ความลึกลับสองประการของความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงในถ้วยเรตได้รับการแก้ไขแล้ว ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง ตัวนำอุณหภูมิสูง

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันได้ค้นพบพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสสารที่เรียกว่าเฟสซูโดกัป (pseudogap) ซึ่งอยู่หน้าสถานะของตัวนำยิ่งยวด

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดคือการที่ความต้านทานไฟฟ้าของสารหายไปโดยสิ้นเชิงเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าโดยตรงที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ มูลค่าในทางปฏิบัติอันมหาศาลของตัวนำยิ่งยวดนั้นอยู่ที่การไม่มีการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหล แต่การใช้งานอย่างแพร่หลายกลับถูกขัดขวางด้วยอุณหภูมิวิกฤติที่ต่ำมาก สำหรับสารส่วนใหญ่จะมีค่าใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ จนถึงปี 1986 อุณหภูมิสูงสุดถูกครอบครองโดยโลหะผสม Nb 3 Ge ซึ่งความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 23 K (-250°) ดังนั้นปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญจึงเกิดขึ้น: เพื่อค้นหาสารที่เปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับอุณหภูมิห้องซึ่งเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง

ในปี 1986 มีการค้นพบตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTSC) ที่มีคอปเปอร์ออกไซด์ (คัพเรต) และภายในไม่กี่ปี อุณหภูมิวิกฤตก็เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 120 เคลวิน อย่างไรก็ตาม สารเหล่านี้มีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมาก ซึ่งทำให้ยากมาก เพื่อทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดโดยที่การพัฒนาตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่านั้นเป็นไปไม่ได้อย่างไร ตั้งแต่นั้นมาก็มีการทดลองที่ซับซ้อนเพื่อศึกษาปัญหานี้มาเป็นเวลาเกือบ 30 ปีแล้ว

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พบว่าสถานะของความเป็นตัวนำยิ่งยวดใน HTSCs นำหน้าด้วยสถานะที่เรียกว่า "ระยะ pseudogap" คำนี้เกี่ยวข้องกับคุณลักษณะของสเปกตรัมพลังงานของอิเล็กตรอนในสาร (นี่คือชื่อที่กำหนดให้กับชุดระดับพลังงานที่อนุญาตของอิเล็กตรอนในอะตอมที่ไม่ต่อเนื่อง) อิเล็กตรอนที่มีค่าพลังงานต่ำจะอยู่ในแถบเวเลนซ์ อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงกว่าสามารถเคลื่อนที่ได้ทั่วสารจะอยู่ในแถบการนำไฟฟ้า ในเซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริก แถบวาเลนซ์และแถบการนำจะถูกแยกออกจากกันด้วยค่าพลังงานต้องห้ามจำนวนหนึ่งที่เรียกว่า "ช่องว่าง" ในการมีส่วนร่วมในการสร้างกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะต้องได้รับพลังงานเพื่อกระโดดข้ามช่องว่างจากแถบเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า ดังนั้นยิ่งความกว้างของช่องว่างมากเท่าใดคุณสมบัติการเป็นฉนวนของวัสดุก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

ช่องว่างยังก่อตัวขึ้นในตัวนำยิ่งยวด แต่มีลักษณะที่แตกต่างออกไป เมื่อตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้น อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กับระดับเฟอร์มีจะก่อตัวเป็นคู่ที่เรียกว่าคูเปอร์และตกลงที่ระดับเฟอร์มี และระดับนี้จะเริ่มแยกช่องว่างออกจากระดับของอิเล็กตรอนเดี่ยว ระดับเฟอร์มีถูกกำหนดโดยอุณหภูมิวิกฤติ

ปรากฎว่าที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤติ HTSC มีสถานะที่มีตัวพาประจุจำนวนน้อยกว่าใกล้ระดับ Fermi มากกว่าในตัวนำแบบทั่วไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “ช่องว่างหลอก” สภาวะที่ไม่ทราบธรรมชาตินี้ทำให้เกิดคำถามมากมายในหมู่นักฟิสิกส์ เนื่องจากสถานะหลอกเกิดขึ้นก่อนและอยู่ร่วมกันบางส่วนกับ (แข่งขันกับ) ความเป็นตัวนำยิ่งยวด นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่าการศึกษาสถานะนี้จะช่วยไขปริศนาของ HTSC ได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีผลงานมากมายเกี่ยวกับปัญหานี้ ซึ่งงานหนึ่งเพิ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร "ศาสตร์" .

นักฟิสิกส์จาก Brookhaven National Laboratory และ Cornell University ใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนที่มีความแม่นยำสูงที่พวกเขาพัฒนาขึ้น สามารถติดตามรายละเอียดของการเปลี่ยนแปลงของถ้วยเรตจากฉนวนไปเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ โดยผ่านขั้นตอนเทียม (pseudogap) การตั้งค่าการทดลองทำให้สามารถระบุตำแหน่งเชิงพื้นที่และทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวัสดุได้ ซึ่งทำให้สามารถค้นพบปรากฏการณ์ใหม่สองประการได้

ในสถานะเริ่มต้น ถ้วยเรต Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ ที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะเป็นฉนวน ในการเปลี่ยนเป็น HTSC นั้น อะตอมของออกซิเจนจะถูกเติมทางเคมีลงไปเพื่อเป็นแหล่งพาประจุ (รู) กระบวนการนี้เรียกว่าการเติม โดยอะตอมเพิ่มเติมถูกกำหนดไว้ในสูตรเป็น “+δ” นักฟิสิกส์สแกนวัสดุอย่างเป็นระบบเป็นระยะเวลานานในระดับยาสลบที่แตกต่างกัน เพื่อสังเกตว่าพฤติกรรมและการจัดเรียงอิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อวัสดุพัฒนาไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด

เมื่อจำนวนตัวพาประจุ (ระดับยาสลบ) เพิ่มขึ้น วัสดุจะเปลี่ยนจากสถานะไดอิเล็กตริกไปเป็นเฟสเทียม ที่ความหนาแน่นของตัวพาประจุต่ำ จะสังเกตเห็นภาพที่ค่อนข้างคงที่ มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นระยะที่แปลกประหลาดซึ่งเรียกว่า "คลื่นความหนาแน่น" หรือ "แถบ" คลื่นเหล่านี้ดูเหมือนแถบอิเล็กตรอน "แช่แข็ง" คลื่นความหนาแน่น เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน จะถูกจำกัดอยู่ในทิศทางที่แน่นอน เมื่อจำนวนประจุเพิ่มมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์พบว่าคลื่นความหนาแน่นหายไป และอิเล็กตรอนในวัสดุมีอิสระที่จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดก็ได้ ยิ่งไปกว่านั้น สิ่งนี้เกิดขึ้นในระดับเดียวกับการเกิดขึ้นของตัวนำยิ่งยวดบริสุทธิ์

“เป็นครั้งแรกที่การทดลองเชื่อมโยงโดยตรงกับการหายตัวไปของคลื่นความหนาแน่นและข้อบกพร่องโครงตาข่ายระดับนาโนที่เกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของอิเล็กตรอนที่ไหลอย่างอิสระในทุกทิศทางที่จำเป็นสำหรับการนำยิ่งยวดอย่างไม่จำกัด” ผู้เขียนนำ Seamus Davis กล่าว “การวัดใหม่เหล่านี้แสดงให้เราเห็นว่าเหตุใดอิเล็กตรอนจึงเคลื่อนที่อย่างอิสระน้อยลงในสถานะเทียมอันลึกลับของวัสดุนี้”

เดวิสเปรียบเทียบการสำรวจกับการบินเหนือแม่น้ำน้ำแข็ง ซึ่งคุณสามารถมองเห็นชิ้นส่วนคงที่ที่เกิดจากน้ำแข็งในขณะที่ตรวจจับการไหลของน้ำของเหลว เที่ยวบินเหล่านี้เกิดขึ้นครั้งแล้วครั้งเล่าตลอดฤดูใบไม้ผลิขณะที่ทางน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็งค่อยๆ ละลาย แทนที่จะเพิ่มอุณหภูมิในถ้วยแก้ว นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มระดับการเติมสารต้องห้ามเพื่อ "จม" คลื่นความหนาแน่นที่จุดวิกฤติ

การค้นพบนี้ยืนยันความคิดที่มีมายาวนานว่าเป็นคลื่นความหนาแน่นที่จำกัดการไหลของอิเล็กตรอน และทำให้ความเป็นตัวนำยิ่งยวดสูงสุดในเฟสเทียมลดลง "การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบคงที่และความผันผวนของระดับนาโนที่เกี่ยวข้องทำให้การไหลของอิเล็กตรอนอิสระลดลง เช่นเดียวกับที่น้ำแข็งในแม่น้ำทำให้การไหลของน้ำของเหลวลดลง" เดวิสกล่าว

* งานนี้ไม่ใช่งานทางวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่งานรับรองขั้นสุดท้าย และเป็นผลจากการประมวลผล จัดโครงสร้าง และจัดรูปแบบข้อมูลที่รวบรวมไว้เพื่อใช้เป็นแหล่งข้อมูลสำหรับการเตรียมงานด้านการศึกษาโดยอิสระ

1. บทนำ

2. ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

3. ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง

3.1 คำจำกัดความ

3.2 โครงสร้าง

3.2.1 ตระกูลหลักของ HTSC

3.3 การพึ่งพาอุณหภูมิของความต้านทาน R(T)

3.4 คุณสมบัติและผลกระทบของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง

3.4.1 เอฟเฟกต์ Meissner

3.4.2 ทฤษฎีจุลทรรศน์ของตัวนำยิ่งยวดโดย Bardeen - Cooper - Schrieffer (BCS) และ Bogolyubov

3.4.3 ผลของโจเซฟสัน

3.4.4 ผลของโครงตาข่ายคริสตัล

3.4.5 ผลกระทบของไอโซโทป

4. วิธีการรับตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง

5. แนวโน้มสำหรับตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง

6. บทสรุป

7. ข้อมูลอ้างอิง

การแนะนำ

Karl Müller และ Georg Bednorz ค้นพบสารประกอบแรกจากประเภทคัพเรตตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง La2-xBaxCuO4 ในปี 1986 ซึ่งทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลในปี 1987 การค้นพบนี้ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยในด้านนี้ และภายในเจ็ดปีมีการเพิ่มขึ้น 1,000 จาก 300 K เป็น 1300 K (1,650 K ภายใต้ความกดดัน) ในขณะนี้ ค่าบันทึกของอุณหภูมิวิกฤต Tc = 135 K (ภายใต้ความดัน Tc = 165 K, -109 °C) ถูกยึดไว้โดยสาร HgBa2Ca2Cu3O8+x ซึ่งค้นพบในปี 1993 โดย S. N. Putilin และ E. V. Antipov แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถค้นพบตัวนำยิ่งยวดตัวใหม่ที่มีอุณหภูมิตัวนำยิ่งยวดสูงกว่า 1,650 เคลวินได้

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

ปรากฏการณ์ของการหายไปโดยสิ้นเชิงของความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำเมื่อถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ H. Kamerlingh Onnes ในปี 1911 และคำอธิบายที่น่าพอใจ สังเกตโดยชื่อของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน L. Cooper, J . Bardeen, J. Schrieffer และนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต N.N. Bogolyubov ได้รับการนำปรากฏการณ์นี้ไปใช้จริงในช่วงกลางทศวรรษที่ 1960 หลังจากมีการพัฒนาวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่เหมาะกับการใช้งานด้านเทคนิค - ปัญหานั้นยากมาก

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบในโลหะมากกว่า 20 ชนิด รวมถึงสารประกอบและโลหะผสมจำนวนมาก (Tk 23K) เช่นเดียวกับในเซรามิก (Tk > 77.4 K - ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง) ผ่านการสังเคราะห์วัสดุใหม่มากขึ้นเรื่อยๆ มีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็น 160 K (เกือบ -100 °C ตัวนำยิ่งยวด HTSC ที่มีอุณหภูมิสูงทั้งหมดนี้จำเป็นต้องมีไอออนทองแดง CuO (ยังไม่ชัดเจนว่าบทบาทของพวกเขาในการเกิดความเป็นตัวนำยิ่งยวด) ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กมาก ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของวัสดุที่มี Tk 23 K อธิบายได้จากการมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอนที่มีพลังงานเฟอร์มีโดยมีการหมุนและโมเมนตัมตรงกันข้าม (คู่คูเปอร์) ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนกับการสั่นสะเทือนของไอออนขัดแตะ - โฟนัน จากมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัม ทุกคู่อยู่ในสถานะเดียวกัน (ไม่เป็นไปตามสถิติของแฟร์มีเนื่องจากมีการหมุนจำนวนเต็ม) และมีความสอดคล้องกันในพารามิเตอร์ทางกายภาพทั้งหมด กล่าวคือ พวกมันก่อตัวเป็นคอนเดนเสทตัวนำยิ่งยวดตัวเดียว .

