Kovalentní supravodič - Covalent superconductor - Wikipedia

Části vysokotlakého článku po syntéze supravodivého diamantu dopovaného silně bórem. Diamant (černá koule) je umístěn mezi dvěma grafitovými ohřívači

Kovalentní supravodiče jsou supravodivé materiály, kde jsou atomy spojeny kovalentní vazby. První takový materiál byl dotován bórem syntetický diamant pěstuje vysoký tlak vysokoteplotní (HPHT) metoda.[1] Objev neměl praktický význam, ale překvapil většinu vědců, protože u kovalentních polovodičů, včetně diamantů a křemíku, nebyla pozorována supravodivost.

Dějiny

Magnetická susceptibilita AC měřená jako funkce teploty v diamantech obohacených 12C, 13C, 10B nebo 11B izotopy. Pozorování a velikost 12C-13Posun C potvrzuje Mechanismus BCS supravodivosti v sypkém polykrystalickém diamantu dopovaném bórem.

Priorita mnoha objevů ve vědě je rázně sporná (viz např. Spory o Nobelovu cenu ). Další příklad po Sumio Iijima „objevil“ uhlíkové nanotrubice v roce 1991 mnoho vědců poukázalo na to, že uhlíková nanovlákna byla skutečně pozorována desetiletí dříve. Totéž lze říci o supravodivosti v kovalentních polovodičích. Supravodivost v germanium a křemík-germanium byla teoreticky předpovězena již v 60. letech.[2][3] Krátce poté byla supravodivost experimentálně detekována v germanium telurid.[4][5] V roce 1976 byla experimentálně pozorována supravodivost s Tc = 3,5 K. germanium implantované ionty mědi;[6] experimentálně bylo prokázáno, že pro supravodivost (v Ge) byla nezbytná amorfizace a supravodivost byla přiřazena samotnému Ge, nikoli mědi.

diamant

Supravodivosti v diamantu bylo dosaženo pomocí těžkého doping typu p bórem tak, že jednotlivé dopingové atomy začaly interagovat a vytvořily „pás nečistot“. Supravodivost byla typ II s kritickou teplotou Tc = 4 K a kritickým magnetickým polem Hc = 4 T. Později bylo dosaženo Tc ~ 11 K v homoepitaxiálním CVD filmy.[7][8]

Pokud jde o původ supravodivosti v diamantu, byly navrženy tři alternativní teorie: konvenční Teorie BCS na základě párování zprostředkovaného telefonem, korelovaná teorie pásem nečistot[9] a spin-flipem poháněné párování otvorů slabě lokalizovaných v blízkosti Fermiho úrovně.[10] Pokusy s diamanty obohacené o 12C, 13C, 10B nebo 11B izotopy odhalily jasný Tc posun a jeho velikost potvrzuje Mechanismus BCS supravodivosti v sypkém polykrystalickém diamantu.[11]

Uhlíkové nanotrubice

I když se v roce 2004 objevily zprávy o vnitřní supravodivosti uhlíkové nanotrubice,[12][13] mnoho dalších experimentů nenašlo žádné důkazy o supravodivosti a platnost těchto výsledků zůstává předmětem debaty.[14] Všimněte si však zásadního rozdílu mezi nanotrubicemi a diamantem: Přestože nanotrubice obsahují kovalentně vázané atomy uhlíku, jsou svými vlastnostmi blíže grafitu než diamantu a mohou být kovové bez dopingu. Mezitím je nedopovaný diamant izolátorem.

Interkalovaný grafit

Hlavní článek: Grafitová interkalační sloučenina
Struktura CaC6

Když jsou atomy kovů vloženy (interkalačně) mezi grafitové roviny, vytvoří se několik supravodičů s následujícími teplotami přechodu:[15][16]

MateriálCaC6Li3Ca.2C6YbC6SrC6KC8RbC8NaC3KC3LiC3NaC2LiC2
Tc (K)11.511.156.51.650.140.0252.3–3.83.0<0.355.01.9

Křemík

Bylo navrženo[1] že „Si a Ge, které se také tvoří ve struktuře diamantu, mohou podobně vykazovat supravodivost za vhodných podmínek“, a skutečně, objevy supravodivosti v silně bórem dopovaném Si (Si: B)[17] a SiC: B[18] rychle následovali. Podobně jako diamant, Si: B je typ II supravodič, ale má mnohem menší hodnoty Tc = 0,4 K a Hc = 0,4 T. Supravodivost v Si: B byla dosažena těžkým dopingem (nad 8 at.%), realizovaným speciální nerovnovážnou technikou doping laserem.

