Современная электроника №5/2024

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2024 35 К в образце из семейства купратных сверхпроводников , содержащих соеди - нения лантана - бария - меди - кислоро - да (La 2-x Ba x CuO 4 ) [11]. Термин « купра - ты » определяет общий класс семейств сложных соединений меди , берущий своё название от латинского «cuprum». Такое рекордное снижение критиче - ской температуры вызвало настоящую научную сенсацию , а Карл Мюллер и Йоханнес Беднорц сразу же в 1987 году были удостоены Нобелевской премии по физике « за важный прорыв , выра - зившийся в открытии сверхпроводи - мости в керамических материалах ». С этого момента внимание исследо - вателей сверхпроводимости переклю - чилось на керамические соединения . В основном исследования развивались по двум направлениям . В первом случае использовался « твер - дофазный синтез », в процессе которо - го при высоких температуре и давле - нии смешивались нужные прекурсоры , а затем в процессе химической реакции получалось новое соединение . Второй , крайне сложный путь , состоял в том , что с помощью мето - дов молекулярно - пучковой эпитаксии в глубоком вакууме на подложку нано - сились один за другим монослои ато - мов отдельных элементов [12]. Обра - зующиеся при этом « сверхпроводящие щели » достаточно надёжно опреде - ляются , например , с помощью рент - геновской или андреевской спектро - скопии [13]. Купратные сверхпроводники имеют довольно сложную слоистую кристал - лическую структуру , в которой чере - дуются слои допированной примеси и меди . При этом основную для сверх - проводимости роль играют кристалло - графические плоскости CuO 2 . Эксперименты проводились как с однослойными , так и с многослойны - ми щелями . Так , например , было полу - чено соединение лантана , стронция и меди La 2–x Sr x CuO 4 , для которого крити - ческая температура сверхпроводящего состояния составила 40 К [14]. Высокотемпературная сверхпроводимость , « азотный период » В марте 1987 года был взят один из ключевых рубежей в температурной битве . Впервые был получен сверхпро - водник на основе соединения иттрия , бария , меди и кислорода Y 0.8 Ba 1.2 CuO y с критической температурой Т кр = 92 K, что значительно превышало температу - ру кипения жидкого азота (77,4 К ) [15]. Закончился десятилетний период « жидкого водорода » и наступил этап « жидкого азота ». Нужно особо подчер - кнуть , что получение жидкого азота из атмосферного воздуха значитель - но проще и много дешевле по сравне - нию с гелием и водородом . Достаточно сказать , что в среднем цена на техниче - ский жидкий азот почти в двести раз меньше , чем на жидкий гелий такой же чистоты . Учитывая этот факт , большое коли - чество малобюджетных университет - ских лабораторий практически во всём мире получили реальные возможности исследовать новые вещества с эффек - том сверхпроводимости . После того как в 1987 году был прео - долён барьер Т кр = 92 К , сверхпроводни - ки , работающие при критических тем - пературах кипения выше жидкого азота (77 К или минус 196° С ), стали называть « высокотемпературными сверхпрово - дниками – ВТСП » (High temperature superconductor – HTSP). Это событие рас - сматривают как начало нового этапа раз - вития физики конденсированных сред , получившего название «High temperature superconductivity – HTSC» [16]. Необходимо подчеркнуть , что в науч - но - популярной литературе некото - рые авторы иногда трактуют первую часть этого термина HT как «Home Temperature – комнатные температу - ры », что искажает истинный смысл аббревиатуры [17]. Сверхпроводимость при комнат - ных температурах ( от +15 до +23° С ) в английской терминологии име - ет другое название : «Flat Band Superconductivity – FBSC» [18]. Необходимо особо подчеркнуть , что при описании результатов измерений эффекта сверхпроводимости необходи - мо обязательно указывать два параме - тра , а именно : критическую температу - ру Т кр и критическое давление P кр , при которой она была достигнута . Все появившиеся в последние годы статьи о якобы достигнутой сверхпро - водимости при комнатной температу - ре FBSC оказались фальсификацией . Об этом подробно будет рассказано во второй части данной статьи . После опубликования подробной методики , которая позволила полу - чить Т кр = 92 К , сразу несколько науч - ных групп стали экспериментировать с различными вариантами купрат - ных сверхпроводников , среди кото - рых наиболее популярными были такие соединения , как : YBaCuO, BiSrCaCuO, TlBaCaCuO, HgBaCaCuO, HgTlBaCaCuO, HgBaCaCuO. Аналогичные работы проводились и в РФ . Так , например , физики из МГУ им . М . В . Ломоносова опубликовали результаты испытаний синтезиро - ванного ими HgBa 2 CuO 4 + δ (Hg-1201) с одним слоем CuO 2 на элементарную ячейку , для которого эффект сверхпро - водимости был достигнут при темпе - ратуре ниже 94 К [19]. Кристалличе - ская структура Hg-1201 показана на рис . 5 [20]. Кристаллические структуры ртуть - содержащего ряда сверхпроводящих купратов HgBa 2 Ca n − 1 Cu n O 2n+2+ δ можно охарактеризовать как срастающиеся галитоподобные и перовскитоподоб - ные фрагменты . Катионы Hg имеют типичную гантелеобразную форму . В кристаллических структурах соответ - ствующие количества слоёв CuO 2 раз - делены катионами Ca. Для композитного соединения HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 1+x , содержащего три слоя CuO 2 , в 1993 году была получена Ткр = 133 К . Это значение стало максимальной критической температурой сверх - проводимости , достигнутой при нормальном атмосферном давле - нии для стабильной фазы купрат - ного сверхпроводника [21]. Спустя несколько месяцев , в этом же году , другая группа учёных с композитом HgBa 2 Ca n − 1 Cu n O 2n+2+ δ (Hg-1223), состо - ящим из аналогичных элементов , но с разным допированием и количе - ством проводящих щелей , получила критическую температуру 153 К при давлении 150 кбар . Как отмечают Рис . 5. Кристаллическая структура HgBa 2 CuO 4 + δ (Hg-1201). Координационные многогранники : Cu – искажённый октаэдр и гантельная форма –Hg