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของเซรามิกอาจอธิบายได้จากอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนกับควอซิพาร์ติเคิลอื่นๆ ตัวนำยิ่งยวดมีศัตรู 3 ตัว ได้แก่ อุณหภูมิสูง สนามแม่เหล็กอันทรงพลัง และกระแสสูง หากค่าของพวกเขาเกินค่าจำกัดที่เรียกว่าวิกฤต ตัวนำยิ่งยวดจะหายไป ตัวนำยิ่งยวดจะกลายเป็นตัวนำธรรมดา จากอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวดจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก: ตัวนำยิ่งยวดประเภท I และตัวนำยิ่งยวดประเภท II

ตัวนำยิ่งยวดประเภท 1 เมื่อวางไว้ในสนามแม่เหล็ก ให้ "ดัน" ตัวนำยิ่งยวดออกมาเพื่อให้การเหนี่ยวนำภายในตัวนำยิ่งยวดเป็นศูนย์ (เอฟเฟกต์ Meissner) ความแรงของสนามแม่เหล็กที่ตัวนำยิ่งยวดถูกทำลายและสนามทะลุเข้าไปในตัวนำเรียกว่าสนามแม่เหล็กวิกฤต Hk ในตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมีช่องว่างในความแรงของสนามแม่เหล็ก Hk2 > H > Hk1 โดยที่การเหนี่ยวนำภายในตัวนำยิ่งยวดน้อยกว่าการเหนี่ยวนำของตัวนำในสถานะปกติ Hk1 เป็นสนามวิกฤตต่ำกว่า Hk2 คือ สนามวิกฤตส่วนบน เอ็น< Нк1 - индукция в сверхпроводнике второго рода равна нулю, Н >Hk2 - ความเป็นตัวนำยิ่งยวดถูกรบกวน ผ่านตัวนำยิ่งยวดในอุดมคติประเภทที่สอง กระแสความแรงสามารถผ่านได้: Ik (กระแสวิกฤต) สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสนามซึ่งเป็นการเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นโดยกระแสจะเกิน Hk1 ซึ่งเป็นเส้นใยกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวอย่างภายใต้อิทธิพลของแรง Lorentz จะเคลื่อนที่เข้าไปในตัวอย่างโดยการปล่อยความร้อน ซึ่ง นำไปสู่การสูญเสียความเป็นตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง

3.1 คำจำกัดความ

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงเป็นตระกูลของวัสดุ (เซรามิกตัวนำยิ่งยวด) ที่มีคุณสมบัติโครงสร้างทั่วไปที่สามารถกำหนดลักษณะเฉพาะได้ด้วยระนาบทองแดง-ออกซิเจนที่มีการกำหนดไว้ค่อนข้างดี เรียกอีกอย่างว่าตัวนำยิ่งยวดคัพเรต อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดที่สามารถทำได้ในสารประกอบบางชนิดในตระกูลนี้ถือเป็นอุณหภูมิที่สูงที่สุดในบรรดาตัวนำยิ่งยวดที่รู้จัก สถานะปกติ (และตัวนำยิ่งยวด) แสดงคุณสมบัติทั่วไปหลายประการสำหรับคัพเรตที่มีองค์ประกอบต่างกัน คุณสมบัติหลายอย่างเหล่านี้ไม่สามารถอธิบายได้ภายในกรอบของทฤษฎี BCS แม้ว่าปัจจุบันยังไม่มีทฤษฎีการนำยิ่งยวดที่เป็นเอกภาพและสอดคล้องกันในถ้วยเรต อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้นำไปสู่ผลการทดลองและทางทฤษฎีที่สำคัญมากมาย และความสนใจในด้านนี้ไม่ได้มุ่งเน้นไปที่การบรรลุความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น รางวัลโนเบลได้รับรางวัลทันทีจากการค้นพบการทดลองตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงตัวแรกในปี 1987

ผู้ค้นพบ HTSC ได้พัฒนาเกณฑ์สี่ประการเพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของตัวนำยิ่งยวด: (1) การมีอยู่ของความต้านทานเป็นศูนย์ (2) เอฟเฟกต์ Meissner ที่เด่นชัด (3) ความสามารถในการทำซ้ำของผลลัพธ์ที่สูง และ (4) ความเสถียรสูงของเอฟเฟกต์

3.2 โครงสร้าง

ระบบ HTSC หลักทั้งหมดมีโครงสร้างแบบชั้น ในรูป รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างโครงสร้างของเซลล์หน่วยของสารประกอบ HTSC YBa2Cu3O7 สิ่งที่น่าสังเกตคือค่าพารามิเตอร์ขัดแตะที่มีขนาดใหญ่มากในทิศทางของแกน "c" สำหรับ YBa2Cu3O7 ค = 11.7 Å

แอนไอโซโทรปีที่สำคัญพบได้ในคุณสมบัติหลายประการของสารประกอบดังกล่าว โดยทั่วไป สารประกอบที่มี n ขนาดใหญ่ถือเป็นโลหะ (แม้ว่าจะเป็นโลหะที่ไม่ดีก็ตาม) ในระนาบ "ab" และแสดงพฤติกรรมของสารกึ่งตัวนำในทิศทางที่สามตามแนวแกน "c" แต่ในขณะเดียวกัน พวกมันก็เป็นตัวนำยิ่งยวด

3.3 การพึ่งพาอุณหภูมิของความต้านทาน R(T)

ในถ้วยเรต HTSC จำนวนมาก R(T) ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเกือบเป็นเส้นตรง ตัวอย่างของ YBa2Cu3O7 แสดงไว้ในรูปที่ 1 4. ความต้านทานนี้เปลี่ยนไปในระนาบ “ab” น่าแปลกที่ในตัวอย่างที่บริสุทธิ์ การประมาณค่าของการพึ่งพาบริเวณอุณหภูมิต่ำนี้จะมีพฤติกรรมราวกับว่าไม่มีความต้านทานตกค้างเลย ใน HTSC อื่นๆ จำนวนหนึ่งที่มี Tc ต่ำกว่า ซึ่งเป็นไปได้ที่จะระงับความเป็นตัวนำยิ่งยวดด้วยสนามแม่เหล็ก การขึ้นต่อกันของ R(T) จะเป็นเส้นตรงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก การพึ่งพาเชิงเส้นดังกล่าวพบได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก: จาก ~ 10-3 ถึง 600 K (ที่อุณหภูมิสูงกว่าความเข้มข้นของออกซิเจนจะเริ่มเปลี่ยนแปลง) นี่เป็นพฤติกรรมที่ผิดปกติโดยสิ้นเชิงสำหรับโลหะ เพื่ออธิบายสิ่งนี้ มีการใช้แบบจำลองที่ไม่ต่อเนื่อง (กลไกที่ไม่ใช่โฟนอนของการกระเจิงของพาหะ การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของอิเล็กตรอนด้วย T เป็นต้น) อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์

ในรูป รูปที่ 5 แสดงการพึ่งพาอุณหภูมิของความต้านทานสำหรับสารประกอบ HTSC YBa2Cu3O7 ตามแนวแกน "c" ระยะชักเป็นเซมิคอนดักเตอร์ และค่าความต้านทานที่สังเกตได้จะมากกว่าประมาณ 1,000 เท่า

3.4 คุณสมบัติและผลกระทบของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง

3.4.1 เอฟเฟกต์ Meissner

ผลกระทบของไมเนอร์ก็คือตัวนำยิ่งยวดซึ่งเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติในสนามแม่เหล็กคงที่ จะผลักสนามแม่เหล็กนี้ออกจากปริมาตรโดยธรรมชาติ ผ่านเข้าสู่สถานะที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B = 0 เช่น สถานะของไดอะแมกเนติซึมในอุดมคติ

3.4.2 ทฤษฎีจุลทรรศน์ของตัวนำยิ่งยวดโดย Bardeen - Cooper - Schrieffer (BCS) และ Bogolyubov

ปรากฎว่าความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนในโลหะถูกจัดกลุ่มเป็นคู่ซึ่งมีปฏิกิริยากันผ่านโครงตาข่ายคริสตัล คู่นี้เชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกมันออกและแยกอิเล็กตรอนออกด้วยพันธะอันทรงพลัง ซึ่งจะช่วยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยไม่มีความต้านทานผ่านโครงตาข่ายคริสตัล

3.4.3 ผลของโจเซฟสัน

หากการสัมผัสในอุโมงค์ของตัวนำยิ่งยวดสองตัวรวมอยู่ในวงจรภายนอกที่มีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าและตั้งค่าให้เป็นไปตามความสัมพันธ์ I = I0sin โดยที่  คือความต่างเฟสของประจุทั้งสองข้าง ณ จุดใดจุดหนึ่ง และ I0 คือค่าสูงสุด กระแสน้ำในอุโมงค์เป็นสัดส่วนกับพื้นที่ทางแยกอุโมงค์และความโปร่งใสของสิ่งกีดขวาง แต่ให้เราใส่ใจกับความจริงที่ว่าการแสดงออกของกระแสนี้ไม่รวมแรงดันไฟฟ้าที่หน้าสัมผัส ที่ค่าความแตกต่างเป็นศูนย์ กระแสตรงสามารถทะลุผ่านหน้าสัมผัสของอุโมงค์ที่เกิดจากตัวนำยิ่งยวดสองตัวที่แยกจากกันด้วยชั้นอิเล็กทริก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์โจเซฟสันนิ่ง

3.4.4 ผลของโครงตาข่ายคริสตัล

การเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวดแทบไม่มีผลกระทบต่อโครงตาข่ายเลย แต่ตาข่ายคริสตัลมีอิทธิพลต่อความเป็นตัวนำยิ่งยวดและยิ่งไปกว่านั้นยังกำหนดความเป็นตัวนำยิ่งยวดและไม่พบข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ ตาข่ายคริสตัลมีหลายประเภท บ่อยครั้งที่สารชนิดเดียวกันอาจมีโครงผลึกต่างกัน กล่าวคือ อะตอมเดียวกันสามารถอยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันในลักษณะที่ต่างกัน การเปลี่ยนจากตาข่ายประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิ ความดัน หรือพารามิเตอร์อื่นๆ เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงนี้ เช่นเดียวกับการเกิดขึ้นของตัวนำยิ่งยวดและการหลอมละลาย ถือเป็นการเปลี่ยนเฟส

อิทธิพลของโครงตาข่ายคริสตัลต่อความเป็นตัวนำยิ่งยวดแสดงให้เห็นได้จากการค้นพบโครงตาข่ายคริสตัลในปี 1950 ผลของไอโซโทป

เมื่อแทนที่ไอโซโทปหนึ่งด้วยโครงผลึกชนิดอื่น "ของเหลวอิเล็กทรอนิกส์" จะไม่ได้รับผลกระทบเลย มีเพียงความแรงของอะตอมเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง ปรากฎว่า Tc ของตัวนำยิ่งยวดหลายตัวขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม ยิ่งแรงต่ำ Tc ก็จะยิ่งมากขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น ประเภทของการพึ่งพาอาศัยกันนี้ทำให้เรายืนยันได้ว่า Tc เป็นสัดส่วนกับความถี่ของการสั่นของอะตอมขัดแตะ และสิ่งนี้มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกของความเป็นตัวนำยิ่งยวด

3.4.5 ผลกระทบของไอโซโทป

ในปี พ.ศ. 2448 มีการค้นพบกระแสที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ไอโซโทป ในขณะที่ศึกษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดในไอโซโทปต่างๆ ของปรอทและดีบุก นักฟิสิกส์ได้ดึงความสนใจไปที่ข้อเท็จจริงที่ว่าอุณหภูมิวิกฤต Tk ของการเปลี่ยนไปเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดและมวลของไอโซโทป M มีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ Tk M1\2 = const

ไอโซโทปคืออะตอมของธาตุชนิดเดียวกันซึ่งนิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน พวกมันมีประจุเท่ากัน แต่มีมวลต่างกัน มวลของไอโซโทปเป็นลักษณะของโครงผลึกและอาจส่งผลต่อคุณสมบัติของมัน ตัวอย่างเช่น ความถี่ของการแกว่งในโครงตาข่ายจะขึ้นอยู่กับมวล เช่นเดียวกับอุณหภูมิวิกฤติ แปรผกผันกับมวล: M-1\2 ซึ่งหมายความว่าหากมวล M มีแนวโน้มเป็นอนันต์ อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง Tk จะมีแนวโน้มเป็นศูนย์ กล่าวคือ ยิ่งอะตอมหนักมาก พวกมันก็จะสั่นช้าลง และค่าการนำไฟฟ้าในอุดมคติก็จะยิ่งยากขึ้น (ที่อุณหภูมิต่ำกว่า) และค่าการนำไฟฟ้าในอุดมคติก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น พลังงานของการสั่นแบบจุดศูนย์ก็ยิ่งง่ายขึ้น

ดังนั้น ผลของไอโซโทปบ่งชี้ว่าการสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายเกี่ยวข้องกับการสร้างตัวนำยิ่งยวด! ความเป็นตัวนำยิ่งยวดซึ่งเป็นสมบัติของระบบอิเล็กตรอนของโลหะ ปรากฏว่ามีความสัมพันธ์กับสถานะของโครงตาข่ายคริสตัล ผลที่ตามมาคือการเกิดปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวดนั้นเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนกับโครงตาข่ายคริสตัล

4 วิธีการรับตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง

วิธีการรับตัวอย่างของตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงนั้นถูกกำหนดโดยงานที่กำหนดโดยนักวิจัยและบริษัทต่างๆ ที่ใช้วัสดุ HTSC เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้า ดังนั้น ในการผลิตผลิตภัณฑ์จำนวนมากจากวัสดุ HTSC จึงจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการผลิตวัสดุ HTSC ในปริมาณมากในสถานะโพลีคริสตัลไลน์ เพื่อวัตถุประสงค์ด้านอิเล็กทรอนิกส์ของไมโครเวฟ จำเป็นต้องมีการพัฒนาวิธีการผลิตฟิล์มเอพิแทกเซียลที่มีพารามิเตอร์วิกฤตสูง สำหรับการศึกษาขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของ HTSC วิธีการเพื่อให้ได้ผลึกเดี่ยว HTSC ที่สมบูรณ์แบบ (และในกรณีของระบบ YBa2Cu3O7-δ แบบไม่มีคู่) จำเป็นอย่างยิ่ง

