Сверхпроводящий полупроводниковый материал

(193 (И) д) Н 01 Ь 39/12 ныи РЪ,олни месь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 07,01.86. Бюл. В 1 (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М,И.Калинина(54)(57) СВЕРХПРОВОДЯЩИЙПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ на основе теллурида свинца с примесью таллия, имеющего формулу РЪ Т 1 Те (х = 0,01-0,0225), о т л и ч а ю щ и й с я, тем, что, с целью повышения температуры перехода в сверхпроводящее состояние, в материал дополнительно вводят акцепторную примесь элементов 1 группы Периодической системы в количестве у, связанном с относительным со, - держанием примеси таллия х соотношением 0 ( у 4 1,5 х, при этом получен- " материал имеет формулуТ 1 АТе, где А . - доп тель-а1064816 Изобретение относится к области технической физики, в частности к полупроводниковым сверхпроводящим. материалам,а именно к материалам на основе теллурида свинца с примесью таллия, имеющих максимальные для известных полупроводников значения температуры Тс перехода в сверх- проводящее состояние. Благод ря относительно высокому электрическому сопротивлению в нормальном состоянии сверхпроводящие полупроводники могут иметь ряд преимуществ перед металлами при использовании их в измерительной технике. Известны несколько сверхпроводящих полупроводниковых материалов: титанат стронция БгТхО , теллурид олова ЯпТе, теллурид германия СеТе, бариевый Ва 8 г Т 10 (х = 0,1) и кальцевой Са 8 г, Т 10 (х = 0,3) титанаты, тройная система Т 1 ВТе с критической температурой Т( 1 К.Недостатком известных полупровод.никовых материалов является низкая температура перехода в сверхпроводящее состояние Тс с 1 К, относящаяся к диапазону сверхнизких температур.Наиболее близким по технической сущности является сверхпроводящий полупроводниковый материал на основе теллурида свинца с примесью таллия, имеющего формулу РЬ Т 1 Те (х = = 0,01-0,0225), который имеет максимальную для однофазных полупроводниковых материалов температуру перехода в сверхпроводящее состояние Т = 1 - 1,4 К.Цель изобретения - повышение температуры перехода в сверхнроводящее Состояние.Эта цель достигается тем, что в сверхпроводящий полупроводниковый материал на основе теллурида свинца с примесью таллия, имеющего формулу РЬТ 1 Те, где х = 0,01-0,0225, дополнительно вводят акцепторную примесь элементов Х группы Периодической системы в количестве у, связанном с относительным содержанием примеси таллия х соотношением 0у й 1,5 х, при этом материалописан формулой РЪ5 31 А,Те, где А - дополнительно введенная акцепторная примесь.На фиг. 1 приведены температурные зависимости удельного сопротивления гобразцов РЬ. Т 1 МаТе, (номеразависимостей соответствуют номерамобразцов в таблице); на фйг. 2 -зависимости удельного сопротивления5 образца РЪО Т 1 оогЮао оо Те от магнитного поля при температурах 0,64 Ки 1,43 К; на фиг, 3 - температурная зависимость второго критического поля для образца10РЬо,9 Т 1 о,о 1 На о,оо Те.В полупроводниковый сверхпроводящий материал теллурнд свинца, легированный примесью таллия, имеющийхимическую формулу РЬ. Т 1 Те(х = 0,01-0,0225), дополнительновводят акцепторную примесь с высокой растворимостью, позволяющуюсоздавать концентрацию дырок в теллуриде свинца не менее 5 10 см20 например, натрий, в количестве у,связанном соотношением 0 ( у 4 1,5 хс относительным содержанием примеси таллия х, причем в материал дополнительно введен теллур в количестве не меньшем, чем примесей таллияи дополнительного акцептора (х+у),так что материал описан формулойРЬ - 5 т 1 хА 3 те При этом допол нтельно введенная акцепторная примесь30 изменяет положение уровня Фермив валентной зоне относительно полосы квазилокальных состояний таллия и температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Максимальнуюкритическую температуру имеют образцы с уровнем Ферми, расположенномвблизи пика (максимума) плотностипримесных состояний таллия.