ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕ
INNOVATION SOLUTIONS TECHNOLOGIES FACILITIES
AND THEIR INNOVATION
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
NANOTECHNOLOGY FOR RENEWABLE ENERGY
The article has entered in publishing office 27.03.15. Ed. reg. No. 2212
Статья поступила в редакцию 27.03.15. Ред. per. № 2212
УДК 538.945
ДИНАМИКА РЕЗИСТИВНОГО СОСТОЯНИЯ У-ВТСП В НЕСТАЦИОНАРНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
1 2 2 И.М. Голее , О.В. Калядин , A.B. Сергеев
'ВУНЦ ВВС Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина Россия 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54 А e-mail: imgol@rambler.ru 2ФГБОУ ВПО Воронежский государственный технический университет Россия 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14 e-mail: kaljadin@gmail.com e-mail: sergeev-av@bk.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.05.007
Заключение совета рецензентов: 30.03.15 Заключение совета экспертов: 03.04.15 Принято к публикации: 08.04.15
В статье приводятся результаты исследований объемных керамических высокотемпературных сверхпроводников, находящихся в резистивном состоянии. В качестве объекта исследований используются металло-оксиды Y-Ba-Cu-O, полученные по технологии двухстадийного твердофазного синтеза, различающиеся плотностью и объемом межгранульной среды. С использованием резистивного метода проведены исследования диссипативных процессов, возникающих за счет вязкого движения вихрей в объеме сверхпроводника и в тонком приповерхностном слое. Выявлен гистерезисный характер сопротивления гранулированного сверхпроводника в резистивном состоянии при изменении внешнего магнитного поля, определяющийся реальной макроструктурой металлооксидов. Показано, что малое переменное магнитное поле в зависимости от частоты оказывает существенное и неоднозначное влияние на сопротивление ВТСП в резистивном состоянии, что обусловлено перераспределением вихрей магнитного потока со слабых центров пиннинга (из межгранулярной среды) на более сильные центры (в гранулы). Продемонстрирована возможность применения резистивного метода для изучения тонких физических процессов при проникновении магнитного потока в гранулированные сверхпроводники: наблюдения скачков потока, изучения динамики вихревой решетки и, в частности, выявления влияния реальной кристаллической структуры на захват магнитного потока.
Ключевые слова: исследование, образец, резистивное состояние, вихрь, магнитное поле, проникновение, диссипация, контакт, сопротивление.
THE Y-HTSC RESISTIVE STATE DYNAMICS IN THE NON STATIONARY MAGNETIC FIELD
I.M. Golev1, O. V. Kalyadin2, A.V. Sergeev2
Military Training and Scientific Center of Air Forces "Air Force Academy n.a. N.Y. Zhukovskiy and Y.A. Gagarin" 54 А Staryi Bolsheviky Str., Voronezh, 394064 Russian Federation e-mail: imgol@rambler.ru Voronezh State Technical University 14 Moscow Ave., Voronezh, 394026 Russian Federation e-mail: kaljadin@gmail.com e-mail: sergeev-av@bk.ru
Referred 30 March 2015 Received in revised form 3 April 2015 Accepted 8 April 2015
The paper carries out the research on the bulk ceramic high-temperature superconductors in resistive state and analyses two physical situations: dissipative motion of magnetic flux vortices throughout the whole sample, and localised in a thin near-surface layer. Hysteresis character of granular superconductor resistance in resistive state in case of change of external magnetic field has been detected. It is shown that a small alternating magnetic field ambiguously influences the resistance of HTSC in resistive state depending on the frequency due to the redistribution of magnetic flux vortices from weak pinning centres (from intergranular medium) to stronger centres (to granules).
Key words: research, sample, resistive state, vortex, magnetic field, penetration, dissipation, contact, resistance.
Голев Игорь Михайлович Igor M. Golev
Сведения об авторе: д-р физ.-мат. наук, доцент, профессор ВУНЦ ВВС Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина, кафедра физики и химии.
Образование: Воронежский политехнический институт (1980).
Область научных интересов: малополевая электродинамика и динамика резистивного состояния сверхпроводников, кинетические свойства углеродных наноструктур.
Публикации: более 120 статей, 8 патентов, индекс Хирша - 3.
Author information: Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Associate Professor of Military Training and Scientific Center of Air Forces "Air Force Academy n.a. N.Y. Zhukovskiy and Y.A. Gagarin", Department of Physics and Chemistry, imgol@rambler.ru
Education: Voronezh Polytechnic Institute (1980).
Research area: electrodynamics and dynamics of the resistive state of superconductors, kinetic properties of carbon nanostructures.
Publications: more than 120 articles, 8 patents, h-index - 3.
