Новое в технологии 2G ВТСП
2005, Tом 2, выпуск 5
Тематика: Фундаментальные исследования
Похоже, технология сверхпроводников 2-го поко-ления таит в себе еще много нереализованных возможностей, а рекорды сегодняшнего дня через пару-тройку лет могут перейти в разряд рутины. Действительно, бутерброд, где слой колбасы в 50 раз тоньше, чем кусок хлеба, не кажется слишком аппетитным. Было бы неплохо изменить соотношение хлеб/колбаса в более благоприятную сторону.
В этом в частности убеждает недавно опубликованная работа группы из Лос-Аламоса [1]. Собственно о самих сверхпроводниках 2-го поколения в этой работе ничего нет, зато предложенный в ней подход к увеличению плотности критического тока в толстых пленках YBa2Cu3O7-y может найти в этой технологии прекрасное применение. Падение плотности критического тока в ВТСП пленках при увеличении их толщины – проблема давно известная. Но как ее обойти? Исследователи из Лос-Аламоса утверждают, что наибольшая скорость падения реализуется при толщинах до 0.5-0.6 мкм, при больших толщинах падение продолжается, но с меньшей и уже практически постоянной скоростью. Таким образом, наиболее эффективно переносят ток пленки с толщиной до 0.5 мкм. А что если положить такие пленки друг на друга? Конечно, не просто так, а переложив их слоями диэлектрика CeO2 настолько тонкими, что они не прерывают электрического контакта между слоями. Тогда оказывается, что суммарный критический ток близок к сумме токов в отдельных тонких слоях и в несколько раз больше, чем у однородного слоя ВТСП с той же сум-марной толщиной. Это позволяет выйти на новый рубеж токонесущей способности пленок YBa2Cu3O7-y – свыше 1000 А на 1 см ширины ленты.
Несмотря на достигнутый успех, механизм падения и стабилизации плотности критического тока остается не ясным. Исследователи из Лос-Аламоса обсуждают 3 возможных механизма:
1) дислокационный – плотность и природа дислокаций в пленках YBa2Cu3O7-y изменяются с толщи-ной, причем особенно на малых толщинах, величина же jc просто отражает эти изменения;
2) вихревой – центры пиннига перекрывают движение вихрей по всей толщине пленки на малых толщинах и огибание препятствий возможно только “сбоку”, но при большей толщине вихрь эластично огибает такие препятствия уже не только “сбоку”, но “сверху” и “снизу”. Правда, количественный оценки дают для такого кроссовера толщину пленки много меньше 0.5 мкм;
3) деградационный – фундаментально плотность критического тока не меняется с толщиной, но зато возрастает число дефектов, обрывающих токовые пути.
Предложенный прием, в принципе, работает при любом из этих механизмов: в первом случае обры-ваются дислокации, выходящие на поверхность, во втором ограничивается эластичная длина вихря, в третьем организуется сток для накопившихся микроструктурных дефектов.
Стоит отметить, что параллельно развивается идея слоеного пирога другой конструкции – вместо слоев CeO2 используется тот же YBa2Cu3O7-y, но слегка легированный кальцием (см. N3 данного бюллетеня за 2005 год). На самом деле, эти два подхода возможно могут быть объединены, если использовать в качестве барьерного слоя CaZrO3, который одно-временно является источником кальция, улучшающего транспортные свойства малоугловых границ, и, с другой стороны, будучи перовскитом, может выступать в качестве безвредного структурно-когерентного материала разделителя. В совместной работе исследователей из Кембриджского Универ-ситета и того же Лос-Аламоса показано самое бла-готворное влияние этого материала (CaZrO3) на токонесущую способность 2G ВТСП [2].
Все это убеждает в том, что несмотря на бурную коммерциализацию 2G ВТСП на Западе, парал-лельно остается широкое поле для радикальных усовершенствований технологии, и новички в этой области не должны чувствовать себя уже безнадежно отставшими от лидеров.