температуре жидкого азота. Оксидный сверхпроводник является сверхпроводником, относящимся к типу II, в котором возможно сосуществование сверхпроводящего и несверхпроводящего состояний. На сегодняшний день множество высокотемпературных оксидных сверхпроводников, которые являются подходящими для использования при температуре жидкого азота, продается партиями, которые имеют в длину 500 м. Существуют ожидания в отношении области применения сверхпроводящих материалов в связи с различными крупномасштабными устройствами, такими как сверхпроводящие кабели для передачи электроэнергии, реакторы термоядерного синтеза, поезда на магнитной подушке, ускорители элементарных частиц, магнитно-диагностические устройства (МRI) и тому подобное.

Сверхпроводящий провод на висмутовой основе, который называется первым поколением, и сверхпроводящий провод на иттриевой основе, который называется вторым поколением, являются основными сверхпроводящими проводами, разработанными в качестве высокотемпературных оксидных сверхпроводников. Что касается первого поколения, в котором используют не менее чем 60 об.% серебра, то производители успешно от него отказались; и в настоящий момент в мире имеется мало компаний, производящих его. С другой стороны, что касается второго поколения, у которого основание является недорогостоящим, а физическая прочность является превосходной, то совокупная длина продаваемой жилы превысила 3000 км. Кабельная система для передачи электроэнергии при постоянном токе на 50 МВА, изготовленная при использовании большого количества провода, уже фактически находилась в эксплуатации в течение более двух лет, начиная с августа 2014 г. Кабельная система для передачи электроэнергии при постоянном токе, характеризующаяся пропускной способностью 500 МВА, функционировала с сентября 2014 года. Пропускная способность для передачи электроэнергии 500 МВА отвечает большой электрической мощности, соответствующей приблизительно 50% электрической мощности стандартного ядерного реактора.

В совокупности было продано более чем 3000 км провода. Все из более чем 20 км длины жилы, фактически доставленной и фактически использованной, изготовили при использовании способа TFA-MOD (осаждения в результате разложения металлоорганических соединений при использовании трифторацетатов). Способ TFA-MOD является первым способом, который был фактически использован и может стабильно обеспечивать изготовление провода длиной 500 м и поставку больших количеств [1]. Другие основные способы изготовления второго поколения включают импульсное лазерное осаждение (PLD) и химическое осаждение из паров металлоорганических соединений (MOCVD). Контроль состава в данных способах представляет собой проблему; и в настоящий момент времени не было осуществлено стабильное массовое производство провода длиной 500 м. Поэтому в настоящий момент времени доля рынка проводов для способа TFA-MOD по существу составляет 100%.

Данный факт не отрицает будущего для импульсного лазерного осаждения или химического осаждения из паров металлоорганических соединений. Массовое производство в результате физического осаждения из паровой фазы, при котором контроль состава является затруднительным, было бы возможным в случае разработки технологии таким образом, чтобы три типа элементов могли бы переноситься через вакуум, имели бы атомные массы, различающиеся с коэффициентом, составляющим 2 и более, и могли бы регулироваться при использовании недорогостоящего способа для получения сдвига по составу, составляющего 1% и менее, подобно тому, что имеет место в способе TFA-MOD. Данная проблема была неразрешенной в течение более чем 28 лет с 1987 г.

C другой стороны, провода, изготовленные при использовании импульсного лазерного осаждения и химического осаждения из паров металлоорганических соединений, занимают лидирующее место в областях применения катушек, в которых необходимы высокие характеристики магнитного поля. В результате легкости введения искусственных центров пиннинга для улучшения характеристик магнитного поля провода, изготовленные при использовании данных способов, находятся на один шаг впереди по характеристикам магнитного поля. Как описано выше, контроль состава для данных способов является затруднительным; и отсутствуют какие-либо сообщения о массовом производстве или воплощении провода порядка 500 м при использовании данных способов.