Karbid křemíku

Supravodivost v SiC bylo dosaženo těžkým dopingem bórem[19] nebo hliník.[20] Jak kubická (3C-SiC), tak hexagonální (6H-SiC) fáze jsou supravodivé a vykazují velmi podobnou Tc 1,5 K. Je však pozorován zásadní rozdíl v chování magnetického pole mezi dopingem hliníku a boru: SiC: Al je typ II, stejně jako Si: B. Naopak, SiC: B ano typ I.. Ve snaze vysvětlit tento rozdíl bylo zjištěno, že místa Si jsou pro supravodivost v SiC důležitější než místa uhlíku. Zatímco bór nahrazuje uhlík v SiC, Al nahrazuje místa Si. Al a B proto „vidí“ odlišné prostředí, které by mohlo vysvětlovat různé vlastnosti SiC: Al a SiC: B.[21]

Sirovodík

Při tlacích nad 90 GPa (gigapascal ), sirovodík se stává kovovým vodičem elektřiny. Po ochlazení pod a kritická teplota jeho vysokotlaká fáze vykazuje supravodivost. Kritická teplota se zvyšuje s tlakem v rozmezí od 23 K při 100 GPa do 150 K při 200 GPa.[22] Pokud se sirovodík natlakuje při vyšších teplotách, pak se ochladí, dosáhne kritická teplota 203 K (-70 ° C), což je nejvyšší akceptovaná supravodivá kritická teplota od roku 2015. Nahrazením malé části síry fosforem a použitím ještě vyšších tlaků předpovídalo se, že je možné zvýšit a dosáhnout kritické teploty nad 0 ° C (273 K) supravodivost při teplotě místnosti.[23]

