Ameerika valitsuse Energeetikaosakonna Oak Ridge’i Riikliku laboratooriumi (ORNL) teadustöö selgitas, et dopeerimine annab ülijuhtivate juhtmete kriitilise voolutiheduse kujundamisel häid tulemusi.
Joonisel on esitatud ülijuhtiva juhtme kriitiline vool Ic ning rakenduslik kriitiline voolutihedus JE funktsioonina välise magnetvälja suunast. Ülijuhti hoiti 65 K temperatuuril ning 3 T tugevuses magnetväljas. Ülemine joon näitab ORNL uusima töö tulemust. Ülejäänud kaks joont on eelmised rekordväärtused. JE miinimum 43,7 kA/cm2 (arvestades 50 µm paksust stabilisaatorkihti) ning Ic miinimum 455 A/cm saadi sõltumata välise magnetvälja suunast.
Kriitilise temperatuurini jahutatud olekus langeb ülijuhi elektritakistus järsult nulliks. Ülijuhte kasutatakse muu hulgas trafodes, suurtes mootorites, generaatorites ning maa-alustes kaablites. Nimetatud rakenduste temperatuuri- ja elektromagnetkeskkonna muutlikkus tingib vajaduse erinevate omadustega ülijuhtide järele, sest ülijuhtiv olek on muu hulgas temperatuurile ning magnetväljale küllaltki tundlik.
Amit Goyali juhitud ORNL töörühm avastas, et dopeerimine võimaldab ülijuhtiva oleku kriitilisi suurusi soovitud suunas mõjutada, eeskätt juhet läbiva voolutiheduse ning välise magnetvälja osas. Dopeeritud nanodefektid, ka nanosammasdefektid (nanoscale columns/defects), mõjutavad otseselt ülijuhtiva materjali mikrointeraktsioone. Töö avaldati teadusajakirjas Scientific Reports.
„Nanosammasdefektidega ülijuhti on hõlpsam rakendustele kohandada. Lisaks on selle näitajad paremad. Seejuures on defektide tihedus ning paigutus määrava tähtsusega,“ ütles Goyal.
Defektide lisamisele allus iseäranis hästi ülijuhtmaterjali kriitiline voolutihedus. Kriitiline voolutihedus sobib juhtme praktiliste elektriliste omaduste kirjeldamiseks hästi, sest arvestab ka selle mitte-ülijuhtivaid parameetreid, näiteks substraadi, vahe- ja stabilisaatorkihtide takistust.
„Valmistasime ülijuhi, mis töötab 65 K temperatuuril ning 3 T magnetväljas. Samas keskkonnas võivad opereerida suuremad mootorid ning generaatorid,“ ütles Goyal.
Töös saavutati maksimaalne kriitiline voolutihedus 43,7 kA/cm2, seejuures sõltumata välise magnetvälja suunast. Võrreldes varasemate rakenduslike ülijuhtidega on see enam kui kaks korda parem näitaja. Tulemustesse arvestati ka ülijuhti ümbritsev 50 µm paksune stabiliseeriv vasekiht.
Dopeerimine toimub ORNL-i töörühma varem arendatud protsessiga, mis põhjustab soovitud defektide automaatse kasvamise. Protsessi kirjeldav artikkel avaldati ajakirjas Advanced Functional Materials.
„Saame juhtme omadused enne valmistamist eelseadistada. Defektid kasvavad vastavalt seadistusele,“ ütles Goyal.
Goyal, kes on teinud koostööd mitmete ülijuhte tootvate suurfirmadega, loodab, et töörühma avastuse võtab omaks ka erasektor, et teha uusi tooteid ning vanu edendada.
Allikas: Phys.org