Фаза A15: Сверхпроводимость и структура интерметаллидов.
A15 phases
Фаза A15: сверхпроводящие интерметаллические соединения с формулой A3B. Высокая температура сверхпроводимости, устойчивость к магнитным полям и применение.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Фазы А15 (также известные как типы структуры β W или Cr3Si) — это серия интерметаллических соединений с химической формулой A3B (где A — переходный металл, а B может быть любым элементом) и определенной структурой. Фаза А15 также входит в семейство фаз Франка — Каспера. Многие из этих соединений проявляют сверхпроводимость при температуре около , что относительно высоко, и сохраняют сверхпроводящие свойства в магнитных полях в десятки тесла (сотни килогаусс). Этот тип сверхпроводимости (сверхпроводимость II рода) является важной областью исследований благодаря своим многочисленным практическим применениям.
The A15 phases (also known as β W or Cr3Si structure types) are series of intermetallic compounds with the chemical formula A3B (where A is a transition metal and B can be any element) and a specific structure. The A15 phase is also one of the members in the Frank–Kasper phases family. Many of these compounds have superconductivity at around , which is comparatively high, and remain superconductive in magnetic fields of tens of teslas (hundreds of kilogauss). This kind of superconductivity (Type II superconductivity) is an important area of study as it has several practical applications.
История
Впервые структура А15 была обнаружена в 1931 году при исследовании слоя вольфрама, полученного электролитическим осаждением. Долгое время велись дискуссии о том, является ли β-вольфрам аллотропной модификацией вольфрама или структурой субоксида вольфрама, но начиная с 1950-х годов появилось множество публикаций, подтверждающих, что данный материал представляет собой истинный аллотроп вольфрама. Первым межметаллическим соединением с типичным составом A3B, обнаруженным в 1933 году, был силицид хрома Cr3Si. В последующие годы было открыто несколько других соединений с структурой А15. Однако исследования этих соединений долгое время не вызывали особого интереса. Ситуация изменилась после открытия в 1953 году того, что силицид ванадия V3Si проявляет сверхпроводимость при температуре около 17 К. В последующие годы было обнаружено несколько других сверхпроводников состава A3B. Ниобий-германий удерживал рекорд по самой высокой температуре сверхпроводимости – 23,2 К – с 1973 года до открытия купратных сверхпроводников в 1986 году. Для разработки технологии производства проводов из очень хрупких материалов фазы А15 потребовалось время. Этот процесс до сих пор остается сложным. Несмотря на то, что некоторые материалы фазы А15 способны выдерживать более высокую напряженность магнитного поля и обладают более высокими критическими температурами, чем сплавы NbZr и NbTi, NbTi по-прежнему используется в большинстве приложений благодаря простоте производства. Nb3Sn применяется в некоторых областях с высокими магнитными полями, например, в высокопольных МРТ-сканерах и ЯМР-спектрометрах. Расслабленная форма диаграммы Вороного для фазы А15 имеет наименьшую площадь поверхности среди всех возможных разбиений трехмерного евклидова пространства на области равного объема. Это разбиение, также известное как структура Уэйра–Фелэна, часто встречается в гидратах клатратов.
The first time that A15 structure was observed was in 1931 when an electrolytically deposited layer of tungsten was examined. Discussion of whether the β tungsten structure is an allotrope of tungsten or the structure of a tungsten suboxide was long standing, but since the 1950s there has been many publications showing that the material is a true allotrope of tungsten. The first intermetallic compound discovered with typical A3B composition was chromium silicide Cr3Si, discovered in 1933. Several other compounds with A15 structure were discovered in following years. No large interest existed in research on those compounds. This changed with the discovery that vanadium silicide V3Si showed superconductivity at around 17 K in 1953. In following years, several other A3B superconductors were found. Niobium germanium held the record for the highest temperature of 23.2 K from 1973 until the discovery of the cuprate superconductors in 1986. It took time for the method to produce wires from the very brittle A15 phase materials to be established. This method is still complicated. Though some A15 phase materials can withstand higher magnetic field intensity and have higher critical temperatures than the NbZr and NbTi alloys, NbTi is still used for most applications due to easier manufacturing. Nb3Sn is used for some high field applications, for example high end MRI scanners and NMR spectrometers. A relaxed form of the Voronoi diagram of the A15 phase seems to have the least surface area among all the possible partitions of three dimensional Euclidean space in regions of equal volume. This partition, also known as the Weaire–Phelan structure, is often present in clathrate hydrates.