С другой стороны, способу TFA-MOD, который используют при массовом производстве, в прошлом были свойственны проблемы. В случае непринятия контрмер в способе TFA-MOD максимальная толщина сверхпроводящей пленки, полученной в результате одного пленкообразования, будет составлять приблизительно 0,30 мкм. В данном способе органические вещества, имеющие плотность, составляющую приблизительно 2 г/см³, превращаются в оксиды металлов в диапазоне от 3 до 4 г/см³ в ходе реакции разложения при проведении предварительной термообработки; и молекулярная масса (молекулярная масса по формуле соединения) кардинально уменьшается. Поэтому степень уменьшения объема составляет приблизительно 85%. В соответствии с этим, в результате большого напряжения при высушивании легко образуются трещины. Критическая толщина пленки в высокоочищенном растворе составляет приблизительно 0,30 мкм. В результате наличия потребности в большой величине силы тока в сверхпроводящем кабеле необходима толщина пленки, составляющая приблизительно 1 мкм. Поэтому для способа TFA-MOD была предпринята попытка увеличения толщины пленки в результате многократного нанесения покрытия и тому подобного.

Увеличение толщины пленки в результате многократного нанесения покрытия, использующееся в обычном способе MOD (осаждения в результате разложения металлоорганических соединений), было трудно применить к способу TFA-MOD. Оксиды, которые образуются после проведения предварительной термообработки, вступают в контакт с трифторуксусной кислотой, которая является сильной кислотой, характеризующейся значением рН, близким к 0, при последующем пленкообразовании. В результате прохождения реакции между сильной кислотой и оксидами образуется гетерогенная межфазная поверхность. Характеристики ухудшаются из-за гетерогенной межфазной поверхности в качестве исходной точки. В случае выхода, составляющего 95% для провода в 10 м, при изготовлении провода длиной в 500 м при использовании такой технологии с тремя покрытиями хорошую деталь получали бы только однажды на каждые 200 раз. Для способа TFA-MOD необходима технология получения увеличенной толщины пленки при одном покрытии [2].

Предотвращающая растрескивание добавка, использующаяся для одного покрытия, имеющего увеличенную толщину пленки, представляет собой органическое вещество. Как это считается, среди более миллиона типов органических веществ существует множество добавок, предотвращающих растрескивание. Однако, как это известно на основании недавнего исследования, существуют только две системы и приблизительно десять типов материалов, увеличивающих толщину пленку, которые могут быть применены в способе TFA-MOD. Для провода, изготовленного при использовании технологии получения увеличенной толщины пленки при одном покрытии, не существует нестабильной межфазной поверхности, такой как межфазная поверхность, указанная выше; и выход кардинально улучшается. Как это считается, данная технология представляет собой одну движущую силу для быстрого прогресса в способе TFA-MOD, который занял по существу 100%-ную долю рынка.

Области применения сверхпроводящих проводов в широком плане подразделяются на применения кабеля для передачи электроэнергии, которые используются в условиях по существу нулевых магнитных полей, и применения катушек, которые используются в условиях сильного магнитного поля. Применения проводов, изготовленных при использовании способа TFA-MOD, который является первым способом, который сделал возможным поставку больших количеств провода, в настоящий момент времени в основном относятся к кабелям для передачи электроэнергии. Для использования провода, изготовленного при использовании способа TFA-MOD, в магнитном поле необходим искусственный центр пиннинга. В способе TFA-MOD, в котором изготавливают сверхпроводник из гомогенного раствора [3], размер искусственного центра пиннинга легко становится большим, чем то, что имеет место в других способах. Поэтому характеристики магнитного поля не улучшались. Провода, изготовленные при использовании способа TFA-MOD, не могли быть использованы в магнитном поле.

Искусственный центр пиннинга, который улучшает характеристики магнитного поля, представляет собой, например, несверхпроводящую область, образованную внутри сверхпроводника. Сосуществование несверхпроводящей области возможно в сверхпроводнике, относящемся к типу II. Квантованные вихри потока и сильное магнитное поле, создаваемое благодаря сверхпроводимости, захватываются искусственным центром пиннинга. Другие части стабильно функционируют в качестве сверхпроводника; и характеристики в магнитном поле сохраняются. Легкость захватывания квантованного вихря потока искусственным центром пиннинга находится во взаимосвязи с размером искусственного центра пиннинга.