Viz také

Reference

  1. ^ A b E. A. Ekimov; V. A. Sidorov; E. D. Bauer; N. N. Mel'nik; N. J. Curro; J. D. Thompson; S. M. Stishov (2004). "Supravodivost v diamantu". Příroda. 428 (6982): 542–545. arXiv:cond-mat / 0404156. Bibcode:2004 Natur.428..542E. doi:10.1038 / nature02449. PMID  15057827.
    L. Boeri, J. Kortus a O. K. Andersen „Trojrozměrný MgB2-Typ supravodivosti v dírově dopovaném diamantu ",
    K.-W. Lee a W. E. Pickett „Supravodivost v bóru dopovaném diamantu“[trvalý mrtvý odkaz ],
    X. Blase, Ch. Adessi a D. Connetable „Role dopantu v supravodivosti diamantu“[trvalý mrtvý odkaz ],
    E. Bustarret a kol. „Závislost supravodivé přechodové teploty na dopingové úrovni u jednokrystalických diamantových filmů“[trvalý mrtvý odkaz ] - stažení zdarma
  2. ^ Gurevich V L, Larkin A I a Firsov Yu A (1962). Sov. Phys. Pevné skupenství. 4: 185.
  3. ^ M. L. Cohen (1964). „Existence supravodivého stavu v polovodičích“. Rev. Mod. Phys. 36 (1): 240–243. Bibcode:1964RvMP ... 36..240C. doi:10.1103 / RevModPhys.36.240.
  4. ^ R.A. Hein; et al. (1964). "Supravodivost v germium teluridu". Phys. Rev. Lett. 12 (12): 320–322. Bibcode:1964PhRvL..12..320H. doi:10.1103 / PhysRevLett.12.320.
  5. ^ L. Finegold (1964). „Tellurid germania: měrné teplo a supravodivost“. Phys. Rev. Lett. 13 (7): 233–234. Bibcode:1964PhRvL..13..233F. doi:10.1103 / PhysRevLett.13.233.
  6. ^ B. Stritzker; H. Wuhl (1976). "Supravodivost amorfního germania produkovaného iontovou implantací". Zeitschrift für Physik B. 24 (4): 367–370. Bibcode:1976ZPhyB..24..367S. doi:10.1007 / BF01351526.
  7. ^ Y. Takano; et al. (2007). Msgstr "Supravodivé vlastnosti homoepitaxního diamantu CVD". Průměr. Relat. Mater. 16 (4–7): 911–914. Bibcode:2007DRM .... 16..911T. doi:10.1016 / j.diamond.2007.01.027.
  8. ^ Y. Takano (2006). "Přehled". Sci. Technol. Adv. Mater. 7: S1. Bibcode:2006STAdM ... 7S ... 1T. doi:10.1016 / j.stam.2006.06.003.
  9. ^ G. Baskaran (2008). „Izolátory Mottova pásma nečistot: nová cesta k vysoké Tc supravodivosti“. Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044104. Bibcode:2008STAdM ... 9d4104B. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044104. PMC  5099631. PMID  27878017.
  10. ^ J. Mareš; et al. (2008). "Vybraná témata týkající se transportu a supravodivosti v bóru dopovaném diamantu". Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044101. Bibcode:2008STAdM ... 9d4101M. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044101. PMC  5099628. PMID  27878014.
  11. ^ E. A. Ekimov; et al. (2008). "Struktura a supravodivost izotopem obohaceného bóru dopovaného diamantu". Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044210. Bibcode:2008STAdM ... 9d4210E. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044210. PMC  5099641. PMID  27878027.
  12. ^ Z.K. Tang; et al. (2001). „Supravodivost ve 4stěnných jednostěnných uhlíkových nanotrubičkách“. Věda. 292 (5526): 2462–5. Bibcode:2001Sci ... 292.2462T. doi:10.1126 / science.1060470. PMID  11431560.
  13. ^ M. Kociak; et al. (2001). „Supravodivost v lanech jednostěnných uhlíkových nanotrubiček“. Dopisy o fyzické kontrole. 86 (11): 2416–2419. arXiv:cond-mat / 0010220. Bibcode:2001PhRvL..86,2416K. doi:10.1103 / PhysRevLett.86.2416. PMID  11289943.
  14. ^ M. Bockrath (2006). „Uhlíkové nanotrubice: nejslabší článek“. Fyzika přírody. 2 (3): 155–156. Bibcode:2006NatPh ... 2..155B. doi:10.1038 / nphys252.
  15. ^ N. Emery; et al. (2008). "Syntéza a supravodivé vlastnosti CaC6". Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044102. Bibcode:2008STAdM ... 9d4102E. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044102. PMC  5099629. PMID  27878015.
  16. ^ I.T Belash; et al. (1990). "Supravodivost GIC s Li, Na a K". Syntetické kovy. 34 (1–3): 455–460. doi:10.1016/0379-6779(89)90424-4.
  17. ^ E. Bustarret; et al. (2006). "Supravodivost v dotovaném kubickém křemíku". Příroda. 444 (7118): 465–8. Bibcode:2006 Natur.444..465B. doi:10.1038 / nature05340. PMID  17122852.
  18. ^ Zhi-An Ren; et al. (2007). „Supravodivost v SiC dopovaném borem“. J. Phys. Soc. Jpn. 76 (2): 103710. Bibcode:2007JPSJ ... 76b3710M. doi:10.1143 / JPSJ.76.023710. hdl:2433/136766.
  19. ^ M. Kriener; et al. (2008). „Supravodivost v karbidu křemíku dopovaného silně bórem“. Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044205. arXiv:0810.0056. Bibcode:2008STAdM ... 9d4205K. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044205. PMC  5099636. PMID  27878022.
  20. ^ T. Muranaka; et al. (2008). "Supravodivost v karbidu křemíku dopovaného nosičem". Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044204. Bibcode:2008STAdM ... 9d4204M. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044204. PMC  5099635. PMID  27878021.
  21. ^ Y. Yanase; N. Yorozu (2008). "Supravodivost v kompenzovaných a nekompenzovaných polovodičích". Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (4): 044201. Bibcode:2008STAdM ... 9d4201Y. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044201. PMC  5099632. PMID  27878018.
  22. ^ A. P. Drozdov; et al. (2015). "Konvenční supravodivost při 203 kelvinech při vysokých tlacích v systému hydridu síry". Příroda. 525 (7567): 73–76. arXiv:1506.08190. Bibcode:2015 Natur.525 ... 73D. doi:10.1038 / příroda14964. PMID  26280333.
  23. ^ Cartlidge, Edwin (18. srpna 2015). „Záznam supravodivosti jiskří vlnu následné fyziky“. Příroda. 524 (7565): 277. Bibcode:2015 Natur.524..277C. doi:10.1038 / příroda.2015.18191. PMID  26289188.

externí odkazy