ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 97, № 2, с. 21-23
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 669.293'4: 538.945
СТРУКТУРА И СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИДА 1ЧЬ3РЬ
© 2004 г. А. Ж. Тулеушев, В. Н. Володин, Ю. Ж. Тулеушев
Институт ядерной физики НЯЦ РК, 480082 Алматы, ул. Ибрагимова, 1
Поступила в редакцию 28.01.2003 г.; в окончательном варианте - 15.04.2003 г.
При температуре 1150°С из пленок твердых растворов свинца в ниобии, полученных методом совместного соосаждения потоков металлсодержащей плазмы на подвижную подложку, в интервале концентраций от 11.1 до 22.7 ат. % свинца осуществлен синтез интерметаллического соединения КЪ3РЪ и определен параметр его решетки во всем исследованном интервале. Установлено, что параметр решетки №3РЪ остается постоянным и равным 0.5952 нм при синтезе интерметаллида из исходных твердых растворов. Определено, что критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние пленки №3РЪ, синтезированной из твердого раствора с 20.9 ат. % свинца, составляет 5.6 К, при этом значение критической плотности тока определено не меньше, чем 4 х 104 А см-2.
Ранее авторами [1] исследован процесс формирования твердых растворов свинца в ниобии в интервале концентраций до 35 ат. % свинца, полученных при совместном магнетронном распылении свинца и ниобия на подвижную подложку, и синтезировано из твердого раствора с концентрацией 20.9 ат. % при 1150°С интерметаллическое соединение КЪ3РЪ со степенью превращения около 90%. Было показано, что данный интерметал-лид имеет решетку структурного типа А15 с параметром 0.5951 нм, что не соответствует таковому в картотеке ¡СРББ (карточка № 16-434), взятому из работы [2] и равному 0.5256 нм.
Несоответствие значений параметра решетки КЪ3РЪ в [1] и [2] можно объяснить, по нашему мнению, как тем, что в [2] синтезировано малое количество искомой фазы в матрице ниобия и соответственно с недостаточной точностью определены положения и индексы дифракционных рефлексов, так и тем, что значение параметра решетки №>3РЪ, возможно, зависит от концентрации свинца в соединении.
Кроме того, имеющиеся в литературе [3-5] данные о значении температуры перехода КЪ3РЪ в сверхпроводящее состояние весьма неполны и неоднозначны. Так, в [3] описана методика получения соединения, названного КЪ3РЪ, и приведена определенная магнитным методом температура перехода в сверхпроводящее состояние неиденти-фицированного вещества, равная 9.6 К, откуда это значение было взято в справочное издание [4]. В [5] температура перехода КЪ3РЪ дана равной 1.2 К без ссылок на источник информации, методы получения и исследования.
Изложенное обусловило постановку и проведение настоящего исследования, имеющего целью определение критических характеристик перехода в сверхпроводящее состояние рентгенографически идентифицированного интерметаллида КЪ3РЪ, а также влияния состава исходных образцов на параметры решетки соединения.
Методика получения образцов с покрытиями, представляющими собой твердый раствор свинца в ниобии, магнетронным распылением составляющих компонент и их совместным соосаждением на перемещающуюся подложку, аналогична изложенной в [1]. Рентгеноструктурные исследования выполнены на дифрактометре с кобальтовым излучением Хка = 0.179021 нм с графитовым монохрома-тором. Параметры кристаллической решетки №>3РЪ определены путем вычисления среднего значения при использовании всех дифракционных линий соединения. Сверхпроводящие свойства пленочного покрытия КЪ3РЪ определены четырехзондо-вым методом измерения электрического сопротивления.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение влияния соотношения компонент в полученных твердых растворах свинца в ниобии на параметр решетки синтезированного при 1150°С интерметаллида КЪ3РЪ показало, что изменение концентрации свинца в твердом растворе от 11.1 до 22.7 ат. % не приводит к изменению параметра решетки КЪ3РЪ (см. таблицу).
Из дифрактограмм, приведенных на рис. 1, следует, что изменение содержания свинца в исходном растворе приводит лишь к изменению со-
22
ТУЛЕУШЕВ и др.
Изменение параметра решетки №зРЬ с увеличением концентрации свинца в твердом растворе
Концентрация свинца в твердом растворе, ат. % Параметр решетки интерметаллида, нм
11.1 0.5953 ± 0.0013
14.7 0.5953 ± 0.0009
17.2 0.5956 ± 0.0009
16.9 0.5949 ± 0.0007
20.9 0.5951 ± 0.0012
22.7 0.5951 ± 0.0004
аср = 0.5952 ± 0.0009
отношения количеств фазы №3РЬ и остаточной фазы ниобия. Причем кристаллическая решетка остаточного ниобия имеет уменьшенный на 1% по отношению к чистому ниобию параметр, что указывает на наличие сжимающих упругих напряжений в пленке после отжига. Дифрактограм-мы позволяют проследить увеличение количест-
Интенсивность О
40 35 30 25 20 Угол 0, град
15
Рис. 1. Дифрактограммы синтезированной фазы №зРЬ при различном содержании свинца в исходном твердом растворе, ат. %:
1 - 11.1; 2 - 14.7; 3 - 17.2; 4 - 20.9; 5 - 22.7. V - №3РЬ; О - А1203; * - РЬ; О - ниобий.