การผลิตผงสารตั้งต้นคุณภาพสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้รับตัวอย่าง HTSC ที่มีคุณสมบัติวิกฤตสูง ในบรรดาวิธีการเพื่อให้ได้ผงของสารประกอบ YBa2Cu3O7-δ (ต่อไปนี้จะเรียกว่า YBCO) เราตั้งชื่อดังต่อไปนี้: ปฏิกิริยามาตรฐานของเฟสของแข็งและการสะสมทางเคมี, สเปรย์พลาสมา, การทำแห้งในไนโตรเจนเหลว, การทำแห้งแบบสเปรย์และการสังเคราะห์ออกซิเดชั่น, วิธีโซล-เจล วิธีอะซิเตตและปฏิกิริยาเฟสแก๊ส ขั้นตอนมาตรฐานสำหรับการผลิตผงเซรามิกตัวนำยิ่งยวดประกอบด้วยหลายขั้นตอน ขั้นแรก วัสดุตั้งต้นจะถูกผสมในอัตราส่วนโมลเฉพาะโดยใช้กระบวนการผสมแบบกวนหรือเฟสของเหลวที่เหมาะสม ในกรณีนี้ ความสม่ำเสมอของส่วนผสมจะถูกจำกัดด้วยขนาดอนุภาค และผลลัพธ์ที่ดีที่สุดคือสำหรับอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ไมครอน ในผงละเอียดมาก (ที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า 1 μm มาก) มักสังเกตเห็นการแยกตัวของอนุภาค ส่งผลให้การผสมของอนุภาคลดลง ปัญหานี้สามารถลดลงได้โดยใช้การผสมในเฟสของเหลว ซึ่งให้การควบคุมองค์ประกอบและความสม่ำเสมอทางเคมี นอกจากนี้เทคโนโลยีนี้ยังช่วยลดอิทธิพลของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อทำการบดและผสมผง ในสื่อที่มีองค์ประกอบหลายองค์ประกอบ เช่น HTSC กระบวนการผสมมีบทบาทสำคัญในการได้รับความบริสุทธิ์ของเฟสสูง ส่วนผสมคุณภาพสูงช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น ผงดังกล่าวต้องใช้อุณหภูมิและเวลาที่ต่ำกว่าในระหว่างการเผาเพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ของเฟสที่ต้องการ ขั้นตอนต่อไปคือการทำให้แห้งหรือกำจัดตัวทำละลาย ซึ่งจำเป็นเพื่อรักษาความเป็นเนื้อเดียวกันของสารเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผสม สำหรับระบบที่มีองค์ประกอบหลายองค์ประกอบ (HTSC) การกำจัดตัวทำละลายโดยการระเหยช้าอาจทำให้เกิดการตกตะกอนที่แตกต่างกันมากเนื่องจากความสามารถในการละลายของส่วนประกอบที่แตกต่างกัน เพื่อลดปัญหานี้ จึงมีการใช้เทคโนโลยีต่างๆ มากมาย รวมถึงโดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการระเหิด การกรอง ฯลฯ หลังจากการอบแห้ง ผงจะถูกเผาในบรรยากาศที่มีการควบคุมเพื่อให้ได้องค์ประกอบโครงสร้างและเฟสขั้นสุดท้าย โหมดปฏิกิริยาสำหรับระบบ YBCO ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยี เช่น อุณหภูมิและเวลาในการเผา อัตราการให้ความร้อน บรรยากาศ (ความดันบางส่วนของออกซิเจน) และระยะเริ่มต้น ผงยังสามารถสังเคราะห์ได้โดยตรงจากสารละลายโดยใช้เทคโนโลยีไพโรไลซิส หรือผลิตโดยการวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้าโดยการส่งกระแสผ่านสารละลาย ในกรณีนี้ ความผันผวนเล็กน้อยในองค์ประกอบก็สามารถนำไปสู่การก่อตัวของเฟสปกติ (ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด) เช่น: Y2BaCuO5, CuO และ BaCuO2 การใช้สารตั้งต้นที่ประกอบด้วยคาร์บอนยังทำให้การก่อตัวของเฟส YBa2Cu3O7-δ ซับซ้อนขึ้น และส่งผลให้คุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดลดลง ในทางกลับกัน ผงสำหรับรับฟิล์มตัวนำยิ่งยวดขององค์ประกอบ Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O (ต่อไปนี้จะเรียกว่า BSCCO) สามารถผลิตได้โดยใช้ปฏิกิริยาโซลิดเฟส, การตกตะกอนร่วม, ไพโรไลซิสสเปรย์ละออง, เทคโนโลยีการยิง , การทำแห้งแบบเยือกแข็ง, วิธีการผสมของเหลว, วิธีไมโครอิมัลชันหรือโซลเจล วิธีการมาตรฐานในการได้รับผงสารตั้งต้นตัวนำยิ่งยวดที่ใช้ในการผลิตเทปและสายไฟ BSCCO เรียกว่าวิธีการสังเคราะห์แบบ "ผงเดียว" และ "สองผง" ในกรณีแรกจะได้สารตั้งต้นจากการเผาส่วนผสมของออกไซด์และคาร์บอเนต ประการที่สอง ส่วนผสมของสารประกอบคัพเรตสองชนิดถูกยิงออกมา การปฏิบัติตามเงื่อนไขเหล่านี้ทำให้สามารถรับตัวอย่างโพลีคริสตัลไลน์ที่มีขนาดใหญ่เพียงพอได้ (ตัวอย่างเช่น สำหรับแม่เหล็กของระบบขนส่งแบบแขวนลอยแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไร้สัมผัส)

สำหรับการสังเคราะห์ฟิล์ม HTSC (ทั้ง YBCO และระบบอื่นๆ) โดยทั่วไปจะใช้วิธีหนึ่ง (ในแหล่งกำเนิด) และสองขั้นตอน (นอกแหล่งกำเนิด) ในกรณีแรก การตกผลึกของฟิล์มเกิดขึ้นโดยตรงระหว่างการสะสมของฟิล์ม และภายใต้สภาวะที่เหมาะสม การเติบโตของอีพิแทกเซียลจะเกิดขึ้น ในกรณีที่สอง ฟิล์มจะถูกสปัตเตอร์ครั้งแรกที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งไม่เพียงพอต่อการสร้างโครงสร้างผลึกที่ต้องการ จากนั้นจึงยิงในบรรยากาศ O2 ที่อุณหภูมิเพื่อให้แน่ใจว่ามีการตกผลึกในเฟสที่ต้องการ (เช่น สำหรับฟิล์ม YBCO นี้ คืออุณหภูมิ 900-9500C) วิธีการขั้นตอนเดียวส่วนใหญ่จะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าที่จำเป็นในการผลิตฟิล์มในสองขั้นตอนมาก การเผาที่อุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดผลึกขนาดใหญ่และพื้นผิวขรุขระ ซึ่งเป็นตัวกำหนดความหนาแน่นกระแสวิกฤติที่ต่ำ ดังนั้นในขั้นต้น วิธีการในแหล่งกำเนิดจึงมีข้อได้เปรียบ ตามวิธีการรับและจัดส่งส่วนประกอบ HTSC ไปยังซับสเตรต จะทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างวิธีการสปัตเตอร์ทางกายภาพ ซึ่งรวมถึงการระเหยและการสปัตเตอร์ทุกประเภท ตลอดจนวิธีการสะสมทางเคมี

วิธีการระเหยร่วมแบบสุญญากาศหมายถึงการสะสมร่วมกันของส่วนประกอบ HTSC พร้อมกันหรือตามลำดับ (ทีละชั้น) ที่ถูกระเหยจากแหล่งต่างๆ โดยใช้ ตัวอย่างเช่น ปืนลำแสงอิเล็กตรอนหรือเครื่องระเหยแบบต้านทาน ฟิล์มที่ได้มาโดยใช้เทคโนโลยีนี้มีคุณสมบัติการเป็นตัวนำยิ่งยวดด้อยกว่าตัวอย่างที่ผลิตด้วยเลเซอร์หรือการสปัตเตอร์แมกนีตรอน วิธีการระเหยร่วมด้วยสุญญากาศใช้ในการสังเคราะห์สองขั้นตอน เมื่อโครงสร้างของฟิล์มที่สะสมอยู่ในขั้นตอนแรกและปริมาณออกซิเจนในฟิล์มเหล่านั้นไม่ได้มีความสำคัญพื้นฐาน

การระเหยด้วยเลเซอร์มีประสิทธิภาพสูงในการสะสมของฟิล์ม HTSC วิธีนี้ใช้งานง่าย มีอัตราการสะสมสูง และช่วยให้คุณสามารถทำงานกับเป้าหมายขนาดเล็กได้ ข้อได้เปรียบหลักของมันคือการระเหยขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดที่อยู่ในเป้าหมายได้ดีพอๆ กัน ด้วยการระเหยชิ้นงานภายใต้เงื่อนไขบางประการ จึงเป็นไปได้ที่จะได้ฟิล์มที่มีองค์ประกอบเดียวกันกับชิ้นงาน พารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีที่สำคัญ ได้แก่ ระยะห่างจากเป้าหมายถึงพื้นผิว รวมถึงความดันออกซิเจน ทางเลือกที่ถูกต้องของพวกเขาช่วยป้องกันความร้อนสูงเกินไปของฟิล์มที่กำลังเติบโตโดยพลังงานของพลาสมาที่ถูกระเหยโดยเลเซอร์และการก่อตัวของเมล็ดที่มีขนาดใหญ่เกินไปที่สอดคล้องกัน และในทางกลับกัน เพื่อสร้างระบบการปกครองพลังงานที่จำเป็นสำหรับฟิล์ม การเจริญเติบโตที่อุณหภูมิพื้นผิวต่ำสุดที่เป็นไปได้ พลังงานสูงของส่วนประกอบที่สะสมอยู่และการมีอยู่ของอะตอมมิกและออกซิเจนไอออไนซ์ในพลัมเลเซอร์ทำให้สามารถผลิตฟิล์ม HTSC ได้ในขั้นตอนเดียว สิ่งนี้จะสร้างฟิล์มผลึกเดี่ยวหรือมีพื้นผิวสูงด้วยการวางแนวแกน c (แกน c ตั้งฉากกับระนาบของวัสดุพิมพ์) ข้อเสียเปรียบหลักของการระเหยด้วยเลเซอร์คือ: (a) พื้นที่ขนาดเล็กที่สามารถสะสมฟิล์มที่มีองค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ได้; (b) ความหลากหลายของความหนาและ (c) ความขรุขระของพื้นผิว เนื่องจากแอนไอโซโทรปีที่แข็งแกร่งของ HTSC ฟิล์มที่มีการวางแนวแกน c เท่านั้นจึงมีคุณสมบัติในการเคลื่อนย้ายและป้องกันที่ดี ในเวลาเดียวกัน ฟิล์มที่มีการวางแนวแกน a (แกน a อยู่ในระนาบของพื้นผิว ab) ซึ่งมีความยาวการเชื่อมโยงกันมากในทิศทางที่ตั้งฉากกับพื้นผิว และโดดเด่นด้วยความเรียบเนียนสูง สะดวกสำหรับ การผลิตหัวต่อ HTSC Josephson คุณภาพสูงซึ่งประกอบด้วยชั้นที่สะสมตามลำดับ " HTSC - โลหะธรรมดา" (หรือ "ไดอิเล็กทริก - HTSC") ภาพยนตร์ที่มีการวางแนวแบบผสมเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาทุกประการ

การสปัตเตอร์แมกนีตรอนช่วยให้ได้ฟิล์ม YBCO ในขั้นตอนเดียว ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าคุณสมบัติการเป็นตัวนำยิ่งยวดของตัวอย่างที่ปลูกโดยการระเหยด้วยเลเซอร์ ในเวลาเดียวกันก็มีความหนาสม่ำเสมอมากขึ้นและความเรียบของพื้นผิวที่สูงขึ้น เช่นเดียวกับการระเหยด้วยเลเซอร์ การก่อตัวของพลาสมาในระหว่างการสปัตเตอร์แมกนีตรอนจะสร้างอะตอมและไอออนพลังงานสูง ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตฟิล์ม HTSC ได้ในขั้นตอนเดียวที่อุณหภูมิต่ำ ระยะห่างระหว่างเป้าหมาย-วัสดุพิมพ์ก็มีความสำคัญเช่นกัน เมื่อเป้าหมายอยู่ใกล้กับสารตั้งต้นและมีความดันปานกลางไม่เพียงพอ สารตั้งต้นจะถูกไอออนออกซิเจนเชิงลบโจมตีอย่างรุนแรง ซึ่งจะทำลายโครงสร้างของฟิล์มที่กำลังเติบโตและปริมาณสัมพันธ์ของฟิล์ม เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มีการใช้วิธีการต่างๆ มากมาย รวมถึงการปกป้องซับสเตรตจากการถูกโจมตีด้วยไอออนพลังงานสูง และการวางตำแหน่งให้อยู่ห่างจากพลาสมาที่ปล่อยก๊าซอย่างเหมาะสม เพื่อให้มั่นใจว่าอัตราการสะสมตัวสูงและการเจริญเติบโตของฟิล์มได้สำเร็จที่อุณหภูมิต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ . ฟิล์ม YBCO บางในแหล่งกำเนิด ซึ่งผลิตโดยการสปัตเตอร์แมกนีตรอนนอกแกนและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหมาะสม ได้แสดงให้เห็นอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดและความหนาแน่นกระแสวิกฤติ ตามลำดับ: Tc = 92 K และ Jc = 7.106 A/cm2 การตกสะสมของเลเซอร์แบบพัลซิ่งหลากหลายชนิดที่ใช้ในการผลิตฟิล์มและสายไฟ YBCO ที่มีพื้นผิวสูง ผลิตบนซับสเตรตโมโนและโพลีคริสตัลไลน์ต่างๆ ที่มีและไม่มีเลเยอร์ย่อย ทำให้สามารถบรรลุความหนาแน่นกระแสวิกฤต Jс = 2.4.106 A/cm2 ที่อุณหภูมิ 77 K และสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ สนาม

สาระสำคัญของวิธีการสะสมไอสารเคมีจากเฟสไอของการผสมระหว่างโลหะและอินทรีย์คือการขนส่งส่วนประกอบโลหะในรูปของไอระเหยของสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกที่ระเหยได้เข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ผสมกับตัวออกซิไดเซอร์ที่เป็นก๊าซ การสลายตัวของไอและการควบแน่นของ ฟิล์มออกไซด์ลงบนพื้นผิว วิธีนี้ช่วยให้ได้ฟิล์ม HTSC บางที่มีคุณลักษณะเทียบเคียงได้กับตัวอย่างที่ผลิตโดยวิธีการสะสมทางกายภาพ ข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบของวิธีนี้ในช่วงหลัง ได้แก่: (a) ความเป็นไปได้ของการใช้ฟิล์มที่สม่ำเสมอกับส่วนของโครงสร้างที่ไม่ใช่ระนาบและพื้นที่ขนาดใหญ่; (b) อัตราการสะสมที่สูงขึ้นในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพไว้สูง (c) ความยืดหยุ่นของกระบวนการในขั้นตอนของการดีบักระบอบเทคโนโลยีเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของเฟสไออย่างราบรื่น กระบวนการหลังมักใช้ในการผลิตฟิล์ม HTSC ที่มีพารามิเตอร์วิกฤตสูง (เทียบได้กับผลึกเดี่ยว) ในกรณีที่มีการกำหนดค่าฟิล์มที่ซับซ้อนในผลิตภัณฑ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์เชิงพาณิชย์

5. แนวโน้มสำหรับตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง

การสร้างผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคเฉพาะโดยใช้วัสดุ HTSC จะสมจริงที่สุดในอนาคตอันใกล้นี้อย่างแม่นยำในเทคโนโลยีกระแสต่ำ เช่น ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์