M, - С -'м1
с о
Калядин Олег Витальевич Oleg V. Kalyadin
Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, доцент, ФГБОУ ВПО Воронежский государственный технический университет, кафедра физики твердого тела.
Образование: Воронежский государственный технический университет (2005).
Область научных интересов: физика низких температур, сверхпроводимость.
Публикации: 14 статей, автор 1 патента, индекс Хирша - 2.
Author information: PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor, FSBEI HPE Voronezh State Technical University, Department of Solid State Physics.
Education: Voronezh State Technical University (2008).
Research area: high-temperature superconductivity, superconductors in external magnetic fields.
Publications: 14 articles, 1 patent, h-index - 2.
MmJ
Сергеев Александр Викторович Alexander V. Sergeev
Сведения об авторе: аспирант ФГБОУ ВПО Воронежский государственный технический университет, кафедра физики твердого тела.
Образование: Воронежский государственный технический университет (2013).
Область научных интересов: высокотемпературная сверхпроводимость, резистивное состояние высокотемпературных сверхпроводников.
Публикации: 1 статья, 1 патента.
Information about the author:
post-graduate student of FSBEI HPE Voronezh State Technical University, Department of Solid State Physics.
Education: Voronezh State Technical University (2013).
Main research interests: high-temperature superconductivity, the resistive state of high-temperature superconductors.
Publications: 1 article, 1 patent.
<0 N
Введение
До настоящего времени технические приложения высокотемпературной сверхпроводимости остаются в
основном на уровне проектов и опытных образцов. Современные объемные керамические высокотемпературные сверхпроводящие материалы не находят широкого технического применения по ряду причин,
в частности, из-за их неудовлетворительных механических свойств, неоднородности кристаллического строения, многофазности, деградации свойств с течением времени, отсутствия универсальных технологий получения материалов с изначально заданными свойствами. В то же время недостаточно изучены свойства таких материалов в условиях внешних воздействий, характерных для функционирования элементов реальных низкотемпературных устройств (постоянные и переменные электрические и магнитные поля, нестабильность температурного режима и т.д.). Учитывая перспективы возможного практического использования высокотемпературной сверхпроводимости в энергетике, электронике, приборостроении, актуальной задачей и вместе с тем серьезной научной проблемой является комплексное изучение их электрофизических и магнитных свойств [1, 2].
Методика эксперимента
В данной работе проводилось изучение динамики вихревой решетки в условиях резистивного состояния. В качестве объекта исследования использовались высокотемпературные сверхпроводники состава У-Ва-Си-О, полученные по двухстадийной керамической технологии: синтез и отжиг в течение 6 часов при температуре 950 0С. Использовались образцы, размером 20x4x2 мм3, полученные при разном давление компактирования: 10 (партия № 1); 15 (партия № 2) и 20 МПа (партия № 3). Образцы имели плотность 3,4; 4,2 и 4,5 г/см3 для партий 1, 2, 3 соответственно. Температуры сверхпроводящего перехода керамик всех партий ~ 92^93 К.
Полученные ВТСП У-Ва-Си-О представляют собой гетерогенную систему, состоящую из гранул с сильной сверхпроводимостью и межгранульной среды, обладающей слабой сверхпроводимостью. Наличие хаотически расположенных монокристаллических гранул, слабо связанных между собой, приводит к тому, что критический ток керамического образца определяется предельным током, протекающим между зернами, т.е. межгранульным критическим током [3-6]. Значение этого тока оказывается на несколько порядков меньше, чем критическая плотность внутригранульного тока.
В качестве метода исследований в данной работе был выбран резистивный. При пропускании постоянного транспортного тока через образец измерялось значение падения напряжения на нем. Сам образец находился в условиях воздействия внешнего постоянного магнитного поля Ве или же суперпозиции полей: постоянного Ве и малого переменного Ь(/) = Ь0 $т(ю/), -ориентированных перпендикулярно большей грани образца и направлению протекания транспортного тока. В экспериментах большое внимание уделялось постоянству развертки во времени магнитного поля Ве. Скорость его ввода во всех экспериментах составляла 0,3 мТл/с. Все измерения проводились при
температуре жидкого азота. Падение напряжения на образце измерялось с чувствительностью 10-8 В.
Для изучения динамики вихревой решетки в гранулированных сверхпроводниках моделировались две физические ситуации: переход в резистивное состояние всего образца и формирование локального резистивного состояния в приконтактном слое ВТСП. С этой целью были проведены две серии экспериментов.
В первой, в качестве схемы подачи тока и съема напряжения, использовалась традиционная четырехточечная схема. В этом случае практически полностью было устранено влияние параметров контактов на результаты измерений, и можно было в чистом виде измерять сопротивление сверхпроводящего образца в зависимости от изменяющихся внешних условий (температура, плотность тока, нап
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.