ва синтезированной фазы при увеличении концентрации свинца в исходном твердом растворе. Ориентировочная оценка степени превращения твердого раствора в интерметаллическое соединение составляет для раствора с 20.9 и 22.7 ат. % свинца около 9%, для 17.2 ат. % - 60%, для 14.7 ат. % -55% и 11.1 ат. % - 50% соответственно.
В образце твердого раствора с исходной концентрацией свинца 11.1 ат. % после отжига, кроме фазы №3РЬ, отмечено также присутствие дополнительной неизвестной фазы с межплоскостными расстояниями 0.2240, 0.2038 и 0.1984 нм. В связи с тем, что количество рефлексов от данной фазы ограничено, отнести ее к какой-либо определенной сингонии не представилось возможным.
Экспериментально зафиксированное постоянство параметра решетки №3РЬ при изменении концентрации свинца в соединении может означать как действительное отсутствие связи между значением параметра решетки интерметаллида и концентрацией свинца в соединении, так и то, что вариация параметра решетки не превышает ошибки его измерения. Последнее можно подтвердить тем, что с ростом размера атома второго компонента [6] в аналогичных соединениях №3А1 и №38п наблюдается уменьшение величины вариации параметра решетки в зависимости от концентрации второго компонента (0.0017 и 0.00086 нм соответственно). Можно ожидать, что замена атома олова на больший по размеру атом свинца приведет к дальнейшему снижению вариации параметра решетки интерметаллида от концентрации свинца в нем, что становится ненаблюдаемым при данных условиях эксперимента.
В результате криогенных испытаний образца интерметаллида №3РЬ, синтезированного из пленочного покрытия твердого раствора с концентрацией свинца 20.9 ат. % на поликоре (а-А1203) установлено, что критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние равна 5.6 К при ширине перехода около 0.2 К (рис. 2), при этом значение критической плотности тока определено не меньше, чем 4 х 104 А см-2.
Малая ширина перехода в сверхпроводящее состояние синтезированного №3РЬ свидетельствует о совершенстве структуры соединения. Соответствие синтезированной фазы структурному типу А15 и совершенство ее структуры позволяет сделать заключение, о том, что определенная критическая температура является наиболее достоверной для №>3РЬ.
Указанное в [3] значение температуры перехода в сверхпроводящее состояние 9.6 К неидентифици-рованного рентгенографически вещества, по нашему, может быть объяснено тем, что в цитируемой работе определено значение критической температуры для легированного свинцом ниобия.
СТРУКТУРА И СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА
23
R, м Ом
0.4 г
0.3
0.2
0.1
0- -
0 10 20 30 40 50
Т, К
Рис. 2. Изменение электрического сопротивления синтезированного покрытия №3РЬ с температурой.
Таким образом, в результате выполненного исследования, включающего магнетронное формирование пленок твердого раствора свинца в ниобии в интервале концентраций 11.1-22.7 ат. %, комплексно определены его структурные и сверхпроводящие свойства. Повторяемость значения параметра решетки при изменении условий синтеза в совокупности с малой шириной перехода в
сверхпроводящее состояние позволяют сделать заключение о том, что полученные данные могут наиболее объективно характеризовать данное соединение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тулеушев А.Ж., Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н. Синтез пленок плюмбида ниобия Nb3Pb при пониженной температуре // ФММ. 2002. Т. 94. < 4. С. 76-79.
2. Holleck H., Nowotny H., Benesovsky F. Intermetallische Phasen mit ß-Wolfram-Struktur (V3Pb, Nb3Pb und V3Cd) // Monatshefte für Chemie. 1963. Bd. 94. H. 2. S. 473-476.
3. Савицкий E.M., Девингталъ Ю.И., Грибуля В.Б. Попытка прогноза температуры перехода в сверхпроводящее состояние некоторых металлических соединений с помощью ЭВМ // Сверхпроводящие сплавы и соединения. М.: Наука, 1972. С. 19.
4. Физические величины: Справочник / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М., 1991, с. 450.
5. Агеев Н.В., Алексеевский Н.Е., Шамрай В.Ф. Сверхпроводящие соединения с кристаллической структурой A15 // Кристаллическая структура и свойства металлических сплавов. М.: Наука, 1978. С. 5-16.
6. Кан Р.У., Хаазен П. Физическое металловедение. Т. 1. М.: Металлургия, 1987. 624 с.
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.