SQUIDs (อุปกรณ์ที่ใช้จุดเชื่อมต่อโจเซฟสัน) เป็นเครื่องตรวจจับสนามแม่เหล็กอ่อนสำหรับใช้ในทางการแพทย์ (แมกนีโทเซนเซฟาโลกราฟี) ธรณีวิทยา และธรณีฟิสิกส์ (ค้นหาแร่ธาตุ การศึกษาโครงสร้างทางธรณีวิทยาของเปลือกโลก การพยากรณ์แผ่นดินไหว) วัสดุศาสตร์ (ไม่ทำลายล้าง) การทดสอบวัสดุ โครงสร้าง) เทคโนโลยีทางการทหาร (การตรวจจับความผิดปกติของสนามแม่เหล็ก โดยเฉพาะเรือดำน้ำลึก) การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การสื่อสาร และการนำทาง

การพัฒนาและการใช้วิธีการวัดสนามแม่เหล็กแบบ SQUID อย่างแพร่หลายจะทำให้สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์ตรวจวัดหลายประเภทในเชิงคุณภาพ เพิ่มความไวของเครื่องมือและความแม่นยำในการวัดได้หลายร้อยครั้งหรือมากกว่า ทำให้มีความสามารถในการวัดที่กว้าง ช่วงของเซ็นเซอร์ถึงขีดจำกัดทางทฤษฎี และนำอุปกรณ์การวัดไปสู่ระดับใหม่เชิงคุณภาพสูงสุด

อุปกรณ์แอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ที่ใช้ความเร็วพิเศษ (เศษส่วนของพิโควินาที) โดยเปลี่ยนจากโหมดการทำงานของ Josephson เป็น "Giver" สำหรับแอปพลิเคชันในระบบการสื่อสารล่าสุด อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ดิจิทัลสำหรับการประมวลผลและวิเคราะห์สัญญาณแอนะล็อก ฯลฯ

อุปกรณ์ที่อิงตามผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าคงที่บนทางแยกโจเซฟสันเมื่อมีการจ่ายสัญญาณไมโครเวฟให้กับอุปกรณ์นั้น สำหรับใช้ในระบบการวัดที่แม่นยำ (เช่น มาตรฐานโวลตา)

HTSC จะพบกับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อย่างกว้างขวาง ในปัจจุบัน ได้มีการพัฒนาต้นแบบของเซลล์หน่วยความจำ ซึ่งเป็นองค์ประกอบการอ่านข้อมูลที่มีความไวสูงเป็นพิเศษบนฟิล์ม HTSC โดยมีการปล่อยพลังงานลดลงหลายเท่าเมื่อเทียบกับเครื่องขยายสัญญาณการอ่านข้อมูลแบบเซมิคอนดักเตอร์ และสายการสื่อสารความเร็วสูงพิเศษ ซึ่งจะช่วยเพิ่ม ผลผลิตของระบบ 10 - 100 เท่า การแนะนำ HTSC เข้าสู่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์จะช่วยเพิ่มความเร็วและระดับการรวมระบบได้หลายเท่า ดังนั้น การเปลี่ยนมาใช้การเชื่อมต่อ HTSC และลดอุณหภูมิการทำงานของซูเปอร์คอมพิวเตอร์เซมิคอนดักเตอร์จะช่วยเพิ่มผลผลิตจาก 10x9 เป็น 10x12 การทำงาน/วินาที

หนึ่งในขอบเขตการใช้งานที่มีแนวโน้มของ HTSC คือเทคโนโลยีอวกาศ - อุปกรณ์ตรวจวัดและระบบคอมพิวเตอร์ทั้งบนเรือและ "นอกเรือ" (การดำเนินการสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ระบายความร้อนพิเศษเนื่องจากอุณหภูมิ "เงา" ของดาวเทียมคือ 90 K) ในเวลาเดียวกัน เมื่อเปลี่ยนมาใช้ HTSC มวลจำเพาะของระบบทำความเย็นจะลดลง 50 เท่า ปริมาตรจะลดลง 1,000 เท่า และความน่าเชื่อถือจะเพิ่มขึ้น 10 เท่า

แนวโน้มกว้างสำหรับการใช้ HTSC กำลังเปิดกว้างในเทคโนโลยีไมโครเวฟ และในการสร้างเซ็นเซอร์ในช่วงที่มองเห็นได้และช่วง IR ที่มีความไวสูง

บทสรุป

นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงประสบความสำเร็จอย่างมาก พวกเขาได้ก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในระดับอุณหภูมิของความเป็นตัวนำยิ่งยวด พวกเขาได้ค้นพบอุปกรณ์มากมายที่อาศัยความเป็นตัวนำยิ่งยวด รวมถึงเช่น รถไฟลอยด้วยแม่เหล็กและสายไฟที่ปราศจากความต้านทาน แต่ยังคง ในขณะนี้พวกเขาไม่สามารถเข้าใกล้อุณหภูมิห้องได้ซึ่งทำให้ตัวนำยิ่งยวดมีราคาแพงเนื่องจากจำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงยังไม่ได้รับการใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากโครงสร้างออกไซด์ที่เปราะบางซึ่งก่อให้เกิดการเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และการพัฒนาข้อบกพร่องทางโครงสร้าง ส่งผลให้คุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดเสื่อมลงอย่างมาก ทั้งหมดนี้ส่งผลให้การอัดฉีดเงินทุนเข้าสู่อุตสาหกรรมนี้ลดลง และส่งผลให้นักวิทยาศาสตร์ลดความสนใจลง

บรรณานุกรม

1. Bogolyubov N. N. , Tolmachev V. V. , Shirkov D. V. วิธีการใหม่ในทฤษฎีตัวนำยิ่งยวด อ.: สำนักพิมพ์ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต, 2501

2. วี. แอล. กินซ์เบิร์ก, อี. เอ. อันดริวชิน ความเป็นตัวนำยิ่งยวด อ.: อัลฟ่า-เอ็ม 2549

3. เจ.จี. เบดนอร์ซ, เค.เอ. มุลเลอร์, สาธุคุณ มด Phys.,-B,64,-P.189-(1988).

4. คุณสมบัติทางกายภาพของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง ภายใต้. เอ็ด ดี.เอ็ม. กินส์เบิร์ก. ม:. "มีร์", 2533, 544 ส.

5. ซี. เรนเนอร์ และคณะ ฟิสิกส์ สาธุคุณ เล็ตต์ 80, 3606 (1998); เอส.เอช. แพน และคณะ ฟิสิกส์ สาธุคุณ เล็ตต์ 85, 1536 (2000)

6. ทัลลอน เจ.แอล., โลรัม เจ.ดับบลิว. ฟิซิกา ซี. 349 53 (2544); cond-mat/0005063.

7. G.P.Shveikin, V.A.Gubanov, A.A.Fotiev, G.V.Bazuev, A.A.Evdokimov โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์และคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง ม:. "วิทยาศาสตร์", 2533, 240 หน้า

การนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง

ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง(สูง T c) - ตระกูลวัสดุ (เซรามิกตัวนำยิ่งยวด) ที่มีคุณสมบัติโครงสร้างทั่วไป มีระนาบทองแดงและออกซิเจนที่แยกออกจากกันค่อนข้างดี เรียกอีกอย่างว่าตัวนำยิ่งยวดคัพเรต อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดที่สามารถทำได้ในสารประกอบบางชนิดในตระกูลนี้ถือเป็นอุณหภูมิที่สูงที่สุดในบรรดาตัวนำยิ่งยวดที่รู้จัก ในปัจจุบัน อุณหภูมิวิกฤติเป็นประวัติการณ์ T c =135 K (ภายใต้ความดัน T c =165 K, -109 °C) จัดขึ้นโดยสาร HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x ค้นพบในปี 1993 โดย S. N. Putilin และ E. V. Antipov จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก สถานะปกติ (และตัวนำยิ่งยวด) แสดงคุณสมบัติทั่วไปหลายประการระหว่างองค์ประกอบคัพเรตที่แตกต่างกัน คุณสมบัติหลายอย่างเหล่านี้ไม่สามารถอธิบายได้ภายในกรอบของทฤษฎี BCS ขณะนี้ยังไม่มีทฤษฎีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่สอดคล้องกันในถ้วยเรต อย่างไรก็ตาม ปัญหาได้นำไปสู่ผลการทดลองและทางทฤษฎีมากมาย และความสนใจในด้านนี้ไม่เพียงแต่ในการบรรลุความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น สารประกอบแรกจากประเภทคัพเรตตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง La 2-x Ba x CuO 4 ถูกค้นพบโดย Karl Müller และ Georg Bednorz ในปี 1986 สำหรับการค้นพบนี้ พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลทันทีในปี 1987

อินเตอร์เมทัลลิก

ในปี พ.ศ. 2544 อัลลอยด์ 2 (แมกนีเซียมไดโบไรด์) ถูกค้นพบด้วยอุณหภูมิสูงสุดเป็นประวัติการณ์สำหรับการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดสำหรับสารประกอบระหว่างโลหะ T c = 40 K โครงสร้างผลึกของสารนี้ประกอบด้วยชั้นโบรอนและชั้นแมกนีเซียมสลับกัน การแบ่งชั้นทำให้เกิดแอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ค่าการนำไฟฟ้า สเปกตรัมการดูดกลืนแสง ความแข็งแรง ฯลฯ จะแตกต่างกันในระนาบของชั้นและในทิศทางตั้งฉากกับชั้น สารประกอบสองแบนด์นี้กลายเป็นตัวนำยิ่งยวดตัวแรกที่วิทยาศาสตร์รู้จักว่ามีช่องว่างของตัวนำยิ่งยวดสองช่องพร้อมกัน (ตัวนำยิ่งยวดสองช่อง) ซึ่งได้รับการทำนายในทางทฤษฎีและยืนยันในการทดลอง ในโซนโบรอนเสมือนสองมิติของรู (โซนโซน) ในระหว่างการเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดช่องว่าง Δ σ (แถบพลังงานต้องห้ามสำหรับอิเล็กตรอนเดี่ยวและหลุม) ที่มีค่าประมาณ (10-11) meV ที่ค่าสูงสุด T s จะเกิดขึ้นในสเปกตรัมของอนุภาคควาซิพพาร์ติเคิล ในโซนสามมิติของแมกนีเซียม (โซน π) จะเกิดช่องว่างตัวนำยิ่งยวด Δ π ที่มีแอมพลิจูดประมาณ (1.5 - 3) meV ดังนั้น ในตัวนำยิ่งยวด 2 ตัวคอนเดนเสทที่มีตัวนำยิ่งยวดสองตัวอยู่ร่วมกัน: คอนเดนเสทสามมิติแบบไอโซโทรปิก (จากแถบ π ของแมกนีเซียม) และรูสองมิติอันหนึ่ง (แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในชั้นโบรอน)

การแนะนำสิ่งเจือปนของอะตอมอื่นออกเป็น 2 คือ การเติมสารกระตุ้นจะทำให้อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงวิกฤต Tc ลดลง เห็นได้ชัดว่าสารประกอบนี้มีลักษณะเฉพาะที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความเป็นตัวนำยิ่งยวดโดยธรรมชาติ และไม่สามารถ "ปรับปรุง" ขึ้นมาได้ เมื่อ Tc ลดลงจาก 40 K เป็น 10 K ค่าของช่องว่างเล็ก Δπ จะเปลี่ยนไปเล็กน้อย และค่าของช่องว่างขนาดใหญ่ Δσ จะลดลงตามอุณหภูมิวิกฤติ ผู้ทดลองสังเกตความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่าง Tc และ Δσ อัตราส่วนลักษณะเฉพาะของทฤษฎี BCS 2Δ σ /k B T s ตามที่นักทดลองชั้นนำชาวรัสเซียกล่าวไว้ อยู่ในช่วง 5-7 ซึ่งบ่งชี้ถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอน-โฟนอนที่รุนแรงในชั้นโบรอน และนำ 2 เข้าใกล้ HTSC ของคัพเรตมากขึ้น

ปินิไทด์และเซเลไนด์ที่เป็นตัวนำยิ่งยวด

ในปี 2551 มีการค้นพบที่น่าทึ่งของสารประกอบตัวนำยิ่งยวดประเภทใหม่ที่มีค่าสูงของสารประกอบชั้น Tc อุณหภูมิวิกฤตที่สำคัญโดยอาศัยธาตุเหล็กและกลุ่ม V (pnictides) หรือที่เรียกว่า เฟอร์รอปนิไทด์หรือเหล็กเซเลไนด์ เป็นครั้งแรกที่มีการสร้างสถานะตัวนำยิ่งยวดในสารประกอบที่มีอะตอมแม่เหล็ก () โครงสร้างผลึกของตัวนำยิ่งยวดที่มีธาตุเหล็กทั้งหมด (รู้จักกันอยู่แล้ว 6 ตระกูล) ประกอบด้วยชั้นสลับกันซึ่งอะตอมของเหล็กถูกล้อมรอบด้วยอะตอมจัตุรมุขของอะตอมหรือซึ่งระงับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม ในขณะนี้ เจ้าของสถิติสำหรับค่า Tc คือสารประกอบ GdOFeAs (Gd-1111) ที่เจือด้วยฟลูออรีนซึ่งใช้แทนออกซิเจน T c ของมันถึง 55 K

ตัวนำยิ่งยวดที่มีธาตุเหล็กทั้งหมดมีโครงสร้างหลายย่านความถี่และเป็นเสมือนสองมิติ (พวกมันแสดงคุณสมบัติแบบแอนไอโซโทรปีในทิศทางที่ตัดผ่านระนาบ) ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด แต่ละโซนจะเปิดช่องว่างของตัวเองในสเปกตรัมควอซิพาร์ติเคิล ซึ่งนำไปสู่การปรากฏของการควบแน่นที่เป็นตัวนำยิ่งยวดอย่างน้อยสองตัวและความเป็นตัวนำยิ่งยวดหลายช่องว่าง คล้ายกับกรณีที่ 2 (แมกนีเซียมไดโบไรด์) อัตราส่วนคุณลักษณะของทฤษฎี BCS 2Δ ใหญ่ /k B T s ตามการประมาณการโดยนักทดลองชาวรัสเซีย อยู่ในช่วง 4.6 - 6

ตัวนำยิ่งยวดอินทรีย์

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 60 และต้นทศวรรษที่ 70 มีความหวังอย่างมากในการสังเคราะห์สารเชิงซ้อนการถ่ายโอนประจุอินทรีย์ (CTC) - ตัวอย่างเช่น สารเชิงซ้อน en:TCNQ -TTF (tetracyanoquinodimethane-tetrathiafulvalene) อย่างไรก็ตามแม้จะมีการสังเคราะห์สารประกอบที่มีแนวโน้มจำนวนหนึ่ง แต่กลับกลายเป็นว่าความเป็นตัวนำยิ่งยวดในสารเชิงซ้อนเหล่านี้ไม่เสถียรแม้ในความหนาแน่นกระแสต่ำ

หมายเหตุ

ลิงค์

บทความนี้ไม่มีลิงก์ไปยังแหล่งข้อมูล ข้อมูลจะต้องสามารถตรวจสอบได้ มิฉะนั้นอาจถูกซักถามและลบทิ้ง คุณสามารถแก้ไขบทความนี้เพื่อรวมลิงก์ไปยังแหล่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ เครื่องหมายนี้ถูกกำหนดไว้แล้ว 13 พฤษภาคม 2554.

