Формирование наноструктуры материалов на основе диборида магния с высокими значениями сверхпроводящих характеристик

Анотація

Представлен анализ сверхпроводящих свойств массивных материалов на основе диборида магния, полученных путем нагрева при высоких квазигидростатических давлениях (1–2 ГПа) методами горячего прессования (30 МПа), электроспекания под давлением (16–96 МПа) и свободного спекания. Показано, что оптимизация распределения примесей в MgB₂ достигается путем варьирования условий синтеза и введением легирующих добавок. В частности, в синтезированных при 2 ГПа поликристаллических MgB₂ материалах с большим количеством примесного кислорода получены высокие плотности критического тока (10⁶ и 10³A/cм² в магнитных полях 1 и 8,5 Tл при температуре 20 К). Установлено, что примесныйкислород в основном локализован в гомогенно распределенных в матрице нанослоях или нановключениях, которые являются центрами пиннинга, причем сама MgB₂ матрица также содержит небольшое количество растворенного кислорода. Примесный или специально добавленный углерод, входя в структуру диборида магния, приводит к росту критических магнитных полей до значений B_c2(22 К) = 15 Tл и B_irr(18,5 К) = 15 Tл. Приведены результаты первопринципных расчетов электронной структуры и стабильности соединений на основе диборида магния при условии частичного замещения бора кислородом или углеродом, на основе которых показано, что углероду выгоднее распределяться в структуре MgB₂ гомогенно, а атомам кислорода выгоднее замещать бор попарно в ближайших позициях или формировать зигзагообразные цепочки.