Оксид иттрия-бария-меди

Окси́д и́ттрия-ба́рия-ме́ди, также известный как YBCO (разговорное произношение: и-бэ-ко) — широко применяемый высокотемпературный сверхпроводник, известный тем, что он является первым полученным сверхпроводником с критической температурой больше 77 К — температуры кипения азота.

Оксид иттрия-​бария-​меди ​(YBCO)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид иттрия-​бария-​меди
Хим. формула	YBa2Cu3O7−x
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	666,19 г/моль
Плотность	6,3 г/см³[1][2]
Термические свойства
Температура
• плавления	>1000 °C
Классификация
Рег. номер CAS	107539-20-8
PubChem	21871996
Рег. номер EINECS	619-720-7
SMILES	[Ba+2].[Ba+2].[Cu+2].[Cu+2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3]
InChI	InChI=1S/2Ba.2Cu.7O.2Y/q4*+2;7*-2;2*+3 YMLQHJRUACGKIM-UHFFFAOYSA-N
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Химическая формула ${\displaystyle {\ce {YBa2Cu3O_{7-x}}}}$. Критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние ${\displaystyle T_{c}}$ = 93 К.

Относится к сверхпроводникам второго рода.

История

Рассматриваемый сверхпроводник был получен в 1987 году в Алабамском университете в Хантсвилле (UAH) У Маокунем и Полом Чу^[англ.] в Хьюстонском университете^[3].

Получение этого материала означало возможность широкого промышленного использования сверхпроводников, так как стало возможным использование для охлаждения для получения сверхпроводимости сравнительно дешёвого и доступного жидкого азота^[4].

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^[5].

Структура

Кристаллическая структура оксида иттрия-бария-меди

Свойства

Свойства материала зависят от метода получения образца^[6].

Критическая температура (температура, ниже которой возникает состояние сверхпроводимости) ${\displaystyle T_{c}}$ 93 К. Критическая индукция (поле, при котором разрушается сверхпроводящее состояние) ${\displaystyle B_{c}}$ 5,7 Тл. Критическая плотность тока (ток, свыше которого разрушается сверхпроводящее состояние) ${\displaystyle J_{c}}$ 7⋅10⁶ А/см².

Некоторые химические и физические свойства

• Молярная масса 666,19 Да.
• Плотность 6,3 г/см³.
• Температура плавления более 1000 °C.

Получение

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

${\displaystyle {\ce {{4BaCO3}+{Y2(CO3)3}+{6CuCO3}+({\tfrac {1}{2}}-{\mathit {x}})O2->{2YBa2Cu3O_{7-{\mathit {x}}}}+{13CO2}\uparrow }}}$.

Перспективы использования

1. Создание сверхпроводящих магнитов.
2. Создание генераторов и линий электропередач.
3. Аккумулирование электроэнергии.
4. Создание СКВИДов (сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор)^[6].
5. Разработка сверхмощных турбогенераторов на основе сверхпроводимости^[7].
6. Разработка сверхпроводящих электрических машин^[англ.].
7. Изготовление сверхпроводящих проводов.

См. также

• BSCCO^[англ.]
• LBCO^[англ.]
• ReBCO^[англ.]
• ReBCO^[англ.]
• TBCCO^[англ.]
• Станнид триниобия
• Ниобий-титан
• Сверхпроводники на основе железа
• Высокотемпературная сверхпроводимость
• Купратные сверхпроводники^[англ.]