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

• วะ (คำอุทาน)
• สะพานปีเตอร์และพอล

ดูว่า "ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

การนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง- ความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง - [A.S. Goldberg. พจนานุกรมพลังงานภาษาอังกฤษเป็นภาษารัสเซีย 2549] หัวข้อ พลังงานโดยทั่วไป ความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง คำพ้องความหมาย ความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง EN ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค

ความเป็นตัวนำยิ่งยวด- แม่เหล็กที่ลอยอยู่เหนือตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงซึ่งระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นสมบัติของคู่ผสมบางตัว... Wikipedia

เซรามิกตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง- (เซรามิก HTSC) เซรามิก (ดูเซรามิกส์) สร้างขึ้นบนพื้นฐานของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงออกไซด์ (ดูเซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์) เซรามิกตัวนำยิ่งยวดได้รับมาครั้งแรกในปี 1986 โดย J. Bednorz (ดู BEDNORZ Johannes Georg) และ K.... ... พจนานุกรมสารานุกรม

สทศ- ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง... พจนานุกรมคำย่อภาษารัสเซีย

รายชื่อเทคโนโลยีใหม่ที่มีแนวโน้ม- ประกอบด้วยเหตุการณ์ปัจจุบัน ความสำเร็จ และนวัตกรรมที่โดดเด่นที่สุดในสาขาต่างๆ ของเทคโนโลยีสมัยใหม่ เทคโนโลยีใหม่คือนวัตกรรมทางเทคนิคที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่ก้าวหน้าภายในสาขา... ... Wikipedia

เทลลูเรียม- 52 พลวง ← เทลลูเรียม → ไอโอดีน ... Wikipedia

เทลลูเรียม / เทลลูเรียม (Te) เลขอะตอม 52 ลักษณะของสารอย่างง่าย คุณสมบัติของอะตอม มวลอะตอม (มวลโมลาร์) 127.6 ก. em (g/mol) ... Wikipedia

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงแบบออกไซด์- สารประกอบออกไซด์ที่มีความวิกฤตสูง อัตราการเปลี่ยนผ่าน T จากการเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด การค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในสารประกอบเหล่านี้ (1986 88) เพิ่มระดับค่าที่ทราบของ T c จาก 24 K ใน Nb3Ge เป็น 120 KV T12 Ba 2 Ca 2 Cu3 O ... ... สารานุกรมกายภาพ

ธาตุโลหะชนิดหนึ่ง- 38 รูบิเดียม ← สตรอนเทียม → อิตเทรียม ... วิกิพีเดีย

จนกระทั่งเมื่อเร็วๆ นี้ การใช้งานจริงมีจำกัดมากเนื่องจากมีอุณหภูมิในการทำงานต่ำ - น้อยกว่า 20K ค้นพบตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงในปี 1986 ซึ่งมีอุณหภูมิวิกฤต

เปลี่ยน

สถานการณ์,

ลดความซับซ้อนของปัญหาการทำความเย็นทั้งหมด (อุณหภูมิการทำงานของขดลวด "เพิ่มขึ้น" และมีความไวต่อการรบกวนจากความร้อนน้อยลง) ตอนนี้ยังมีโอกาสอยู่

การสร้าง

รุ่น

อุปกรณ์ไฟฟ้า,

ใช้

อุณหภูมิต่ำ

ตัวนำยิ่งยวด

มันกลับกลายเป็นว่า

คงจะเป็นอย่างยิ่ง

แพง,

ไม่ได้ผลกำไร

ช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ผ่านมาเป็นจุดเริ่มต้นของวงกว้าง

ก้าวร้าว

อุณหภูมิสูง

ตัวนำยิ่งยวดสำหรับอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า อุณหภูมิสูง

ตัวนำยิ่งยวด

ใช้

การผลิต

หม้อแปลงไฟฟ้า,

ไฟฟ้า

อุปนัย

ไดรฟ์

ไม่ จำกัด

ที่เก็บข้อมูล) ตัวจำกัดกระแสไฟ ฯลฯ เมื่อเทียบกับการติดตั้ง

มีลักษณะเฉพาะ

ที่ลดลง

การสูญเสีย

และขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต การส่ง และจำหน่ายไฟฟ้า ดังนั้นหม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดก็จะมี

การสูญเสีย

กว่าหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังเท่ากันที่มีขดลวดธรรมดา นอกจากนี้หม้อแปลงตัวนำยิ่งยวด

สามารถ

ขีด จำกัด

โอเวอร์โหลด,

ไม่ต้องใช้น้ำมันแร่ซึ่งหมายความว่าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและไม่เสี่ยงต่อการเกิดเพลิงไหม้ ตัวจำกัดตัวนำยิ่งยวด

ชั่วคราว

ลักษณะนั่นคือเฉื่อยน้อยกว่า การรวมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดและอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไว้ในเครือข่ายไฟฟ้าจะช่วยเพิ่มความเสถียร ความสามารถในการรองรับปัจจุบัน

ใต้ดิน

ตัวนำยิ่งยวด

อาจสูงกว่าปกติถึง 2-5 เท่า สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดมีขนาดกะทัดรัดกว่ามาก ซึ่งหมายความว่าการติดตั้งในโครงสร้างพื้นฐานในเมือง/ชานเมืองที่หนาแน่นจะง่ายกว่ามาก

บ่งชี้

เทคนิคและเศรษฐกิจ

การคำนวณของเกาหลีใต้

คนงานด้านพลังงาน

ดำเนินการ

ระยะยาว

การวางแผน

ไฟฟ้า

เครือข่ายภูมิภาคโซล ผลลัพธ์ของพวกเขาระบุว่าการวางที่ 154 kV, ตัวนำยิ่งยวด 1 GW

สายเคเบิล

มันจะเสียค่าใช้จ่าย

กว่าปกติ

เปิด

การออกแบบและติดตั้งสายเคเบิลและท่อร้อยสาย (โดยคำนึงถึงการลดจำนวนเกลียวที่ต้องการและดังนั้นการลดจำนวนสายเคเบิลทั้งหมดต่อกม. และการลดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อร้อยสาย) ผู้เชี่ยวชาญชาวยุโรปเมื่อศึกษาประเด็นที่คล้ายกันให้ใส่ใจกับข้อเท็จจริงที่ว่าเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวด

มาก

แรงดันไฟฟ้า.

มลพิษทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสิ่งแวดล้อมจะลดลง

ที่มีประชากรหนาแน่น

ละทิ้งสายไฟฟ้าแรงสูงพิเศษซึ่งวางอยู่

ตรงตาม

จริงจัง

การต่อต้านจากสาธารณชนโดยเฉพาะจากกรีน การประเมินที่ทำในประเทศสหรัฐอเมริกาก็น่าสนับสนุนเช่นกัน: การนำไปปฏิบัติ

ตัวนำยิ่งยวด

อุปกรณ์

บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลง และมอเตอร์) และสายเคเบิลไปยังภาคพลังงานของประเทศจะช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้มากถึง 3% ขณะเดียวกันก็แพร่หลาย

ล่าสุด

มีการเน้นย้ำว่าความพยายามหลักของนักพัฒนาจะต้องมุ่งเน้นไปที่: 1) การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบไครโอซิสเต็ม; 2) การเพิ่มความสามารถในการรองรับกระแสไฟ

ตัวนำยิ่งยวด

สายไฟ

การสูญเสียแบบไดนามิกและเพิ่มส่วนแบ่งของตัวนำยิ่งยวดเหนือส่วนตัดลวด) 3) การลดต้นทุนของสายไฟตัวนำยิ่งยวด (โดยเฉพาะเนื่องจากผลผลิตที่เพิ่มขึ้น)

4) การลดต้นทุนสำหรับอุปกรณ์แช่แข็ง โปรดทราบว่าความหนาแน่นกระแสวิกฤติ "ทางวิศวกรรม" สูงสุดที่ทำได้จนถึงปัจจุบัน (กระแสวิกฤตหารด้วยพื้นที่หน้าตัดทั้งหมด) ของเทปที่ใช้ Bi-2223 ความยาวสองร้อยเมตรคือ 14-16 kA/cm 2 ที่ a อุณหภูมิ 77 เคลวิน การค้าตามแผนกำลังดำเนินการในประเทศที่พัฒนาแล้ว

เทคโนโลยี

ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง โปรแกรมอเมริกัน "ตัวนำยิ่งยวดสำหรับอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าปี 1996-2000" เป็นตัวบ่งชี้จากมุมมองนี้ ตามโปรแกรมนี้

รวม

ตัวนำยิ่งยวด

ส่วนประกอบ

อุปกรณ์ไฟฟ้าจะให้กลยุทธ์ระดับโลก

ข้อได้เปรียบ

อุตสาหกรรม

ศตวรรษที่ 21 ในเวลาเดียวกันควรระลึกไว้ว่าตามการประมาณการของธนาคารโลกในช่วง 20 ปีข้างหน้า (นั่นคือภายในปี 2563) คาดว่าจะมียอดขายวัสดุตัวนำยิ่งยวดเพิ่มขึ้น 100 เท่า

อุปกรณ์

พลังงานไฟฟ้า

อุปกรณ์

จะเพิ่มขึ้น

32 พันล้านดอลลาร์ (รวม

ตัวนำยิ่งยวด,

รวมทั้ง

การใช้งานต่างๆ เช่น การขนส่ง ยา อิเล็กทรอนิกส์ และวิทยาศาสตร์ จะมีมูลค่าถึง 122 พันล้านดอลลาร์)

โปรดทราบว่ารัสเซีย สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น ยังคงเป็นผู้นำ

การพัฒนา

ตัวนำยิ่งยวด

เทคโนโลยีจนถึงต้นทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ยี่สิบ ในทางกลับกันความสนใจ

อุตสาหกรรมและทางเทคนิค

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าความมั่นคงของรัสเซียจำเป็นต้องมีการใช้งานอย่างแข็งขันทั้งในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าและในอุตสาหกรรมอื่น ๆ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดและ "การส่งเสริม" ในตลาดไฟฟ้าทั่วโลกนั้นแข็งแกร่งมาก

ผลลัพธ์

การสาธิต

ประสบความสำเร็จในการทำงานต้นแบบขนาดเต็มสำหรับผลิตภัณฑ์ทุกประเภท สิ่งที่เป็น

ความสำเร็จ

โลก

ชุมชน

ไปในทิศทางนี้เหรอ? ในประเทศญี่ปุ่นภายใต้การอุปถัมภ์ของกระทรวงเศรษฐกิจ การค้า และอุตสาหกรรมในระยะยาว

โปรแกรม

พื้นที่พัฒนา

อุปกรณ์เอชทีเอสซี,

ก่อนอื่นเลย สายไฟ.

โครงการแบ่งออกเป็น 2 ระยะ คือ ระยะที่ 1 (พ.ศ. 2544-2547) และระยะที่ 2 (พ.ศ. 2548-2552)

ผู้ประสานงาน

เป็น

องค์กร

การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ในด้านพลังงานและอุตสาหกรรม (NEDO) และสมาคมวิจัยสำหรับอุปกรณ์และวัสดุตัวนำยิ่งยวด (Super-GM) ใน

ที่เกี่ยวข้อง

KEPCO, Furukawa, Sumitomo, Fujikura, Hitachi ฯลฯ (สายเคเบิล HTS); KEPCO, Sumitomo, Toshiba ฯลฯ (ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้า HTSC); TEPCO, KEPCO, Fuji Electric ฯลฯ (แม่เหล็ก HTSC) ในส่วนของสายเคเบิลงานจะเน้นไปที่การพัฒนา

ตัวนำ HTSC

การสูญเสียแบบไดนามิก

ระบายความร้อน

มีความสามารถ

ระยะยาว

สนับสนุน

อุณหภูมิ

สายเคเบิล (ประมาณ 77K) ยาว 500 ม. ตามโปรแกรม เฟส 1 จบลงด้วยการผลิตสายเคเบิลยาว 10 เมตรที่ 66-77 kV (3 kA) โดยมีการสูญเสียไดนามิกไม่เกิน 1 W/m และเฟส 2 จบลงด้วยการผลิตสายเคเบิลยาวห้าร้อยเมตรที่ 66-77 kV (5 kA) โดยมีการสูญเสียเท่ากัน ได้ผล

การออกแบบได้รับการแก้ไขแล้ว

ผลิต

ทดสอบแล้ว

ส่วนแรกคือการสร้างและทดสอบระบบทำความเย็น

ขนาน,

Furukawa, Sumitomo กำลังดำเนินโครงการอื่นเพื่อพัฒนาไฟฟ้า

โตเกียว

ตัวนำยิ่งยวด โครงงานนี้วิเคราะห์ความเป็นไปได้ของการติดตั้งใต้ดินของสายเคเบิล HTS 66 kV (สามเฟส) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 130 มม. (ซึ่งสามารถติดตั้งในท่อร้อยสายขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 150 มม. ที่มีอยู่) แทนที่สายเคเบิลเฟสเดียว 275 kV ทั่วไป ปรากฎว่าแม้ในกรณีของการก่อสร้างใหม่

ท่อร้อยสาย,

สายตัวนำยิ่งยวดจะลดลง 20% (ขึ้นอยู่กับราคาของลวดตัวนำยิ่งยวดที่ 40 ดอลลาร์ต่อ 1 kA m) ขั้นตอนของโครงการกำลังดำเนินการตามลำดับ: ภายในปี 1997 ความสูงสามสิบเมตร

(เฟสเดียว)

ต้นแบบ

โดยมีวงจรการทำความเย็นแบบปิด ได้รับการทดสอบภายใต้โหลด 40 kV/1 kA เป็นเวลา 100 ชั่วโมง ภายในฤดูใบไม้ผลิปี 2000 มีการผลิตสายเคเบิล 66 kV (1 kA)/114 MVA 100 เมตร ซึ่งเป็นต้นแบบขนาดเต็มที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 130 มม. (ออกแบบด้วยอิเล็กทริก "เย็น") สหรัฐอเมริกากำลังสาธิตแนวทางแก้ไขปัญหานี้ในวงกว้าง ในปี 1989 ตามความคิดริเริ่มของ EPRI การศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงได้เริ่มขึ้นและในปีต่อมา Pirelli

บริษัท ซุปเปอร์คอนดักเตอร์ พัฒนาเทคโนโลยีการผลิตตัวนำยิ่งยวด

"ผง

หลอด").

