Superconductivity

Полезные ссылки (ветка сверхпроводимости)

Артем Оганов, про магниты и сверхпроводимость — здесь он рассказывает нам о том, что Nd атомы нужны для закрепления спинов неспаренных электронов ферромагнитных атомов железа в сплавах редких земель за счет спин-орбитального взаимодействия f-оболочек и Fe, Ni, Co. Что все месторождения редких земель захвачены Китаем, что нужно поставить просто тяжелый атом вместо редкой земли и все будет хорошо, и что такие образцы уже тестируют. Про сверхпроводимость он упоминает товарищей Ильина и соавторов из Северной Каролины, которые ищут статистические корреляции в базах данных сверхпроводников. В.М. Пудалов мне сказал, что попытки были, но окончились ничем. В рамках ряда соединений предсказание работает, но вот принципиально новый класс веществ предсказать не может.


Варгин Александр Николаевич — человек, который собрал и сделал сайт с большой библиотекой электронных научных и образовательных книг. Совершенно бесплатно и безвозмездно, такие вещи меня всегда задевают за живое. Проект некоммерческий, и создан с единственной целью оказания помощи школьникам м студентам в изучении физики и других предметов. К сожалению, создатель уже умер, но его дело продолжает жить. Сверхпроводимость.


Кварцевое стекло — небольшой ресурс о свойствах кварцевого стекла, то с чем обязательно столкнется любой человек, решивший работать в области неорганического высокотемпературного синтеза. Запайка ампул, приготовление трубок, резка кварца, температура размягчения, температура пламени горелки, его теплопроводность и «термостойкойсть», химическая инертность и нелюбовь к пыли…

Японская база сверхпроводящих соединений с возможностью поиска по элементному составу как для органических, так и для неорганических материалов (оксидов и сплавов). Выдает список критических температур, составов и литературные ссылки. Очень ценная штука. http://supercon.nims.go.jp/index_en.html


Хроника работы в лабе синтеза сверхпроводников:

(из ВК: https://vk.com/id136421501)

1) В чем особенности работы со сверхпроводниками (1 день): лимитировано взвешивание — в толстых перчатках невозможно добиться большего чем 2 знака взвешивания. Чистота по PXRD — это чистота 95 % — остальное — это исходные фразы.

2) Страшная штука — невозможность очистки — нужно было бы испарить лишний As, Sb для получения более чистых прекурсоров. Но мы не делаем это! С другой стороны — кварцевые 2-мм трубки должны быть очень длинные — 30 см, так как запаиваются с середины в вакууме, кварц втягивается внутрь ампулы на пропановой горелке. При этом, что там? — остатки аргона и только. При этом мы используем резиновые трубки с зажимами. Краны? Тефлон? Запаять внутри нельзя никак. Наполнять газом нельзя — при запаивании расширение будет газа… Проблема.

3) Смесь фаз — FeAs, FeAs2 и т.д. отдели от As, Fe. Надо спросить наличие Sm-магнитов для вытягивания железа. (upd: куплено на ebay, стоят 200 р, они весьма хрупкие)

4) Одна из жестоких проблем — измельчение малых кусков очень твердых и дорогих редких земель. Напильник. Сплавление кусками в надежде на расплав. Шлифование. Наждак. Разбивание молотком. Шаровая мельница (дает еще какой-то порошок), лобзик, высверливание.

5) Ну и резка кварцевых ампул на станке в открытую безо всякого ТБ, я думал это сложно, искры летят там. Но нет, шумно и просто. Можно нарезать этими алмазными дисками все что угодно. Наконец, работа с горелкой — это моя следующая цель. В принципе — главное быстро вращать заготовку и закручивать ее. Не давать резине гореть.

6) След. этап: взрыв ампулы с примесью As2O3 — кипит при 461 Цельсия. Не работает PXRD — нет достаточной скорости охлаждающей жидкости, запрещено использовать метанол… Вскрыли ампулу с кальцием — нужно хранить под Ar, но это трудно, так как перчатки в боксе дырявые, бокс пропускает. Мало того, что там куча веществ хранится и все их пары… Вскрытие ампул — их разбивание. Осколки всегда в целевом веществе, что влияет на массу. Получили FeSb — но нет возможности его раздробить и перенести без контакта с воздухом. Дробилки в боксах грязные, там только сухая чистка, вносить туда спирт?