Искусственный центр пиннинга представляет собой несверхпроводящую часть. Сила (сила пиннинга), которая противодействует потоку, генерируется на межфазной поверхности между искусственным центром пиннинга и сверхпроводящей частью. Как это считается, захватывание силой пиннинга реализуется в наибольшей степени по мере приближения размера искусственного центра пиннинга к размеру, при котором существует один квантованный вихрь потока. В случае увеличения размера искусственного центра пиннинга и существования множества квантованных вихрей потока в пределах искусственного центра пиннинга, сила Лоренца будет оказывать воздействие на каждый из множества квантованных вихрей потока и толкать соседний квантованный вихрь потока. Поэтому в таком случае квантованный вихрь потока легко пересекает межфазную поверхность и входит в сверхпроводящую часть. Как это считается, в результате потерь энергии, обусловленных этим, характеристики сверхпроводимости ухудшаются. Почти что во всех сообщениях на сегодняшний день размер искусственного центра пиннинга становится большим при проведении термической обработки.

Увеличение размера искусственного центра пиннинга является невыгодным также и в аспекте количества искусственных центров пиннинга или плотности искусственных центров пиннинга. Как это предполагается, искусственный центр пиннинга имеет конфигурацию частицы; и, как это предполагается, полученный искусственный центр пиннинга имеет радиус, который в два раза превышает целевой радиус. Объем каждого из множества искусственных центров пиннинга в 8 раз превышает предполагаемый размер; и плотность искусственных центров пиннинга при расчете на количество введенного вещества составляет 1/8. В случае осуществления попытки получения искусственного центра пиннинга, имеющего размер 3 нм, но получения искусственного центра пиннинга, имеющего размер 30 нм, объем полученного искусственного центра пиннинга в 1000 раз будет превышать размер, который пытались получить. Это фактическое положение дел для искусственных центров пиннинга, получаемых при использовании способа TFA-MOD, для которого гомогенность является превосходной, но улучшение характеристик магнитного поля является затруднительным.

Оптимальный размер искусственного центра пиннинга может быть сдвинут от 3 нм в результате зависимости от температуры или зависимости от магнитного поля. В прошлом отсутствовали какие-либо фактические результаты или результаты измерений по получению гомогенного искусственного центра пиннинга, имеющего размер 3 нм. Поэтому неясно, будет или нет размер в 3 нм наиболее эффективным.

В попытке получения искусственного центра пиннинга, имеющего размер 3 нм, была предпринята попытка образования искусственного центра пиннинга из BaZrO₃ и тому подобного при использовании способов PLD и MOCVD, которые представляют собой физическое осаждение из паровой фазы. Как это считается, искусственные центры пиннинга, которые могут быть получены при использовании способа PLD, в широком плане подразделяют на два типа. Одним является искусственный центр пиннинга, для которого рост частиц и тому подобное осуществляются независимо без оказания воздействия на структуру перовскита. Другим является искусственный центр пиннинга, демонстрирующий наличие корреляции со структурой перовскита.

Для типа, в котором искусственный центр пиннинга образуется в качестве инородного материала при отсутствии корреляции со структурой перовскита, температура пленкообразования является высокой температурой, составляющей 700°С или более. Поэтому становится серьезным разделение между искусственным центром пиннинга и сверхпроводником, обладающим структурой перовскита. Как это считается, причина по существу отсутствия сообщений такого типе обуславливается размером искусственного центра пиннинга в диапазоне от 100 нм до 1 мкм и отсутствием воздействия как на размер, так и на количество.

С другой стороны, для способа PLD существуют вещества, которые образуют искусственный центр пиннинга при одновременном наличии корреляции со структурой перовскита. Такое вещество, например, представляет собой BaZrO₃. Размер искусственного центра пиннинга может быть относительно маленьким для образования искусственного центра пиннинга при одновременном наличии корреляции. Несмотря на наличие сообщения о наблюдаемом изображении, характеризующемся минимумом в 6 нм, как это считается, среднее значение составляет 10 нм или более. Однако в результате наличия корреляции между данным типом вещества и слоем YBCO, данный тип вещества оказывает воздействие на слой YBCO и вызывает уменьшение количества атомов кислорода и ухудшение характеристик сверхпроводимости для сверхпроводника. Стимулируется проявление уменьшения критической температуры (Тс), что, как это можно сказать, является критическим моментом для сверхпроводника. Для гетерогенного провода, у которого критическая температура Тс уменьшается в зависимости от местоположения, конструктивное исполнение и воплощение катушек являются затруднительными.