ต่อมา American Superconductor ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การผลิต

พลัง,

หลังจากบรรลุระยะทาง 100 กม. ของเทปต่อปี และในอนาคตอันใกล้นี้ ด้วยการเปิดดำเนินการโรงงานแห่งใหม่ใน Divens (มินนิโซตา) ตัวเลขนี้จะสูงถึง 10,000 กม. ต่อปี ราคาที่คาดการณ์ไว้ของเทปจะอยู่ที่ 50 ดอลลาร์ต่อ 1 kA m (ปัจจุบันบริษัทเสนอเทปที่ 200 ดอลลาร์ต่อ 1 kA m) ต่อไป

ที่สำคัญที่สุด

รูปร่าง

สิ่งที่เรียกว่า Superconductivity Partnership Initiative (SPI)

เร่ง

การพัฒนา

การดำเนินการ

ระบบไฟฟ้าประหยัดพลังงาน บูรณาการในแนวตั้ง

คำสั่ง SPI

รวมทั้ง

พันธมิตรจาก

อุตสาหกรรม,

ระดับชาติ

ห้องปฏิบัติการ

และการปฏิบัติงาน

บริษัท,

ดำเนินการ

สองโครงการที่จริงจัง หนึ่งในนั้นคือต้นแบบขนาดเต็ม - สายสามเฟสตัวนำยิ่งยวด (Pirelli Cavi e Sistemi,

ผูก

กระแสไฟฟ้าแรงต่ำ

หม้อแปลง 124 kV/24 kV (กำลังไฟ 100 MVA) พร้อมบัสบาร์ 24 kV ของสถานีไฟฟ้าย่อย 2 สถานีที่ตั้งอยู่ในระยะ 120 ม. (สถานี Frisbee ของ Detroit Edison, Detroit)

สายได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้ว

ไฟฟ้าเข้าถึงผู้บริโภคโดยการ "ส่ง" ผ่านสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดที่ใช้ Bi-Sr-Ca-Cu-O สามอย่างนี้

(ออกแบบ

"อบอุ่น"

อิเล็กทริกและตัวนำแต่ละตัวจะมีความยาวเท่ากัน

แทนที่

เหมือนกัน

แบกปัจจุบัน

ความสามารถ

สายเคเบิลได้รับการออกแบบสำหรับ 2400 A (สูญเสีย 1 W/m ต่อเฟส) และวางในช่องใต้ดินขนาดร้อยมิลลิเมตรที่มีอยู่ ในขณะเดียวกัน วิถีการวางมีการหมุน 90°: สายเคเบิลสามารถโค้งงอได้ด้วยรัศมี 0.94 ม. เราเน้นย้ำว่านี่คือประสบการณ์ครั้งแรกในการวางตัวนำยิ่งยวด

ปัจจุบัน

เครือข่ายการกระจายสินค้าในภาคพลังงานของเมืองใหญ่ ที่สอง

สามสิบเมตร

ตัวนำยิ่งยวด

ที่ 12.4 kV/1.25 kA (60 Hz) เริ่มใช้งานเมื่อวันที่ 5 มกราคม พ.ศ. 2543 (อุณหภูมิใช้งาน 70-80K ทำความเย็น

ความดัน).

เส้นที่แสดงถึงตัวนำยิ่งยวดสามเฟสสามตัว

จัดเตรียมให้

ไฟฟ้าสาม

ทางอุตสาหกรรม

การติดตั้ง

สำนักงานใหญ่ของบริษัท Southwire ในเมืองแครอลตัน รัฐจอร์เจีย การสูญเสียการส่งสัญญาณอยู่ที่ประมาณ 0.5% เมื่อเทียบกับ 5-8% และกำลังส่งสูงกว่าการใช้สายเคเบิลแบบเดิมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันถึง 3-5 เท่า

งานรื่นเริง

บรรยากาศ เฉลิมฉลองครบรอบความสำเร็จในการดำเนินงานของสายการผลิตด้วยการโหลด 100% เป็นเวลา 5,000 ชั่วโมง อีกสามโครงการเริ่มต้นในปี 2546 อยู่ระหว่างดำเนินการ

หลัก

น่าสนใจ

รวมถึง

การติดตั้งสายตัวนำยิ่งยวดใต้ดินขนาด 600 MW/138 kV ความยาวประมาณ 1 กม. ซึ่งจะรวมอยู่ในสายไฟฟ้าที่มีอยู่เดิม

โหลดและจะเดินทางไปตามท่อที่มีอยู่ใน East Garden City

เกาะยาว.

จำเป็น

สายเคเบิลจะ

ผลิต

ผู้เชี่ยวชาญจาก Nexans (เยอรมนี) โดยใช้ตัวนำยิ่งยวดที่ผลิตในโรงงานที่กล่าวถึงแล้วใน Divense และอุปกรณ์แช่แข็ง

จะส่ง

ในกรณีนี้ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาให้ทุนสนับสนุนงานนี้ครึ่งหนึ่ง โดยลงทุนประมาณ 30 ล้านดอลลาร์ ส่วนที่เหลือจัดทำโดยพันธมิตร สายการผลิตนี้มีแผนจะเริ่มดำเนินการภายในสิ้นปี พ.ศ. 2548

ใคร

ผลิต

สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดสามเฟสพิกัดที่ 36 kV/2 kA (การออกแบบ

"อบอุ่น"

อิเล็กทริก,

ระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลวภายใต้ความกดดัน ค่าวิกฤติถึง 2.7 kA ต่อเฟส (T=79K)) ขณะเดียวกันก็ให้ความสนใจเป็นพิเศษ

ได้รับ

การพัฒนา

ตัวนำ

กม. ของเทปที่ใช้ Bi-2223) อุปกรณ์ปลายทางรวมถึงมัน

การเชื่อมต่อ.

ถูกวาง

สถานีย่อยบนเกาะ Amager (ทางตอนใต้ของโคเปนเฮเกน) ซึ่งจ่ายไฟฟ้าให้กับผู้บริโภค 50,000 คนรวมถึง

แสงสว่าง

เครือข่าย (กำลังหม้อแปลงเอาท์พุต 100 MVA) สายการผลิตยิ่งยวดยาวสามสิบเมตรเริ่มทำงานในวันที่ 28 พฤษภาคม พ.ศ. 2544 ขั้นแรกให้เปิดสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดขนานกับสายปกติและต่อมาก็ทำงาน "เพียงอย่างเดียว" และค่าเล็กน้อยคือ 2 kA การสูญเสียน้อยกว่า 1 W/m (อุณหภูมิในการทำงานอยู่ระหว่าง 74- 84K) สายเคเบิลส่งพลังงาน 50% ของพลังงานทั้งหมดของสถานีย่อยและแทนที่สายทองแดงด้วยหน้าตัดแกนรวม 2,000 มม. 2 ภายในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2545 สายเคเบิลดังกล่าวใช้งานได้เป็นเวลา 1 ปีในขณะที่อยู่ในสถานะแช่แข็ง ในช่วงเวลานี้เขา "จัดหา" ไฟฟ้า 101 MWh ให้กับชาวเดนมาร์ก 25,000 คนซึ่งเป็นเจ้าของบ้านส่วนตัว ไม่มีการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของสายเคเบิล ระบบไครโอเจนิกทั้งหมดทำงานได้อย่างเสถียร นอกจากโครงการเดนมาร์กแล้ว โครงการทั่วยุโรปยังน่าสนใจอีกด้วย

เพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างระบบ - สายตัวนำยิ่งยวดสามเฟสพิเศษยาว 200 ม. ซึ่งออกแบบมาสำหรับ 20 kV/28 kA

เพื่อนำไปปฏิบัติจัด

สมาคม,

เน็กแซนส์ (เยอรมนี)

(ฝรั่งเศส),

(เบลเยียม),

ผู้เชี่ยวชาญ

เกิตทิงเกน

ตัมเปเร (มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีตัมเปเร) ในบรรดาผู้ผลิตสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดในยุโรป Pirelli Cavi e Sistemi มีความโดดเด่น การผลิตของมัน

พลัง

อนุญาต

ปล่อย

กิโลเมตรของตัวนำยิ่งยวดต่อปี เหตุการณ์สำคัญ-การผลิต

ยี่สิบเมตร

ตัวนำยิ่งยวดโคแอกเซียล

(ออกแบบ

อิเล็กทริก "เย็น") ออกแบบมาสำหรับ 225 kV Pirelli ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญชาวอเมริกัน (Edison และ CESI) เข้าร่วม

การสร้าง

สายเคเบิลต้นแบบความยาว 30 เมตร ที่ 132 kV/3 kA (พ.ศ. 2542-2546) การเปลี่ยนจากสายเคเบิลไปเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ - หม้อแปลง เราสังเกตว่าพลังงานทั้งหมดที่สูญเสียไประหว่างการส่งพลังงานคิดเป็น 50-65% คาดว่าด้วยการเปิดตัวหม้อแปลงตัวนำยิ่งยวด

จะลดลง

เข้าถึง

หม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดจะสามารถแข่งขันกับหม้อแปลงทั่วไปได้สำเร็จก็ต่อเมื่อความสัมพันธ์ (P s /k) เป็นที่พอใจ< P c , где Р с - потери в обычном трансформаторе, P s - потери

ตัวนำยิ่งยวด

หม้อแปลงไฟฟ้า

อุณหภูมิในการทำงาน) k คือสัมประสิทธิ์การทำความเย็นของตู้เย็น เทคโนโลยีสมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไครโอเจนิกส์ ทำให้สามารถตอบสนองข้อกำหนดนี้ได้ ในยุโรป มีการผลิตต้นแบบแรกของหม้อแปลงสามเฟส (630 kVA; 18.7 kV/420 V) ที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงโดยเป็นส่วนหนึ่งของข้อต่อ

ฝรั่งเศส) อเมริกัน

de Geneve) และนำไปใช้งานในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2540 - รวมอยู่ในเครือข่ายไฟฟ้าของเจนีวาซึ่งใช้งานได้นานกว่าหนึ่งปี

การให้

พลังงาน

ขดลวดหม้อแปลง

สมบูรณ์

ลวด

อิงตาม Bi-2223

แช่เย็น

แกนหม้อแปลงอยู่ที่อุณหภูมิห้อง พบว่าการสูญเสียค่อนข้างสูง (3 W ต่อ 1 kA m) เนื่องจากการออกแบบตัวนำไฟฟ้าไม่ได้รับการปรับให้เหมาะกับการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ

โครงการที่สองของผู้เข้าร่วมคนเดียวกัน - ABB, EdF และ ASC - คือหม้อแปลงไฟฟ้า 10 MVA (63 kV/21 kV) ซึ่งในปี 2544 ผ่านการทดสอบในห้องปฏิบัติการอย่างเต็มรูปแบบ และรวมอยู่ในระบบไฟฟ้าของฝรั่งเศสในปี 2545 ผู้เชี่ยวชาญของ ABB เน้นย้ำอีกครั้งว่าตอนนี้หลักๆ แล้ว

ปัญหา

การพัฒนา

ประหยัด

อุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดโดยเฉพาะหม้อแปลงไฟฟ้าคือการมีสายไฟที่มีการสูญเสียต่ำและสูง

วิกฤต

ความหนาแน่น

แม่เหล็ก

สนามที่เกิดจากขดลวด สายไฟต้องมีฟังก์ชันจำกัดกระแสด้วย ในญี่ปุ่น (Fuji Electric, KEPCO ฯลฯ) พวกเขาได้สร้างต้นแบบของหม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดขนาด 1 MVA (22 kV (45.5 A) / 6.9 kV (145 A)) ซึ่งรวมอยู่ในเครือข่ายของบริษัทไฟฟ้าในเดือนมิถุนายน 2000 คิวชู ใน

สุดท้าย

ตั้งอยู่

การพัฒนา

(มหาวิทยาลัยคิวชู

(โตเกียว))หม้อแปลงไฟฟ้า

ซึ่งมีจุดมุ่งหมาย

การติดตั้ง

รถยนต์ไฟฟ้า

องค์ประกอบ. การคำนวณเบื้องต้นระบุว่ามวลของมันควรจะน้อยกว่าของหม้อแปลงธรรมดาที่มีกำลังเท่ากันถึง 20%

หม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดขนาด 1 MVA ได้รับการสาธิตในสหรัฐอเมริกาอย่างประสบความสำเร็จ และเริ่มดำเนินการแล้ว

อุปกรณ์

พลัง

วอคิชา อิเล็คทริค

และไฟฟ้า เช่นเดียวกับ ORNL) ผู้เชี่ยวชาญชาวเยอรมัน (ซีเมนส์) ได้สร้างต้นแบบหม้อแปลงไฟฟ้า

ทัศนคติ

การพัฒนาอุปกรณ์สำหรับ 5-10 MVA) พร้อมขดลวดที่ใช้ Bi-2223 ซึ่งสามารถติดตั้งได้บนตู้รถไฟไฟฟ้า

ออกแบบ

สำหรับคนธรรมดา

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดมีขนาดเล็กกว่าหม้อแปลงทั่วไปถึง 35% และประสิทธิภาพถึง 99% การคำนวณแสดงให้เห็นว่าการใช้งานจะช่วยประหยัดได้ถึง 4 กิโลวัตต์ต่อขบวน และลดการปล่อย CO 2 ลงได้ 2,200 ตันต่อปีต่อขบวน สถานการณ์มีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยเครื่องจักรไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง

เป็นที่ทราบกันว่ากำลังธรรมดานั้นแปรผันตามปริมาตร V; ไม่ยากเลยที่จะแสดงให้เห็นว่ากำลังของเครื่องตัวนำยิ่งยวดนั้นแปรผันกับ V 5/3 ดังนั้นการเพิ่มขนาดในการลดขนาดจะเกิดขึ้นเฉพาะกับเครื่องจักรกำลังสูงเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น,

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เรือ

เครื่องยนต์

คาดว่าจะมีการนำเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดมาใช้ (รูปที่ 1)

เป็นพยาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 100 เมกะวัตต์ต้องการตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงซึ่งมีความหนาแน่นกระแสวิกฤตเท่ากับ 4.5 10 4 A/cm 2 ในสนามแม่เหล็ก 5 เทสลา ในขณะเดียวกัน คุณสมบัติทางกลและราคาควรเทียบเคียงได้กับ Nb 3 Sn น่าเสียดายที่ยังไม่ใช่

มีอยู่จริง

อุณหภูมิสูง

ตัวนำยิ่งยวดที่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ กับ

ต่ำ

กิจกรรมอเมริกัน

ยุโรป

ญี่ปุ่น

พื้นที่นี้. หนึ่งในนั้นคือการสาธิตที่ประสบความสำเร็จ

ด้วยกัน

กับ Rockwell Automation/Reliance Electric (พันธมิตรดังที่กล่าวไปแล้ว

ซิงโครนัส

เครื่องยนต์

ที่ 746 กิโลวัตต์ และการพัฒนาต่อยอดเครื่องจักรที่ 3,730 กิโลวัตต์

ผู้เชี่ยวชาญ

ออกแบบ

เครื่องยนต์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในประเทศเยอรมนี ซีเมนส์นำเสนอมอเตอร์ซิงโครนัสขนาด 380 กิโลวัตต์ที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง

ฟินแลนด์

ทดสอบแล้ว

เครื่องซิงโครนัสสี่ขั้ว 1.5 kW พร้อมขดลวดรางทำจากลวดที่ใช้ Bi-2223 อุณหภูมิในการทำงานคือ 20K นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอื่นๆ อีกมากมายของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงในวิศวกรรมไฟฟ้า

เซรามิกส์

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงสามารถใช้สร้างตลับลูกปืนแม่เหล็กแบบพาสซีฟสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูงขนาดเล็ก เช่น ปั๊มสำหรับก๊าซเหลว

เมื่อไม่นานมานี้ มีการสาธิตการทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวที่ 12,000 รอบต่อนาทีในประเทศเยอรมนี ชุดฮิสเทรีซิสเป็นส่วนหนึ่งของโครงการร่วมรัสเซีย-เยอรมัน

เครื่องยนต์

(พลัง

"กิจกรรม"

ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง - อุปกรณ์ที่จำกัดการลัดวงจรให้มีค่าระบุ เซรามิกถือเป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวจำกัดตัวนำยิ่งยวด

และการพัฒนา

อุปกรณ์

ขั้นพื้นฐาน

วิศวกรรมไฟฟ้า

บริเตนใหญ่,

เยอรมนี ฝรั่งเศส สวิตเซอร์แลนด์ สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศอื่นๆ หนึ่งในโมเดลแรกๆ (โดย ABB) เป็นตัวจำกัดประเภทอุปนัยสำหรับ 10.5 kV/1.2 MVA โดยมีองค์ประกอบ Bi-2212 วางอยู่ในไครโอสแตท บริษัท เดียวกันนี้ได้เปิดตัวต้นแบบขนาดกะทัดรัด - ตัวจำกัดประเภทตัวต้านทาน 1.6 MVA ซึ่งมีขนาดเล็กกว่ารุ่นแรกอย่างมาก ในระหว่างการทดสอบ 13.2 kA ถูกจำกัดไว้ที่ 4.3 kA ในจุดสูงสุดแรก เนื่องจากการให้ความร้อน 1.4 kA จึงถูกจำกัดที่ 20 ms และ 1 kA ที่ 50 ms

ออกแบบ

ตัวจำกัด

เป็น

มม. (น้ำหนัก 50 กก.) ช่องถูกตัดเข้าไปซึ่งทำให้คุณมี

เทียบเท่า

ตัวนำยิ่งยวด

ม. ถัดไป

ต้นแบบ

ที่ 6.4 MVA คุณสามารถสร้างตัวจำกัดขนาด 10 MVA ได้แล้ว และคาดว่าจะมีการเปิดตัวตัวจำกัดเชิงพาณิชย์ประเภทนี้ในอนาคตอันใกล้นี้ เป้าหมายต่อไปของ ABB คือเครื่องจำกัดขนาด 100 MVA ผู้เชี่ยวชาญของ Siemens ทดสอบอุปนัย

ข้อจำกัด:

หม้อแปลงไฟฟ้า

ป้องกันแกนเหล็กด้วยขดลวดตัวนำยิ่งยวดและตัวเลือกที่สอง - ตัวนำยิ่งยวดทำในรูปแบบของทรงกระบอกโดยมีขดลวดทองแดงพันอยู่ อยู่ที่ขีดจำกัด

ความต้านทาน

โอห์มมิก

ส่วนประกอบอุปนัย เนื่องจากอาจเกิดความร้อนสูงเกินไปในพื้นที่ที่มีการลัดวงจร จะต้องปิดเครื่องโดยเร็วที่สุดโดยใช้สวิตช์ทั่วไป

กลับ

ตัวนำยิ่งยวด

สถานะ

หลาย

สิบวินาที หลังจากนั้นเครื่องจ�ากัดก็พร้อมท�างาน ใน

ไกลออกไป

ต้านทาน

ลิมิตเตอร์,

ตัวนำยิ่งยวดเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่ายและสูญเสียความเป็นตัวนำยิ่งยวดอย่างรวดเร็วทันทีที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจร

จะเกิน

วิกฤต

ความหมาย.

การให้ความร้อนแก่ตัวนำยิ่งยวดสวิตช์ทางกลจะต้องแตก

หลาย

ครึ่งรอบ; ระบายความร้อน

ตัวนำยิ่งยวด

โอกาสในการขาย

ไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด เวลาส่งคืนของลิมิตเตอร์คือ 1-2 วินาที

แบบจำลองเฟสเดียวของตัว จำกัด ดังกล่าวที่มีกำลัง 100 kVA ได้รับการทดสอบที่แรงดันไฟฟ้า 6 kV ที่กระแสไฟพิกัด 100 A เป็นไปได้

สั้น

ลัดวงจร,

kA ถูกจำกัดไว้ที่ 300 A ในเวลาน้อยกว่า 1 ms ซีเมนส์ยังได้สาธิตเครื่องจำกัดขนาด 1 MVA ที่จุดยืนในกรุงเบอร์ลิน โดยมีการวางแผนต้นแบบขนาด 12 MVA ไว้ด้วย ในสหรัฐอเมริกาตัว จำกัด ตัวแรก - มีอุปนัยอิเล็กทรอนิกส์

ที่พัฒนา

บริษัท General Atomic, Intermagnetics General Corp. และอื่นๆ เมื่อสิบปีที่แล้ว มีการติดตั้งเครื่องจำกัดกระแสไฟฟ้าเป็นตัวอย่างสาธิตที่ศูนย์ทดสอบ Norwalk ของ Southern California Edison ที่กระแสไฟพิกัด 100 A การลัดวงจรสูงสุดที่เป็นไปได้ที่ 3 kA ถูกจำกัดไว้ที่ 1.79 kA ในปี 1999 อุปกรณ์ 15 kV ที่มีกระแสไฟทำงาน 1.2 kA ได้รับการออกแบบเพื่อจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ 20 kA ให้มีค่า 4 kA ในฝรั่งเศส ผู้เชี่ยวชาญจาก GEC Alsthom, Electricite de France และบริษัทอื่นๆ ทดสอบตัวจำกัด 40 kV โดยช่วยลดไฟฟ้าลัดวงจรจาก 14 kA (ค่าเริ่มต้นก่อนเกิดไฟฟ้าลัดวงจรคือ 315 A) เหลือ 1 kA ในเวลาไม่กี่ไมโครวินาที ไฟฟ้าลัดวงจรที่เหลือถูกปิดภายใน 20 มิลลิวินาทีโดยใช้สวิตช์ทั่วไป ตัวเลือกลิมิตเตอร์ได้รับการออกแบบสำหรับ 50 และ 60 Hz ในสหราชอาณาจักร VA TECH ELIN Reyrolle ได้พัฒนาลิมิตเตอร์ประเภทไฮบริด (ตัวต้านทาน-อินดัคทีฟ) ซึ่งในระหว่างการทดสอบแบบตั้งโต๊ะ (11 kV, 400 A) จะช่วยลดการลัดวงจรจาก 13 kA เป็น 4.5 kA ในเวลาเดียวกัน เวลาตอบสนองของตัวจำกัดน้อยกว่า 5 มิลลิวินาที จุดสูงสุดแรกถูกจำกัดแล้ว เวลาการทำงานของลิมิตเตอร์ 100 ms ลิมิตเตอร์ (สามเฟส) ประกอบด้วยแท่ง Bi-2212 จำนวน 144 แท่งและมีขนาด 1 x 1.5 x 2 ม.

ในญี่ปุ่น ตัวจำกัดกระแสตัวนำยิ่งยวดถูกผลิตร่วมกันโดยโตชิบาและเทปโก - ประเภทอุปนัย 2.4 MVA; ประกอบด้วยองค์ประกอบเซรามิกแข็ง Bi-2212 โครงการที่ระบุไว้ทั้งหมดเป็นตัวอย่างของ "ช่วงเริ่มต้น" ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อสาธิต

ความเป็นไปได้

ตัวนำยิ่งยวด

เทคโนโลยี ความสำคัญต่ออุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าแต่ยังคงเป็นเช่นนั้น

ดังนั้น

ตัวแทน,

เพื่อที่คุณจะได้

ทันที

การดำเนินการทางอุตสาหกรรมและการตลาดที่ประสบความสำเร็จ เหตุผลแรกสำหรับข้อควรระวังนี้คือตัวนำ Bi-Sr-Ca-Cu-O ยังอยู่ระหว่างการพัฒนาและกำลังอยู่ในระหว่างการผลิต

วิกฤต

ความหนาแน่น

ระดับ 30 kA/cm 2 ความยาวประมาณ 1 กิโลเมตรเท่านั้น การปรับปรุงตัวนำเหล่านี้เพิ่มเติม (การเพิ่มการปักหมุด การเพิ่มความหนาแน่นของแกนกลาง การนำสิ่งกีดขวางรอบตัว ฯลฯ) ควรทำให้ J c เพิ่มขึ้นเป็น 100 kA/cm 2 หรือมากกว่า

จำเป็น

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดและกระตุ้นการพัฒนาสิ่งใหม่

การออกแบบ

อุปกรณ์

ความหวังบางอย่างยังเกี่ยวข้องกับความสำเร็จในการได้รับตัวนำที่มีการเคลือบตัวนำยิ่งยวด (นี่คือสายไฟตัวนำยิ่งยวดรุ่นต่อไป) ซึ่งมี J c สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัดในสนามแม่เหล็กสูงถึงหลายเทสลา ที่นี่เป็นไปได้ที่จะผลิตเทปตัวนำยิ่งยวดที่สามารถรับกระแส 1 kA ด้วยต้นทุนการผลิตที่สมเหตุสมผล ในสหรัฐอเมริกาเทปเหล่านี้

กำลังได้รับการพัฒนา

เทคโนโลยีการเคลือบไมโคร

ความเป็นตัวนำยิ่งยวด

เทคโนโลยีสารตัวนำยิ่งยวดของอ็อกซ์ฟอร์ด

เหตุผลที่สองอยู่ที่ความจริงที่ว่าปัญหาของมาตรฐานของตัวนำ Bi-Sr-Ca-Cu-O และกรอบการกำกับดูแลที่จำเป็นสำหรับการใช้งานในด้านการส่งและจำหน่ายไฟฟ้ายังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างเพียงพอ โดยทั่วไปแล้ว มาตรฐานจะให้คำแนะนำสำหรับการดำเนินการทางเครื่องกล ความร้อน และไฟฟ้า

การทดสอบ

วัสดุ

อุปกรณ์.

