способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе магний-оксид магния

Формула изобретения

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе магний-оксид магния, включающий окисление поверхности образца металлического магния в реакторе в потоке осушенного кислорода со скоростью 20 мл/мин при температуре 600°С в течение 3 ч и охлаждение до комнатной температуры в течение 5 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии получения высокотемпературных сверхпроводников в системе металл-оксид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих особыми физическими свойствами.

В практике физических исследований известны высокотемпературные сверхпроводники, полученные в различных системах металл-оксид металла. Хотя имеются физические предпосылки к обнаружению таких сверхпроводников и в системе магний-оксид магния, однако в научной литературе сведений об исследованиях этой системы обнаружить не удалось. До сих пор неясно, возможно ли вообще получение высокотемпературных сверхпроводников в этой системе.

Из уровня техники известен способ получения сверхпроводника оксида индия с пониженным содержанием кислорода по сравнению со стехиометрическим составом (In₂O _x). Образцы In₂O_x получали выдержкой In₂O₃ в вакууме или инертной атмосфере при температуре 90-100°С в течение 3-4 часов. Температура перехода в сверхпроводящее состояние составляла около 1 К [V.F.Gantmakher et al., "Superconductivity and negative magnetoresistance in amorphous In₂O_x films", Pisma v GhETF, 1995, v.61, N7, pp.593-598]. Недостатком соединений, полученных с помощью использованного метода, является низкая температура перехода в сверхпроводящее состояние. Известен способ получения сверхпроводника в системе висмут-оксид висмута [М.Tian et al., "Superconductivity and quantum oscillations in crystalline Bi nanowire", Nano Letters, 2009, v.9, N9, pp.3196-3202]. По этому способу сначала получали висмутовую проволоку диаметром 72 нм, поверхность которой окисляли на воздухе при комнатной температуре. Переход в сверхпроводящее состояние обнаружен при температуре 1,3 К, что является основным недостатком этого способа, поскольку переход данного объекта в сверхпроводящее состояние происходит при температуре ниже температуры жидкого гелия (4,2 К). Кроме того, процесс окисления образца таких малых размеров практически неуправляем и зависит от множества факторов - объема образца, времени выдержки, температуры окисления, влажности воздуха и др.

Задача изобретения - получение сверхпроводника в системе магний-оксид магния с высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние при одновременном повышении воспроизводимости результатов синтеза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что используется способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе магний-оксид магния, включающий окисление поверхности образца металлического магния в реакторе в потоке осушенного кислорода со скоростью 20 мл/мин при температуре 600°С в течение 3 часов и охлаждение образца магния с поверхностным оксидом магния до комнатной температуры в течение 5 минут.

В предлагаемом способе реализуется идея, состоящая в окислении части образца металлического магния в атмосфере кислорода при температуре ниже температуры плавления магния (615°С) с последующим быстрым охлаждением образца металлического магния, поверхность которого покрыта пленкой оксида магния, до комнатной температуры. Температура перехода в сверхпроводящее состояние составляет 54 К. Результат использования такого способа поясняется рисунком, на котором показаны результаты измерения температуры сверхпроводящего перехода на материале, полученном предлагаемым способом.

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника осуществляется следующим образом. Образец металлического магния помещают в кварцевый трубчатый реактор, через который пропускают осушенный от следов влаги кислород со скоростью 20 мл/мин. Реактор помещают в печь и окисление образца металлического магния ведут при температуре 600°С в течение 3 часов, причем температура в печи ниже температуры плавления металлического магния (651°С). При этом происходит окисление поверхности металлического магния на глубину до 20 мкм. Затем образец магния с поверхностным оксидом магния охлаждают до комнатной температуры в течение 5 минут, извлекают из реактора и проводят измерение магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле с целью обнаружения сверхпроводящего перехода.

Пример реализации способа.

В качестве исходного материала использовали металлический магний чистотой 99,99%. Образец магния, имеющий размеры 3×3×3 мм, помещали в реактор, через который пропускали кислород со скоростью 20 мл/мин, осушенный от следов влаги с целью предотвращения образования гидроксида магния при окислении образца металлического магния. Реактор помещали в печь, нагретую до температуры 600°С, которая ниже температуры плавления металлического магния 651°С, и проводили окисление поверхности металлического магния в течение 3 часов. Рентгенофазовый анализ поверхностного слоя образца магния выявил наличие только одного оксида магния, а именно МgО. Реактор с окисленным образцом магния извлекали из печи и охлаждали до комнатной температуры в течение 5 минут. После этого образец магния с поверхностным оксидом магния извлекали из реактора и проводили измерение магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле. Результаты измерения динамической магнитной восприимчивости показали (фиг.1), что переход полученного образца в сверхпроводящее состояние происходит при 54 К.