Также существует сообщение о том, что значение Тс по существу не уменьшается при чрезмерно маленьком количестве BaZrO₃. В сообщении измерение Тс проводят при использовании слабой силы тока. Для провода, которому свойственно наличие причины нестабильности во внутренней структуре провода, имеет место неоднородность при увеличении силы тока; и ухудшение характеристик становится большим. Как это считается, это одна причина того, что в области применения катушек не обнаруживается прогресса для проводов, которые получаются в результате физического осаждения из паровой фазы и имеют нестабильные длины.

В общем случае нагревание проводят до не более чем 700°С, когда сверхпроводящий кабель представляет собой пленку при пленкообразовании в результате физического осаждения из паровой фазы, такого как в случае способов PLD, MOCVD и тому подобное. При образовании искусственного центра пиннинга, который не оказывает воздействия на структуру перовскита сверхпроводника, отсутствует какое-либо воздействие на улучшение характеристик магнитного поля в соответствии с представленным выше указанием. В случае образования искусственного центра пиннинга, который оказывает воздействие на структуру перовскита, значение Тс будет уменьшаться; и будет иметь место неоднородность внутреннего пространства. Как это считается, размер искусственного центра пиннинга имеет среднее значение в диапазоне от приблизительно 10 нм до минимума, составляющего приблизительно 6 нм, что не представляет собой размер, который оказывает воздействие на улучшение характеристик магнитного поля. Поэтому, как это считается, для массового производства практичного провода в результате физического осаждения из паровой фазы, такого как в случае способов PLD, MOCVD и тому подобное, необходима новая технология, не существующая в прошлом.

С другой стороны, даже для способа TFA-MOD, который занимает по существу 100%-ную долю рынка в областях применения кабелей, реализация искусственного центра пиннинга все еще далека от определенности. При образовании искусственного центра пиннинга из Dy₂O₃ сохраняется значение Тс 90,7 К. Это обуславливается ростом Dy₂O₃ отдельно от YBCO. Размер искусственного центра пиннинга находится в диапазоне от 20 нм до 30 нм; и по существу отсутствуют какие-либо эффекты.

С другой стороны, в случае введения вещества, которое оказывает воздействие на структуру перовскита, воздействия на внутреннюю структуру, полученную при использовании способа TFA-MOD, начиная с гомогенной гелевой пленки, являются предельно большими. Поэтому сама структура перовскита не образуется, а образуется несверхпроводник. На сверхпроводник, изготовленный при использовании способа TFA-MOD, примеси и тому подобное оказывают воздействие легче, чем то, что имеет место для физического осаждения из паровой фазы. При использовании способа TFA-MOD, если начинать с него, образование искусственного центра пиннинга из BaZrO₃ и тому подобного является затруднительным. Даже в случае образования искусственного центра пиннинга будет уменьшаться значение Тс, или более интенсивно будет проявляться гетерогенность.

Для сверхпроводящего провода на Y-основе, как описано выше, необходимо улучшить характеристики Jc-B в результате введения искусственного центра пиннинга при одновременном сохранении значения Тс. Однако все размеры искусственных центров пиннинга становятся большими для искусственных центров пиннинга при сохранении структуры перовскита и значения Тс. В системе, которая оказывает воздействие на структуру перовскита, имеют место различные негативные эффекты; и это не является практичным. Поэтому желательным является совершенно новый способ для сверхпроводника, у которого сохраняется структура перовскита, и только часть сверхпроводника исполняет функцию искусственного центра пиннинга.

В настоящее время в качестве решений разрабатываются два способа. Для части из них была подана заявка. Оба базируются на искусственном центре пиннинга, имеющем размер элементарной ячейки. Оба представляют собой искусственные центры пиннинга, относящиеся к типу атомного замещения, которые становятся искусственными центрами пиннинга в результате атомного замещения. Это обозначается как ARP (пиннинг с замещением атома). В одном элементарную ячейку SmBCO диспергируют в структуре перовскита YBCO; и замещение проводят для Ba и Sm из SmBCO. В данном способе в качестве несверхпроводника используют элементарную ячейку, обусловленную так называемым Ва-замещением.