เนื่องจากอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดต้องใช้ระบบไครโอเจนิกส์ จึงจำเป็นต้องระบุอุปกรณ์เหล่านั้นด้วย ดังนั้น ก่อนที่จะแนะนำความเป็นตัวนำยิ่งยวดในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า จำเป็นต้องสร้างระบบมาตรฐานทั้งหมด: ต้องรับประกันความน่าเชื่อถือสูงของผลิตภัณฑ์ตัวนำยิ่งยวดทั้งหมด (รูปที่ 2)

กำลังดำเนินการอยู่

เหตุการณ์ต่างๆ

ในทิศทางนี้ กลุ่มผู้เชี่ยวชาญเจ็ดกลุ่มจากสี่ประเทศในยุโรปรวมตัวกันในโครงการร่วม Q-SECRETS (ได้รับเงินอุดหนุนจากสหภาพยุโรป) ในการตรวจสอบคุณภาพ

ตัวนำยิ่งยวด

มีประสิทธิภาพ,

กะทัดรัด

มีความน่าเชื่อถือสูง

การส่งกำลัง

เป้าหมายหลักประการหนึ่งของโครงการคือการช่วยสร้าง

การขยาย

"ตัวนำยิ่งยวด"

ในตลาดการส่งและจำหน่ายไฟฟ้า ใน

บทสรุป

เครื่องหมาย,

ถึงอย่างไรก็ตาม

สำหรับคนตัวใหญ่

ศักยภาพ

ความเป็นไปได้

การใช้อุณหภูมิสูง

ตัวนำยิ่งยวด

อุตสาหกรรมพลังงาน จำเป็นต้องมีความพยายามในการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์ตัวนำยิ่งยวดสามารถทำงานได้ในระบบเศรษฐกิจตลาดสมัยใหม่ ในเวลาเดียวกัน การประมาณการสำหรับอนาคตอันใกล้นี้ให้เหตุผลในการมองโลกในแง่ดี

อัศวินกะ

ความถี่ของเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) สำหรับนิวเคลียสเดียวกันนั้นขึ้นอยู่กับว่านิวเคลียสนั้นเป็นโลหะหรืออิเล็กทริก การเปลี่ยนความถี่ NMR ในโลหะเมื่อเทียบกับอิเล็กทริก ที่เรียกว่าชิฟต์หรือไนท์ชิฟต์ อธิบายได้จากความน่าจะเป็นสูงที่อิเล็กตรอนจะนำอยู่ที่ตำแหน่งของนิวเคลียส อิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กโดยสนามภายนอก และสนามแม่เหล็กทั้งหมดที่นิวเคลียสจะมีขนาดใหญ่กว่าสนามแม่เหล็กภายนอกเล็กน้อย เนื่องจากความไวต่อแม่เหล็กของโลหะปกตินั้นแทบไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงของอัศวินในพวกมันจึงคงที่เช่นกัน

ในตัวนำยิ่งยวด การเปลี่ยนแปลงของอัศวินจะสังเกตได้ในอิมัลชันหรือกองของฟิล์มบาง (ขนาดของอนุภาคอิมัลชันหรือความหนาของฟิล์มจะต้องน้อยกว่า d มากเพื่อให้สนามแม่เหล็กในพวกมันมีความสม่ำเสมอเพียงพอ) ขนาดของการเปลี่ยนแปลงที่ต่ำกว่า Tk จะลดลง แต่ถึงแม้ที่ T=0 ก็จะยังคงค่าสุดท้ายไว้ โดยอยู่ที่ 75% ของค่าปกติ เมื่อมองแวบแรก สิ่งนี้ขัดแย้งกับทฤษฎีความเป็นตัวนำยิ่งยวด อันที่จริงในสถานะพื้นดินที่มีพลังงานต่ำที่สุด อิเล็กตรอนจะรวมกันเป็นคู่คูเปอร์ ซึ่งการหมุนของอิเล็กตรอนทั้งหมดจะเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะดึงดูดระบบอิเล็กทรอนิกส์โดยการทำลายคู่เท่านั้น แต่ต้องใช้พลังงานที่มีขอบเขตจำกัด ตามมาว่าโมเมนต์แม่เหล็กไม่สามารถขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กภายนอกเป็นเส้นตรงได้ เช่น ความไวต่อแม่เหล็กเป็นศูนย์

คำอธิบายที่น่าเชื่อถือที่สุดสำหรับขนาดจำกัดของการเปลี่ยนอัศวินในตัวนำยิ่งยวดที่ T = 0 ดูเหมือนจะมีดังต่อไปนี้ ในตัวอย่างขนาดเล็ก อิเล็กตรอนจะกระจัดกระจายจากขอบเขตของตัวอย่างและขอบเขตของผลึก (ขนาดซึ่งน้อยกว่าหรือประมาณขนาดของตัวอย่าง) เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างการหมุนและวงโคจร จึงมีความเป็นไปได้บางประการที่การหมุนของอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนทิศทางระหว่างการกระเจิงดังกล่าว ด้วยเหตุนี้ระบบอิเล็กทรอนิกส์จึงสามารถทำให้เกิดแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กอ่อนได้

การนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง

ปัญหาของการนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งจากมุมมองเชิงปฏิบัติ ในบรรดาวัสดุที่รู้จักทั้งหมด โลหะผสม (Nb 3 Al) 4 + Nb 3 Ge มีอุณหภูมิสูงสุดในการเปลี่ยนเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด Tk สำหรับมันคือ ~ 20 0 K เพื่อให้ได้มาจำเป็นต้องใช้ฮีเลียมเหลว กลไกการเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้นั้นขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ผ่านโครงตาข่ายคริสตัล นั่นก็คือเนื่องจากการแลกเปลี่ยนโฟนันส์ ทฤษฎี BCS แสดงให้เห็นว่า Tk เกี่ยวข้องโดยตรงกับความเข้มของแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กตรอน และถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

T k = อี -1/g, (82)

โดยที่ และ คืออุณหภูมิ Debye โดย g เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนและลำดับความสำคัญไม่เกิน S และมักจะน้อยกว่า S เกือบทุกครั้ง ที่ g = 1/3 อุณหภูมิวิกฤติสูงสุดที่สามารถหาได้สำหรับวัสดุที่มี u = 500 0 K คือ: T k = e -3 = 0.05u ~ 25 0 K แน่นอนว่าการประมาณค่านี้หยาบมาก แต่ ก็เพียงพอแล้วที่จะเข้าใจว่าไม่สามารถบรรลุความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงได้ (Tc > 70-100 0 K) ควรเน้นย้ำว่าแม้การบรรลุ Tk ~ 25 0 K ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งจากมุมมองเชิงปฏิบัติ เนื่องจากจะทำให้สามารถเปลี่ยนจากฮีเลียมเหลวไปเป็นไฮโดรเจนเหลวที่มีราคาถูกกว่ามาก ดังนั้น เพื่อให้ทราบถึงความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง จึงจำเป็นต้องมองหากลไกความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนอื่น

แนวคิดเรื่องตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง (HTSC) ในสารประกอบอินทรีย์ถูกหยิบยกขึ้นมาในปี 1950 F. London และเพียง 14 ปีต่อมาการตอบสนองต่อแนวคิดนี้ปรากฏในผลงานของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน W. Little ผู้ซึ่งหยิบยกข้อสันนิษฐานที่ชัดเจนว่าตัวนำยิ่งยวดในธรรมชาติของสารอินทรีย์แทนที่จะเป็นโลหะนั้นเป็นไปได้ แทบไม่ได้ให้เหตุผลสำคัญในการให้เหตุผลของเขากับโมเลกุลโพลีเมอร์ ในสายโซ่หลักซึ่งมีพันธะเดี่ยวและพันธะหลายสลับกัน (นักเคมีเรียกพันธะดังกล่าวว่าคอนจูเกต) ความจริงก็คือแต่ละอะตอมที่เชื่อมต่อพันธะเคมีนั้นเป็นอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่เป็นของทั้งสองอะตอม ในสายโซ่ของพันธะคอนจูเกตระดับของการขัดเกลาทางสังคมของอิเล็กตรอนจะสูงขึ้นไปอีก: แต่ละตัวมีความเท่าเทียมกันกับอะตอมทั้งหมดของโซ่และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามนั้น ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปตามสายโซ่เกิดขึ้นเนื่องจากการโพลาไรเซชันของชิ้นส่วนเหล่านี้ ไม่ใช่โครงตาข่ายคริสตัล เนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กกว่ามวลของไอออนใดๆ หลายลำดับ โพลาไรเซชันของชิ้นส่วนอิเล็กตรอนจึงแข็งแกร่งขึ้นได้และมีอุณหภูมิวิกฤติสูงกว่ากลไกพื้นหลัง แทบไม่ถือว่าคุณลักษณะของพันธะคอนจูเกตในสายโซ่หลักของโมเลกุลโพลีเมอร์นี้เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด นอกจากนี้เขายังพิจารณาถึงโครงสร้างพิเศษของสาขาจากสายโซ่หลักที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลง นักวิทยาศาสตร์สรุปการออกแบบพอลิเมอร์ของเขาว่า: สารที่มีโมเลกุลดังกล่าวจะต้องเป็นตัวนำยิ่งยวด นอกจากนี้ควรเข้าสู่สภาวะนี้ที่อุณหภูมิไม่ต่ำมากอาจใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง แบบจำลองแผนผังของตัวนำยิ่งยวดอินทรีย์แสดงในรูปที่ 13

ข้าว. 13

แน่นอนว่าตัวนำที่ปราศจากการสูญเสียพลังงานทั้งหมดภายใต้สภาวะปกติอย่างสมบูรณ์จะปฏิวัติวิศวกรรมไฟฟ้าอย่างแน่นอน แนวคิดของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันถูกหยิบยกขึ้นมาในห้องปฏิบัติการหลายแห่งในประเทศต่างๆ อย่างไรก็ตาม เป็นที่แน่ชัดอย่างรวดเร็วว่าโพลีเมอร์ที่ Little ประดิษฐ์ขึ้นนั้นไม่สามารถมีสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ แต่ความกระตือรือร้นที่เกิดจากความคิดที่กล้าหาญก็เกิดผล แม้ว่าจะไม่ได้เป็นไปตามที่คาดหวังในตอนแรกก็ตาม ตัวนำยิ่งยวดยังคงถูกค้นพบนอกโลกของโลหะ ในปี 1980 ในเดนมาร์ก กลุ่มนักวิจัยที่นำโดย K. Bekgaard ทดลองกับสารอินทรีย์จากเกลือไอออนอนุมูลอิสระ ถ่ายโอนไปยังสถานะตัวนำยิ่งยวดที่ความดัน 10 กิโลบาร์ และอุณหภูมิ 0.9 องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ ในปี 1983 ทีมนักฟิสิกส์โซเวียตนำโดย Doctor of Physical and Mathematical Sciences I.F. Shchegolev ประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนจากสารประเภทเดียวกันไปเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดที่ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์ 7 องศาและที่ความดันปกติ ในระหว่างการค้นหาและการทดสอบทั้งหมดนี้ นักวิจัยไม่ได้ละเลยปืนสั้น (คาร์ไบน์เป็นสารอินทรีย์ที่หายากมากในธรรมชาติ โครงสร้างเป็นสายโซ่เชิงเส้นไม่มีที่สิ้นสุดของอะตอมคาร์บอน โดยคงโครงสร้างไว้เมื่อถูกความร้อนถึง 2000 C จากนั้นเริ่มตั้งแต่ประมาณ 2300 C จึงจัดเรียงใหม่ตาม ชนิดกราไฟท์คริสตัลแลตทิซ มีความหนาแน่น ของคาร์ไบน์ 1.92.2 g/cm3

(…=С=С=С=С=С=С=С=С=С=С=С=…))

แบบจำลองทางทฤษฎีของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงที่พัฒนาโดยนักวิชาการ V.L. Ginzburg มีพื้นฐานอยู่บนกลไกที่เรียกว่ากลไก exciton ของปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน ความจริงก็คือว่าในระบบอิเล็กทรอนิกส์มีคลื่นพิเศษ - excitons เช่นเดียวกับโฟนอน พวกมันเป็นอนุภาคกึ่งอนุภาคที่เคลื่อนที่ไปทั่วผลึก และไม่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าและมวล ตัวอย่างแบบจำลองของตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวคือฟิล์มโลหะในชั้นของอิเล็กทริกหรือเซมิคอนดักเตอร์ การนำอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในโลหะจะขับไล่อิเลคตรอนอิเล็กทริกนั่นคือพวกมันล้อมรอบตัวเองด้วยเมฆที่มีประจุบวกมากเกินไปซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของคู่อิเล็กตรอน กลไกสหสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนทำนายค่าอุณหภูมิวิกฤติที่สูงมาก (Tc = 200 K)

ในตอนท้ายของปี 1986 มีการตีพิมพ์รายงานโดย K. Müller และ J. Bednoretz จากสวิตเซอร์แลนด์เกี่ยวกับการค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดของแลนทานัม - แบเรียม - ทองแดง - เซรามิกออกซิเจนที่อุณหภูมิเกิน 30 0 K ในไม่ช้ารายงานก็มาจากญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับ ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของแลนทานัม - สตรอนเซียม - เซรามิก ทองแดง - ออกซิเจนที่อุณหภูมิ 40-50 0 K ในสหภาพโซเวียตในห้องปฏิบัติการของ A. Golovashkin ที่สถาบันทางกายภาพของ USSR Academy of Sciences พบว่าในอิตเทรียม- ตัวนำยิ่งยวดของเซรามิกที่ใช้เริ่มต้นที่อุณหภูมิ 120 0 K ปัจจุบันมีการค้นหาตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า (อาจเป็นอุณหภูมิห้อง) อย่างเข้มข้นซึ่งได้นำไปสู่การค้นพบวัสดุประเภทใหญ่ที่เปลี่ยนสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวดแล้ว ที่อุณหภูมิไนโตรเจน ตัวนำยิ่งยวดของโพลีเมอร์มีแนวโน้มที่ดีในเรื่องนี้

นอกเหนือจากการค้นหาวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่มี Tc เพิ่มขึ้น โดยอิงจากผลของการจับคู่อิเล็กตรอนการนำผ่านไอออนขัดแตะที่มีประจุบวก ห้องปฏิบัติการทั่วโลกกำลังค้นหากลไกอื่น ๆ ของการมีปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนอย่างจริงจัง ซึ่งสามารถนำไปสู่การดึงดูดอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และเป็นผลให้สามารถผลิตวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ Tc..

1) ในปี 1957 ทฤษฎี BCS สากลได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งให้คำอธิบายพื้นฐานสำหรับปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

2) ระบบอิเล็กทรอนิกส์ในตัวนำยิ่งยวดสามารถแสดงได้ว่าประกอบด้วยคู่อิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ (คู่คูเปอร์) และการกระตุ้นเป็นการแตกคู่

3) ระบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งอยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวดถูกแยกออกจากระบบหลักด้วยช่องว่างพลังงานความกว้าง E St.

4) ณ จุดเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด ความจุความร้อนจะเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน

5) ตามทฤษฎีความเป็นตัวนำยิ่งยวด มีการค้นพบปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปรากฏการณ์โจเซฟสัน มันเกี่ยวข้องกับการไหลของกระแสตัวนำยิ่งยวดผ่านชั้นบาง ๆ ของอิเล็กทริกที่แยกตัวนำยิ่งยวดสองตัว เอฟเฟ็กต์ของ Josephson มี 2 แบบคือ แบบอยู่กับที่และแบบไม่อยู่กับที่

6) ฟลักซ์แม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจะถูกหาปริมาณและสามารถรับค่าที่ไม่ต่อเนื่องได้จำนวนหนึ่งเท่านั้น

7) สถานะขั้นกลางของตัวนำยิ่งยวดประเภท I ขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวอย่าง ตำแหน่งของตัวอย่างในสนามแม่เหล็กภายนอก และไม่ได้เกิดขึ้นเสมอไป ตัวนำยิ่งยวดประเภท II ที่มีสถานะผสมเป็นคุณสมบัติภายในและปรากฏในตัวอย่างรูปร่างใดๆ ทันทีที่สนามแม่เหล็กถึงค่าวิกฤต