Low Temperature Physics: 42, 380 (2016); https://doi.org/10.1063/1.4952985
Физика Низких Температур: Том 42, Выпуск 5 (Май 2016), c. 486-505    ( к оглавлению , назад )

Формирование наноструктуры материалов на основе диборида магния с высокими значениями сверхпроводящих характеристик

Т.А. Прихна1, А.П. Шаповалов1,2, Г.Е. Гречнев3, В.Г. Бутько4, А.А. Гусев4

А.В. Козырев1, М.А. Белоголовский2,5, В.Е. Мощиль1, В.Б. Свердун1

1Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, ул. Автозаводская, 2, г. Киев, Украина
E-mail: shapovalovap@gmail.com

2Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульвар Академика Вернадского, 36, г. Киев, Украина

3Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Науки, 47, г. Харьков, Украина

4Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины, пр. Науки, 46, г. Киев, Украина

5Донецкий национальный университет, ул. 600-летия, 21, г. Винница, Украина

Статья поступила в редакцию 9 февраля 2016 г.

Аннотация

Представлен анализ сверхпроводящих свойств массивных материалов на основе диборида магния, полученных путем нагрева при высоких квазигидростатических давлениях (1–2 ГПа) методами горячего прессования (30 МПа), электроспекания под давлением (16–96 МПа) и свободного спекания. Показано, что оптимизация распределения примесей в MgB2 достигается путем варьирования условий синтеза и введением легирующих добавок. В частности, в синтезированных при 2 ГПа поликристаллических MgB2 материалах с большим количеством примесного кислорода получены высокие плотности критического тока (106 и 103A/cм2 в магнитных полях 1 и 8,5 Tл при температуре 20 К). Установлено, что примесныйкислород в основном локализован в гомогенно распределенных в матрице нанослоях или нановключениях, которые являются центрами пиннинга, причем сама MgB2 матрица также содержит небольшое количество растворенного кислорода. Примесный или специально добавленный углерод, входя в структуру диборида магния, приводит к росту критических магнитных полей до значений Bc2(22 К) = 15 Tл и Birr(18,5 К) = 15 Tл. Приведены результаты первопринципных расчетов электронной структуры и стабильности соединений на основе диборида магния при условии частичного замещения бора кислородом или углеродом, на основе которых показано, что углероду выгоднее распределяться в структуре MgB2 гомогенно, а атомам кислорода выгоднее замещать бор попарно в ближайших позициях или формировать зигзагообразные цепочки.

PACS: 74.70.Ad Металлические сплавы и двойные соединения (включая A15, MgB2, и т.п.);
PACS: 74.20.Pq Расчет электронной структуры;
PACS: 74.62.Dh Влияние дефектов кристаллической структуры, допирования и замещения;
PACS: 74.25.Sv Критические токи.

Ключевые слова: сверпроводящие материалы на основе MgB2, расчет электронной структуры, влияние допирования на сверхпроводящие свойства, критический сверхпроводящий ток.

Oпубликована онлайн: 23 марта 2016 г.