كيف تحدد الشوائب النزرة وحدود الحبيبات الموصلات الفائقة القائمة على النيترو بولي بروبيلين

الوصف

تغطي هذه المراجعة الفنية الدراسات التجريبية حول درجة الحرارة الحرجة، والمسار الحر للإلكترون، وكثافة التيار، واتجاه الحبيبات والمعالجة الحرارية مدعومة بالمراجع الرئيسية للأدبيات.

تحليل تجريبي مقارن لدرجة الحرارة الحرجة، والنقاء، وقطر الحبيبات في موصلات النيوبيوم الفائقة النقاء

أكدت العديد من الدراسات العلاقة بين النيوبيومعالي النقاء ودرجات الحرارة الحرجة المرتفعة (Tc). على سبيل المثال، أظهر فلوكيجر وآخرون (1981) أن رفع درجة نقاء النيوبيوم من 99.9% إلى 99.999% زاد من درجة الحرارة الحرجة Tc بحوالي 0.5 كلفن تقريبًا، مما يشير إلى أنه حتى التخفيضات الصغيرة في الشوائب يمكن أن تؤدي إلى تحسينات كبيرة في الموصلية الفائقة [1]. تم إجراء ملاحظات مماثلة في الدراسات التي أجراها Wipf (1980)، الذي وجد أن الفجوة فائقة التوصيل كانت حساسة للغاية لشوائب الأكسجين والنيتروجين الخلالي [2].

يؤثر قطر الحبيبات على Tc من خلال تأثيره على كثافة حدود الحبيبات. وباستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، قيّمريكر وإكين (1985) الموصلات الفائقة Nb-Ti ووجد أن العينات ذات الحبيبات الأكبر حجمًا قد قللت من انفصال الشوائب عند الحدود، وبالتالي زادت قيم Tc [3].

تأثير الشوائب على المسار الحر للإلكترون وكثافة التيار الحرج في موصلات النيوبيوم الفائقة

من المعروف أن شوائب العناصر الخفيفة، خاصةً O وN وH، تعطل بشدة سلوك التوصيل الفائق. فقد درس ديموس وتشودري (1987) تأثير الأكسجين الخلالي على أغشية النيوبيوم الرقيقة متعددة البلورات، وأظهرا أن متوسط المسار الحر للإلكترون انخفض بنسبة تزيد عن 25% مع زيادة 100 جزء في المليون فقط في الأكسجين [4].

كما تم تحليل انتشار الهيدروجين في النيوبيوم على نطاق واسع. وأفاد كوس وآخرون (1984) أن الضغوط الناجمة عن الهيدروجين حول نوى الخلع تساهم في تدهور كثافة التيار وعدم الاستقرار المحتمل على المدى الطويل في الأجهزة فائقة التوصيل [5]. وتُعد هذه النتائج بالغة الأهمية لفهم وتقليل عدم استقرار تثبيت التدفق في الأنظمة المحملة مغناطيسيًا.

تحسين الخواص الكهربائية لأغشية النيوبيوم الرقيقة من خلال التحكم في اتجاه الحبيبات

استُخدمتطرق ترسيب الأغشية الرقيقة مثل الرش المغنطروني المغنطروني وإبريتكس الحزمة الجزيئية (MBE) للتحكم في اتجاه الحبيبات في أفلام النيوبيوم. لاحظ تينكهام (1996) أن الأفلام ذات النسيج <110> أظهرت طول تماسك محسّن وزيادة بنسبة 10-15% في Jc مقارنةً بالحبيبات ذات الاتجاه العشوائي [6]. أظهر تحليل إضافي أجراه بابكوك وآخرون (1993) أن التلدين عند درجة حرارة 800-900 درجة مئويةأثناءالترسيب أدى إلى نمو شبه متباعد مع الحد الأدنى من حدود الحبيبات عالية الزاوية [7].

تحسين هيكل الحبيبات عن طريق المعالجة الحرارية لتحسين كثافة التيار فائق التوصيل

يُستخدم التلدين المتحكم به على نطاق واسع لهندسة نمو الحبيبات وتجانس توزيع الشوائب. أشارت دراسة أجراها Molyneaux وآخرون (1991) إلى أن المعالجة الحرارية لرقائق Nb عند 1100 درجة مئوية لمدةساعتين حسّنت Jc بنسبة تزيد عن 30%، مع تقليل محتوى الأكسجين بالقرب من السطح [8]. وركزت أعمال أحدث قام بها بادامسي وآخرون (2008) على إعداد تجويف الرقاقات ذات الترددات اللاسلكية وكشف أن الحبيبات المعاد بلورتها في النيوبيوم المعالجة حرارياً أظهرت استقراراً محسناً في المجال وانخفاضاً في خسائر الترددات اللاسلكية [9]. لمزيد من الدعم التقني ومنتجات النيوبيوم، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

المراجع

1. Flükiger, R. et al. "تأثير النقاء والمحتوى الخلالي على الموصلية الفائقة للنيوبيوم." IEEE Trans. Magn., vol. 17, no. 1, 1981, pp. 313-316.
2. Wipf, S. L. "تأثير المواد البينية على الخواص فائقة التوصيل للنيوبيوم." Cryogenics, vol. 20, 1980, pp. 389-394.
3. Ricker, R. E., Ekin, J. W. "Grain Boundary Effects in Nb-Ti Superconductors." J. Mater. Sci., vol. 20, 1985, pp. 2963-2970.
4. Dimos, D., D., Chaudhari, P. "تأثير الأكسجين على خصائص الأغشية الرقيقة فائقة التوصيل." Phys. Rev. B, vol. 35 , 1987, pp. 8045-8050.
5. Koss, D. A., et al. "تأثيرات الهيدروجين في سبائك النيوبيوم والنيوبيوم." Metall. Trans. A، المجلد 15، 1984، ص 157-165.
6. Tinkham, M. Introduction to Superconductivity. 2nd ed., McGraw-Hill, 1996.
7. Babcock, S. E., et al. "Texture and Orientation in Superconducting Niobium Thin Solid Films." Thin Solid Films, vol . 232, 1993, pp. 123-130.
8. Molyneaux, H. B., et al. "تأثير التلدين على البنية المجهرية وخصائص أفلام النيوبيوم." J. Appl. Phys., vol. 70, 1991, pp. 3561-3566.
9. Padamsee, H., Knobloch, J., Hays, T. RF Superconductivity for Accelerators. Wiley-VCH، 2008.