Оксид иттрий барий медь (англ. Yttrium barium copper oxide), также известный как YBCO — это широко применяемый высокотемпературный сверхпроводник, известный тем, что он является первым полученный сверхпроводником с критической температурой больше 77 К. Его химическая формула — YBa₂Cu₃O_7−x, а критическая температура Tк =93 К. Рассматриваемый сверхпроводник был получен в 1987 году в Университете Алабамы в Хантсвилле (UAH) Maw-Kuen Wu и Полом Чу (Paul Chu) в Университете Хьюстона.^[1]

Получение этого материала означало возможность промышленного использования сверхпроводников, так как стало возможным использование для охлаждения сравнительно дешёвого жидкого азота.^[2]

Природа сверхпроводимости

Исследования физиков из Университета Британской Колумбии (UBC) показали, что высокотемпературная сверхпроводимость, наблюдаемая в некоторых оксидах меди связана с так называемыми «некогерентными возбуждениями». Это первые исследования, в которых удалось непосредственно определить, в каких режимах электроны ведут себя как отдельные частицы, а в каких — как неразрывная многочастичная сущность. Этот успех стал возможен благодаря новым спектроскопическим технологиям и специально выращенным в университете сверхчистым кристаллам купратов. В нормальных условиях купраты являются изоляторами и не проводят электрический ток, однако если из них удалить часть электронов (или, как говорят, легировать дырками), то при охлаждении они переходят в сверхпроводящее состояние. Оптимальным называется легирование, для которого сверхпроводящая фаза достигается при максимальной температуре. Выделяют также недолегированные и перелегированные образцы.

Одним из центральных вопросов в понимании механизмов высокотемпературной сверхпроводимости является вопрос о том, как ведут себя электроны в сверхпроводящей фазе. Существует две теории: в первой электроны представляют собой отдельные хорошо различимые квазичастицы ферми-жидкости, во второй — электроны настолько сильно связаны друг с другом, что отдельные частицы не различимы, это так называемый сильно-коррелированный диэлектрик Мотта. Удалось показать, что в перелегированном состоянии электроны ведут себя как ферми-жидкость, состоящая из отдельных квазичастиц, но при переходе к недолегированному состоянию быстро становятся неразличимыми.^[3]

Структура

Свойства

Свойства материала зависят от метода получения образца^[4].

Критическая температура (температура при которой наблюдается эффект сверхпроводимости)

• Тк =93 К

Критическая индукция (поле, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

• Bкр =5.7 Тл

Критическая плотность тока (ток, при котором разрушается сверхпроводящее состояние)

• J=7*10^6 А/см²

Некоторые химические и физические свойства

• молярная масса m=666.19
• плотность p=6.3 г/см³
• температура плавления Tпл > 1000 °C

Получение

Первый образец YBCO был получен при температуре 1000—1300 К в результате следующей химической реакции:

4 BaCO₃ + Y₂(CO₃)₃ + 6 CuCO₃ + (1/2−x) O₂ → 2 YBa₂Cu₃O_7−x + 13 CO₂

Перспективы использования

1. Создание сверхпроводящих магнитов
2. Создание генераторов и линий электропередач
3. Аккумулирование электроэнергии;
4. Создание СКВИДов (сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор).^[4]

Примечания