Международный коллектив исследователей предложил новый метод синтеза сверхпроводящих нанонитей диборида магния из сравнительно доступных прекурсоров. Тем не менее, величины критической плотности тока сравнимы с лучшими образцами.

Десять лет назад журнал Nature сообщял о достижении очередного максимума критической температуры (40К) среди «низкотемпературных» сверхпроводников, и что самое удивительное – это открытие было сделано для довольно известного и простого со структурной точки зрения соединения, диборида магния.

Рис. 1. а) Зависимость критической плотности тока от величины индукции магнитного поля при температуре 4,2 К после отжига при различных температурах. Для сравнения приведены величины для нанонитей, полученных из аморфного бора b) Схематическое изображение процедуры получения нанонити. СЭМ-микрофотография нанонити из бора, инкапсулированного углеродом (с). Температура отжига 6500С, время отжига 30 минут. Аналогичная микрофотография в случае использования не инкапсулированного бора (d).

Как известно, кристаллический бор (а точнее его β-ромбоэдрическая модификация) отличается высокой термической устойчивостью, поэтому высокая температура в ходе его реакции с магнием приводит к крупнозернистой структуре MgB₂, что, в свою очередь, приводит к уменьшению силы пиннинга, а, следовательно, к уменьшению критической плотности тока. Одним из путей снижения реакционной температуры может быть получение наноразмерных образцов, например нанонитей. Однако существующие методы роста таких нанонитей имеет большой недостаток – высокую пористость конечного материала, снижающего величину критической плотности тока.

Рис. 2. СЭМ-микрофотография бора, инкапсулированного бором (а) и не инкапсулированного, а также результаты их РФА (с) и ПЭМ-микрофотографии высокого разрешения с соответствующими БПФ (d,e и f). е) ПЭМ с возможностью выбора электронов определенных энергий и соответствующие карты бора (g) и углерода (h).

Международный коллектив исследователей предложил принципиально иной метод роста нанонитей. Суть метода состоит в использовании крупнозернистого порошка магния (размером более 150 мкм) и нанодисперсного бора, инкапсулированного углеродом (инкапсуляция препятствует окислению бора до B₂O₃), способствующего снижению температуры реакции и уменьшению блочности нанонити.

Магний гораздо более пластичный материал, чем бор, поэтому при холодной обработке магний «вытягивается» вдоль направления нити. Как и предполагалось, критическая плотность тока достигает при этом 27000 А/см² при величине индукции магнитного поля 10 Тл и температуре 4,2 К, что соответствует наибольшим величинам, полученным для нанонитей из аморфного бора (который существенно дороже кристаллического) и допированных углеродом.

Рис. 3. а) Спектр РФС не инкапсулированного бора b) ПЭМ-микрофотографии высокого разрешения инкапсулированного бора и соответствующие БПФ выделенных участков (с и d).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Jung Ho Kim, Sangjun Oh, Hiroaki Kumakura, Akiyoshi Matsumoto, Yoon-Uk Heo, Kyeong-Se Song, Yong-Mook Kang, Minoru Maeda, Matt Rindfleisch, Mike Tomsic, Seyong Choi, Shi Xue Dou Tailored Materials for High-Performance MgB₂ Wire. – Advanced Materials. – V.23. – Issue 42. – P. 4942–4946; November 9, 2011; DOI: 10.1002/adma.201101243.