В другом способе в структуре перовскита YBCO образуют элементарную ячейку PrBCO. Несмотря на широкую известность того, что PrBCO не обладает сверхпроводимостью, принцип превращения в несверхпроводник неясен. На современном уровне техники принцип превращения Pr в несверхпроводник временно рассматривается следующим образом. Как это считается, PrBCO является трехвалентным в окрестности 800°С для образования структуры перовскита. Образуется нормальная структура перовскита. Однако, при охлаждении он, как это считается, представляет собой материал, промежуточный между трехвалентным и четырехвалентным. В таком случае количество атомов кислорода между двумя элементарными ячейками увеличивается; и длина с-оси становится короткой. Результаты измерений при использовании метода XRD (рентгеноструктурного анализа) подтверждают данную гипотезу. Увеличение количества атомов кислорода вызывает ухудшение характеристик сверхпроводимости. В случае Pr при одновременной неясности детального механизма с очень большой вероятностью PrBCO полностью становится несверхпроводящим, и для четырех соседних элементарных ячеек в плоскости a/b имеет место стимулирование перехода в несверхпроводимость.

В случае корректности указанного выше способа будет иметь место ухудшение характеристик, соответствующее приблизительно 5-кратному введенному количеству Pr. Кроме того, ухудшение характеристик в 5 раз было много раз подтверждено на основании экспериментальных результатов. Однако, даже в случае размера, соответствующего только трем элементарным ячейкам, в направлении ширины искусственный центр пиннинга будет иметь размер 1,2 нм. Несмотря на отсутствие какого-либо примера в прошлом для такого маленького размера искусственного центра пиннинга это слишком мало для целевого значения в 3 нм; и эффект является маленьким.

Сверхпроводник, полученный в результате стимулирования сосуществования PrBCO и YBCO, находится в предельно диспергированном состоянии. В предельно диспергированном состоянии PrBCO диспергируется в изолированных элементарных ячейках. Как это известно, на основании экспериментальных результатов, элементарные ячейки SmBCO, образованные в результате смешивания SmBCO с YBCO, также характеризуются наличием предельного диспергирования. В случае замещения элементарной ячейки SmBCO при использовании Ва и Sm элементарная ячейка в совокупности может быть несверхпроводящим искусственным центром пиннинга. Кроме того, в случае оказания воздействия на соседние элементарные ячейки искусственным центром пиннинга может стать элементарная ячейка, увеличившаяся как максимум в 5 раз. Однако даже в таком случае размер искусственного центра пиннинга составляет только 1,2 нм.

В результате образования искусственного центра пиннинга на атомном уровне при использовании любого из способов размер является предельно маленьким. В результате агрегирования данных искусственных центров пиннинга размер может попадать в окрестности 3 нм; и поэтому может ожидаться более высокая критическая плотность тока в магнитном поле.

Перечень цитирования

Непатентная литература

T. Araki, Bull. Chem. Soc. Jpn., 77 (20049, 1051-1061)

Сущность изобретения

Техническая проблема

Вариант осуществления изобретения предлагает оксидный сверхпроводник и способ изготовления оксидного сверхпроводника, который может увеличить критическую плотность тока в магнитном поле.

Решение проблемы

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предлагается оксидный сверхпроводник. Оксидный сверхпроводник включает: REBa₂Cu₃O_{7 - х} (при этом RE представляет собой один элемент, выбираемый из «группы элементов RE (редкоземельных)» в виде Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu) с включением фтора и углерода, при этом фтор имеет концентрацию в диапазоне от не менее, чем 2,0 × 10¹⁶ до не более чем 5,0 × 10¹⁹ атом/см³, причем углерод имеет концентрацию в диапазоне от не менее чем 1,0 × 10¹⁸ до не более чем 5,0 × 10²⁰ атом/см³, при этом RE включает по меньшей мере три типа металлических элементов (М1, М2 и М3), причем три типа металлических элементов представляют собой любой элемент из группы элементов RE, выбираемый в порядке следования, при этом удовлетворяются соотношения R(M1) ≤ 20% (мол.) и R(M2) ≥ 60% (мол.) и R(M3) ≤ 20% (мол.), причем R(M1) представляет собой среднюю долю металлического элемента М1 в комбинации М1 + М2 + М3. REBa₂Cu₃O_7-x обладает единственной структурой перовскита, ориентированной в направлении с-оси. Удовлетворяется соотношение SD(Ms) > 0,15 в позиции 50% средней толщины пленки в поперечном сечении, включающем с-ось, при этом Ms представляет собой металлический элемент, соответствующий не более, чем R(M1) или R(M3), причем SD(Ms) представляет собой среднеквадратическое отклонение/среднее значение для концентрации Ms.

