Грант РФФИ 17-29-10024

Тема: "Фундаментальные исследования неравновесных состояний в высокотемпературных сверхпроводниках, направленные на решение задачи создания новых быстродействующих переключающих устройств для широкого спектра практических применений"

Продолжительность: 2018-2020 гг.

Цель проекта: разработке научно-обоснованных принципов функционирования и практической реализации быстродействующих переключающих устройств на основе высокотемпературных сверхпроводников.

Аннотация результатов, полученных в 2018 г.

Для описания неравновесного состояния сформулирована теоретическая модель сверхпроводника на основе неравновесной функции распределения фононов и квазичастиц на конечной решётке импульсов, удобная для численного анализа. Проведено моделирование при пробных условиях импульсного воздействия, демонстрирующее роль избыточных квазичастиц в подавлении параметра порядка и основные стадии процесса. Для исследования динамики вихревой системы Абрикосова при импульсном токовом воздействии методом Монте-Карло рассчитаны зависимости напряженности электрического поля в слоистом ВТСП с дефектами от времени при мгновенном включении тока. Исследовано влияние температуры на форму данной зависимости. Численно исследовано воздействие прямоугольного импульса тока на вихревую систему. Рассчитана величина напряжения и форма отклика в зависимости от амплитуды и длительности импульса. Исследовано влияние серии прямоугольных импульсов магнитного поля на вихревую систему. Продемонстрирован переход от режима flux creep к режиму flux flow при изменении концентрации центров пиннинга в сверхпроводнике.

Для выполнения задач проекта по исследованию процессов переключения в ВТСП лентах второго поколения разработаны экспериментальные стенды, позволяющие выполнять воздействие токовыми импульсами различной длительности и амплитуды тока, магнитными импульсами, а также лазерное импульсное воздействие в широком интервале температур. С целью создания на ВТСП лентах токовых структур различной топологии (мостики, меандры, филаментарные структуры и т.п.) развиты методы лазерного скайбирования и фотолитографии. На основе ВТСП лент второго поколения выполнена подготовка и последующая характеризация образцов, предназначенных для проведения экспериментальных исследований. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд для проведения исследований с использованием токового возбуждения. Реализованы два режима: амплитуда тока до 300А, время нарастания до 3мс, амплитуда тока до 120А время нарастания до 730 нс. Проведены исследования процессов переключения ВТСП ключа при импульсном токовом воздействии в двух режимах. Найдены режимы устойчивого переключения и предельные нагрузки, не приводящие к деградации сверхпроводника. Определено влияние стабилизирующих слоев на устойчивость переключения ключа. Продемонстрировано переключение сверхпроводника при коротких импульсах до 1 мкс и амплитуде тока в 4 раза выше критического без деградации сверхпроводника.

Разработана мультифизичная модель ВТСП ленты под действие импульсной токовой нагрузки.

Поставленные перед проектом задачи на 2018 год успешно решены.