7) Итак, прекурсоры готовы, мы их не можем сплавлять в кварце как обычно, нужно пресовать в таблетки на прессе в боксе — 7 атмосфер и таблетка готова. Помещаем ее в стальную гильзу. Их много, они дешевые. Прежде в гильзу забивается стальная пробка, шов заваривается на аргонной сварке, 2000 А, ошеломительно красивая вещь кстати. Затем — керамический подстаканник, затем сам стакан и две таблетки и затем керамическая крышка. Остаток пространства забивается стекловатой. И ставим последнюю стальную крышку — завариваем аргоном. Готово. Помещаем в печь на неделю.

8) Проблема в том, что материалы при спекании уничтожают поверхность гильзы, покрывая ее черт знает чем. После спекания гильзу выкидывают. Калий: легкокипящие металлы сваривают под повышенным давлением аргона 1.5-2 атм предварительно надпилив сквозное отверстие по шву гильза-крышка. Тогда при спекании развивается давление до 10 атм и легкокипящие металлы не кипят. Это — великолепная идея!

9) Именно поэтому вольфрамовые и молибденовые гильзы очень дороги для серийных экспериментов. Используют еще танталовую фольгу. Хотя мне все таки кажется, что можно попробовать, температуры спекания тогда значительно вырастут, скорость процесса увеличится. (upd: сделали из Nb — за 60 т.р. с учетом токарных работ).

10) Спекание под аргоном — 1 баллон на неделю, 1 вещество стоит 1 баллон. Явно нужно спекать сразу несколько образцов — экономия. Пайка ампул — пропан/кислород, 2000 С — лучше ацетилен? — но кварц не имеет себе никаких конкурентов. Стальные гильзы — мы закладываем туда не так уж и много уже готовых арсенидов, но они диссоциируют и реагируют с железом, в итоге, гильзы выходят из печь, как будто прошли ядерную войну. На них живого места нет, разумеется они дырявые как решето, так как арсениды железа улетают с током аргона. Я не понимаю зачем нужно железо, если нужно большое давление почему бы не вставить кварцевую ампулу в железную гильзу?

11) После ядерной войны и разрушения гильзы, вещества загрязняют трубку в которой производится спекание, после чего эту трубку приходится вымачивать в конц. серной кислоте в теч. недели (реально работает KOH конц.). Только после этого все арсениды растворяются и трубка вновь готова к работе.

12) Общая теория: MgB2 — дешев и изотропен, но выдерживает поля только до 6 Тл, критическая температура очень сильно зависит от поля. Nb3Sn — не слишком дорог и хорошо разработан, но только до 20 Тл, далее YBCO-материалы, очень классные по всем параметрам, но очень дороги в производстве, чувствительны к дефектам, многослойные ленты, анизотропичные пленки, неудобны. Hg-материалы дают рекордную критическую температуру, но неустойчивы и сложны в синтезе. FeAs-материалы, дают поля до 35 Тл, имеют не очень высокую Ткр, но они дешевы и слабо анизотропны. И это — очень важно в ВТСП технологии.

13) Где ВТСП — суть ключ? — Термояд и удержание плазмы. Коллайдер — и энергии частиц и их поворот в кольце при разгоне, это аккумуляторы — для запасания энергии, это трансформаторы и двигатели и генераторы, но важнее — это дешевое МРТ за 2000 р как УЗИ для всего тела. Это магнитные подвески и линии электропередач, потери в которых сильно зависят от влажности и снега и загрязнения в атмосфере.

14) Управление (удаленное и через wi fi) для 3-4х печей одновременно можно построить на блоках ардуино, точно также, как мы это делали для моих поделок. Что еще? Удаленная лаборатория — слежение камерами и отключение электрических фильтров.

(Конец дневника, дальше опыт уже не вызывает желание писать много, я стал считать в Quantum Espresso)