Краткое описание чертежей

Фигура 1А и 1В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие оксидный сверхпроводник, соответствующий варианту осуществления.

Фигура 2A - 2D представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.

Фигура 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.

Фигура 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.

Фигура 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.

Фигура 6 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.

Фигура 7 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее способ изготовления оксидного сверхпроводника, соответствующего варианту осуществления.

Фигура 8А и 8В представляют собой диаграммы, демонстрирующие результат анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 9 представляет собой диаграмму результатов анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 10 представляет собой полученное при использовании просвечивающего электронного микроскопа изображение для оксидного сверхпроводника.

Фигура 11 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 12 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 13 представляет собой график, демонстрирующий оксидный сверхпроводник.

Фигура 14 представляет собой таблицу, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 15А - 15F представляют собой схематические изображения, демонстрирующие элементарные ячейки оксидного сверхпроводника.

Фигура 16А - 16F представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие способы образования оксидного сверхпроводника.

Фигура 17А и 17В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие конфигурации сверхпроводника.

Фигура 18 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 19 представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 20 представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты анализа для оксидного сверхпроводника.

Фигура 21 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 22 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 23 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 24 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 25 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 26 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Фигура 27 представляет собой график, демонстрирующий характеристики оксидного сверхпроводника.

Описание вариантов осуществления

Один вариант осуществления изобретения относится, например, к оксидному сверхпроводящему материалу кабелю и областям применения катушек. Вариант осуществления относится, например, к областям применения в магнитном поле. Вариант осуществления относится к сверхпроводящей катушке, сверхпроводящему магниту, устройству MRI, поезду на магнитной подушке, устройству SMES (сверхпроводящему индуктивному накопителю энергии) и тому подобному. Например, вариант осуществления относится к кабелю для передачи электроэнергии, применяющемуся в условиях, в которых используется магнитное поле. Вариант осуществления относится, например, к оксидному сверхпроводящему кабелю на Y-основе. Оксидный сверхпроводящий кабель на Y-основе используют в таких применениях.

Фигура 1А и 1В представляют собой схематические изображения, демонстрирующие оксидный сверхпроводник, соответствующий варианту осуществления.

Фигура 1А представляет собой изображение в перспективе; а фигура 1В представляет собой изображение в поперечном разрезе.

Как это продемонстрировано на фигуре 1А, оксидный сверхпроводник 110, соответствующий варианту осуществления, включает основание 15 и оксидный слой 50. Оксидный слой 50 предусматривается на основании 15.

В примере основание 15 включает подложку 10 и грунтовочный слой 11. Грунтовочный слой 11 предусмотрен в промежутке между подложкой 10 и оксидным слоем 50. Другими словами, грунтовочный слой 11 предусмотрен на подложке 10; а оксидный слой 50 предусмотрен на грунтовочном слое 11.

Как это продемонстрировано на фигуре 1А, оксидный слой 50 имеет первую поверхность 50а и вторую поверхность 50b. Первая поверхность 50а является поверхностью на стороне основания 15. Первая поверхность 50а противолежит основанию 15. Вторая поверхность 50b является поверхностью на стороне, противоположной первой поверхности 50а. Первая поверхность 50а является, например, нижней поверхностью; а вторая поверхность 50b является, например, верхней поверхностью.

Первое направление от первой поверхности 50а ко второй поверхности 50b принимается, например, за направление Z-оси. Одно направление, перпендикулярное направлению Z-оси, принимается за направление Х-оси. Направление, перпендикулярное направлению Z-оси и направлению Х-оси, принимается за направление Y-оси.

