СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПЕРЕХОДА В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА

Изобретение относится к способам повышения критической температуры сверхпроводящего перехода (Тс) в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) и может быть использовано для создания различного рода датчиков и счетчиков в сверхбыстродействующих электронных устройствах, криоэлектронных приборах, детекторов СВЧ и др.

Известен способ повышения критической температуры сверхпроводящего перехода в ВТСП, заключающейся в допировании(внедрении) носителей заряда в исходное диэлектрическое или металлическое соединение, путем неизовалентного химического замещения отдельных элементов. При этом критическая температура Тс имеет максимум при некоторой оптимальной концентрации носителей. Неизовалентное химическое замещение осуществляется методом интерколирования слоистых ВТСП (Rotter M, Tegel M, Johrendt D. Superconductivityat 38 Kintheironarsenide (Ba1-xKx)Fe2As2 // Phys. Rev. Lett. 101 107006 (2008); Mizuquchi, H. Takeya, Y. Kawasakiatal. Transportpropertiesof the Fe-based superconductor KxFe2Se2 (Tc=33 K) // Appl. Phys. Lett. 2011, V. 98, p. 042511).

Недостатком способа является необходимость интеркалировать щелочные металлы в межслойное пространство слоистых ВТСП, что, во-первых, требует использования растворов щелочных металлов в жидком аммиаке и специального оборудования для его осуществления; во-вторых, слоистые соединения, интеркалированные щелочными металлами, неустойчивы на воздухе.

Наиболее близким способом повышения критической температуры сверхпроводящего перехода в поверхностном слое высокотемпературного сверхпроводника является способ допирования монослоя ВТСП, нанесенного на диэлектрическую подложку SrTiO₃. Согласно этому способу формируют структуру ВТСП - диэлектрик SrTiO₃, после чего производят отжиг сформированной структуры. Кислородные вакансии, возникающие в подложке SrTiO₃ при отжиге, служат источником электронов, которые допируют монослой ВТСП, в результате чего повышается критическая температура сверхпроводящего перехода (Jian-FengGe, Zhi-LongLiu, CanhuaLiu, Chun-LeiGao, DongQian, Qi-KunXue, YingLiu, Jin-FengJia. Superconductivityabove 100 Kinsingle-layerFeSefilmsondopedSrTiO3 // NatureMaterials 14, 285-289, 2015).

Недостатками способа являются: необходимость создания на диэлектрической подложке монослоя ВТСП, что требует специальной технологии, кроме того, сложно добиться оптимальной концентрации носителей, т.е. получить максимально высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние для данного ВТСП. Кроме того, в ряде случаев необходимо исключить операцию отжига.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа повышения критической температуры сверхпроводящего перехода в поверхностном слое ВТСП без использования специальной операции создания слоя ВТСП на диэлектрической подложке и исключения операции отжига.

Техническим результатом является повышение критической температуры сверхпроводящего перехода в поверхностном слое высокотемпературного сверхпроводника.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения критической температуры сверхпроводящего перехода в поверхностном слое высокотемпературного сверхпроводника, включающим формирование структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик, согласно изобретению на высокотемпературный сверхпроводник наносят слой диэлектрика, поверх которого наносят слой проводника и создают разность потенциалов между сверхпроводником и слоем проводника, соединив их с источником напряжения, причем на слой проводника подается положительное напряжение, а на высокотемпературный сверхпроводник - отрицательное. При этом источник напряжения регулируется по величине напряжения.

Разность потенциалов создает злектростатическое поле, под действием которого возрастает концентрация электронов в слое ВТСП, контактирующим с диэлектриком, т.е. происходит допирование электронами поверхностного слоя ВТСП, благодаря чему повышается критическая температура сверхпроводящего перехода этого тонкого слоя, причем концентрация электронов управляется изменением величиной подаваемого напряжения.

Пример

На образец из FeSe, являющимся ВТСП, размером 5 мм × 5 мм и толщиной 2 мм были нанесены токовые и потенциальные контакты из золота (для фиксации сверхпроводящего перехода в тонком поверхностном слое образца). Поверх токовых и потенциальных контактов нанесена пленка диэлектрика из парилена толщиной около 1 мкм. Далее поверх пленки из парилена нанесена тонкая пленка из серебра (от 0,5 мкм до 1 мкм). Между образцом и серебряной пленкой прикладывается постоянное напряжение от 1 до 10 В. В результате величина Тс образца FeSe повышалась с 8 до 12 К в зависимости от поданного напряжения.