Для получения образцов сверхпро 40 водящего материала в качестве дополнительно вводимой в РЬТ 1 Теакцепторной примеси А был использован,натрий, содержание примесейталлия х и натрия у варьировалось45 в пределах 0,01 к х0,02,0,00075 4 у 6 0,025. Конкретныепримеры составов изготовленныхобразцов приведены в таблице. Образцы были изготовлены авторами методом горячего прессования. Синтез вещества, отвечающего приведенной выше химической формуле при различных содержаниях примесей таллия и натрия, осуществлялся сплавлением 5 исходных компонентов (РЪ, Т 1, Иа,Те), взятых в соответствующих пропорциях в эвакуированных до 10 торркварцевых ампулах при температуре106486 Т = 930 оС. Слитки дробились до размера гранул менее 300 мкм из котоорых при температуре 420 С прессовались образцы под давлением Р =184 10 Па, Гомогенизирующий отжиг образцов проводился в эвакуированных кварцевых ампулах в течение 100-120 ч при температуре 650 С. Исследованные образцы имели размеры 3 4 20 мм, На образцах, составы которых приведены в таблице, быпи произведены измерения удельного сопротивления р и его зависимости от магнитного поля(Н) при температурах 0,4-4,2 К в диапазоне магнитных полей 0-15 кЭ.Типичные экспериментальные зависимости удельного сопротивления от температуры приведены на примере образцов И 3, 5, 8 (см. таблицу). При понижении температуры зависимость р (Т) практически отсутствует вплотьдо некоторого значения Т = = Т , затем происходит скачкообразное уменьшение до уровня, не поддающегося измерению, но не менее, чем на два. порядка. Приписывая скачок удельного сопротивления сверхпроводящему переходу и учитывая, что на-". блюдаемый скачокзанимает интервал температуры не более О, 1 К, за критическую температуру Т прис нято значение Т, при котором 1"(Т)/(Т) = 0,1. Определенные указанным способом критические температуры Т приведены в таблице, из которой видно, что все исследоч: ванные образцы предлагаемого сверхпроводящего материала обладают более высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние по сравнению с прототипом и известными полупроводниковыми сверхпроводниками. Максимальный критической температурой Т = 2,17 К обладает материал, состав которого описан формулой РЬо,этуТ 1 о.о Иао,оод Те, мас.7: свинец 60,516; . таллий 1,224 ф натрий 0,034; теллур 38,226. Дополнительным подтверждением наличия сверхпроводящего перехода является характер влияния магнитного поля на сопротивление образцов (см, фиг.2). В полях, больших некоего критического при Т с Тс происходит возрастание удельного сопротивления 4до уровня, р (Т ), причем температурная зависимость величины критического магнитного поля Н (опреС 2деленной на уровне р (Н) / р (Т )о5 = 0,1) носит типичный для сверхпроводников вид (см. фиг. 3),Полученные результаты на образцах РЬТе с примесью таллия дополнительно легированных акцепторнойпримесью натрия РЬ . Т 1 Ма Те, исходя из физических соображен 3 й могут быть распространены на материалы, имеющие формулу РЬТ 1 А Тее-х- л ц фв которых в качестве дополнительно5 введенной акцепторной примеси Аиспользованы элементы Е группы Периодической системы, характеризующиесяодинаковым строением внешних валентных электронных оболочек и проявляю 20 щих акцепторное действие в РЬТе. Этосвязано с тем, что повышение темпе,ратуры перехода в сверхпроводящеесостояние в материалах РЬ.Т 1 А Те4.Х- Ц хпо сравнению с РЬ Т 1 Те обусловле 25 но не индивидуальными особенностямидополнительно введенной акцепторнойпримеси А, а ее способностью проявлять акцепторное действие в РЪТе.Предложенный материал - теллуридЗ 0 свинца, легированный таллием и акцепторной примесью элементов Е группы, например натрием, отличаетсяот известных сверхпроводящих полупроводников, в том числе от материалапрототипа, более высокими значениямикритическихтемператур. Достигнутоеавторами максимальное значение критической температуры То = 2, 17 К,может быть обеспечено откачкой паров40 жидкого гелия до давления 37 торр.Для поддержания такой температурыне требуется сложных дорогостоящихустройств и больших энергетическихзатрат. Для поддержания Т = 14 К45 требУется давление паров жидкогогелия на уровне 3 торр, Кроме того,предложенный материал в нормальномсостоянии (Т . Т, ) имеет удельноесопротивление р М 10 Ом см, т.е.значительно более высокое, чем уизвестных сверхпроводящих металлови сплавов, что является существенным преимуществом при использованиив некоторых приборах, например всверхпроводниковых приемниках излучения (болометрах),Тираж 678 ПНИИПИ Государственного комитета СССР, ул.Проектная ал ППП 2 Рьеа Т 1, Яаа3 . РЬТ 1, Яа РЬ Т 1 Яа ТеФОН 5ЮЗФ 3% Ф,Ой ЦОООТЯа Те РЬс 1 ее Т 1 о,фа Яа РЬОюе Т 1 о ез ЯааоозФЙФ Фэе 6,00 РЬТ 1,Яа6 0,0238,17 1,52 ехред О.Ващишина ,Корректор И.Муски