Расстояние вдоль первого направления между первой поверхностью 50а и второй поверхностью 50b соответствует толщине оксидного слоя 50. На поверхности оксидного слоя 50, изготовленной при использовании способа TFA-MOD, в результате механизма роста поверхности оксидного слоя 50 образуется неровность, имеющая максимум, составляющий приблизительно 70 нм. Также существуют флуктуация способов изготовления и тому подобное. В результате данных причин существуют случаи, в которых толщина оксидного слоя 50 является неоднородной. В таком случае используют среднее значение толщины оксидного слоя 50. Например, расстояние вдоль первого направления между первой поверхностью 50а и второй поверхностью 50b определяют во множестве позиций оксидного слоя 50. Например, толщину определяют, используя полученное при использовании электронного микроскопа изображение для поперечного сечения оксидного слоя 50 и тому подобного. Толщину также определяют исходя из площади поверхности при пленкообразовании и количества вещества в результате анализа при использовании метода ICP (индуктивно-связанной плазмы) для еще одного образца. Среднее значение определяют исходя из множества значений, которые определяют. Тем самым, получают среднюю толщину t50 оксидного слоя 50.

Оксидный слой 50 занимает позицию 50р на 1/2 средней толщины t50. Расстояние d50p вдоль первого направления между позицией 50р и первой поверхностью 50а составляет 1/2 средней толщины t50.

Оксидный слой 50 включает множество областей (например, первую область 51, вторую область 52 и тому подобное), расположенные в позиции 50р. Расстояния вдоль первого направления между первой поверхностью 50а и центром каждой из данных областей составляют 1/2 средней толщины t50.

Например, в поперечном сечении оксидного слоя 50 данные области имеют первую сторону вдоль первого направления и вторую сторону вдоль направления, ортогонального первому направлению. Длина вдоль первого направления первой стороны составляет, например, 5 нм. Длина второй стороны вдоль направления, ортогонального первому направлению, составляет, например, 5 нм. Данные области соответствуют, например, 5 нм в квадрате.

Например, анализ и тому подобное могут быть проведены, например, для указанного выше множества областей (например, первой области 51, второй области 52 и тому подобного), включенных в оксидный слой 50.

Подложкой 10 является, например, монокристаллическая подложка. Подложка 10 включает, например по меньшей мере одного представителя, выбираемого из LaAlO₃, SrTiO₃, NdGaO₃, Al₂O₃, MgO или YSZ (диоксида циркония, стабилизированного при использовании оксида иттрия).

В случае, когда предусмотрено наличие грунтовочного слоя 11, грунтовочный слой 11 будет включать, например по меньшей мере одного представителя, выбираемого из CeO₂, LaMnO₃, SrTiO₃ или LaAlO₃. Грунтовочным слоем 11 может быть, например, один слой. Грунтовочный слой 11 может включать множество слоев. Грунтовочный слой 11 может включать, например, уложенное в стопку тело из слоя СеО₂, слоя YSZ и слоя Y₂O₃.

Например, постоянная решетки основания 15 по существу согласуется с постоянной решетки оксидного слоя 50. Постоянная решетки представляет собой длину решетки вдоль одного направления, по существу перпендикулярного первому направлению (направлению Z-оси). В данном случае существуют три типа согласования.

Например, постоянная решетки основания 15 является по существу той же самой, что и постоянная решетки оксидного слоя 50. Другими словами, постоянная решетки основания 15 соответствует постоянной решетки оксидного слоя 50 с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,93 до не более,чем 1,07.

Либо постоянная решетки основания 15 является по существу той же самой, что и постоянная решетки оксидного слоя 50 с кратностью 2^1/2. Другими словами, постоянная решетки основания 15 соответствует постоянной решетки оксидного слоя 50 с кратностью в диапазоне от не менее чем 1,32 до не более чем 1,54.

Либо постоянная решетки основания 15 является по существу той же самой, что и постоянная решетки оксидного слоя 50 с кратностью (1/(2^1/2)). Другими словами, постоянная решетки основания 15 соответствует постоянной решетки оксидного слоя 50 с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,649 до не более чем 0,758.

Постоянная решетки оксидного слоя 50 вдоль направления, перпендикулярного первому направлению от первой поверхности 50а ко второй поверхности 50b, является первой постоянной решетки. В таком случае, основание 15 характеризуется одним представителем, выбираемым из второй постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,93 до не более чем 0,107, третьей постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 1,32 до не более чем 1,54, или четвертой постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в диапазоне от не менее чем 0,649 до не более чем 0,758.

Например, подложка 10 характеризуется одним представителем, выбираемым из постоянной решетки вдоль указанного выше перпендикулярного направления, которая соответствует первой постоянной решетки с кратностью в д