Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Wpływ implantacji jonów Ne+ 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Wpływ implantacji jonów Ne<sup>+</sup> 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Polski zespół badaczy kierowany przez dra Pawła Pęczkowskiego z Instytutu Nauk Fizycznych Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego wykorzystał wiązkę PIRX do badania właściwości struktury elektronowej taśm 2G HTS (taśm nadprzewodzących wysokotemperaturowych drugiej generacji) poddanych wcześniej procesowi implantacji jonami gazu szlachetnego Ne+ o energii 250 keV. Wyniki badań zostały opublikowane w piśmie Applied Surface Science wydawanym przez Elsevier.

Taśmy 2G HTS znajdują zastosowanie w urządzeniach pracujących w ekstremalnych warunkach radiacyjnych z perspektywą wykorzystania ich w przemyśle kosmicznym. Wysokoenergetyczne napromieniowanie jonowe, symulujące poważne uszkodzenia radiacyjne, ma ogromne znaczenie dla możliwości wykorzystania taśm 2G HTS do wymagających zastosowań w przemyśle kosmicznym lub w zastosowaniach nuklearnych (akceleratory, reaktory, itp.). Promieniowanie jonizujące, w tym bombardowanie taśm 2G HTS ciężkimi jonami, może wprowadzić do ich mikrostruktury różnego rodzaju defekty (np. Schottky'ego, Frenkla), co prowadzi do pogorszenia parametrów nadprzewodnictwa, takich jak prąd krytyczny i temperatura krytyczna. Aby określić wpływ promieniowania jonizującego na te parametry, bezpośrednio w warstwę nadprzewodzącą GdBa2Cu3O7 ̶ δ (GdBCO), gdzie δ jest czynnikiem tlenowym, taśmy 2G HTS wszczepiono jony Ne+ o fluencji od 1012 do 1014 Ne+/cm2. Jony tego rodzaju wybrano dlatego, że względna liczebność jonów Ne+ w galaktycznym promieniu kosmicznym nie jest mała i kształtuje się na poziomie 102. Kompleksowe badania właściwości mikrostrukturalnych (SEM - skaningowa mikroskopia elektronowa), strukturalnych (FT-IR - spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera i XRD - dyfrakcja promieni rentgenowskich), magnetycznych (pomiary podatności stałoprądowej i zmiennoprądowej) i struktury elektropnowej (XAS - spektroskopia absorbcyjna promieniowania rentgenowskiego) napromieniowanych taśm przeprowadzone przez nasz Zespół wykazały, że zniszczenie taśm ma podłoże mikroskopowe. Dzieje się tak głównie z powodu niedoboru tlenu oraz uszkodzeń mikrostrukturalnych i strukturalnych wywołanych promieniowaniem. Pod wpływem promieniowania krytyczne gęstości prądu taśmy zmniejszyły się o 33  ̶  60% (w zależności od fluencji i zewnętrznego pola magnetycznego) w porównaniu do próbki referencyjnej.
 
Dane XAS (spektroskopia absorpcji promieni rentgenowskich) uzyskane na linii PIRX w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS w Krakowie (Polska) wskazują na niedobór tlenu w napromienianych próbkach (Rycina 1). Świadczą o tym zaniki ZRS (singlet Zhang’a Rice’a) i UHB (górne pasmo Hubbarda) na krawędzi O-K oraz 2p63d10L na krawędziach Cu-L2,3. Uzyskane wyniki pokazują, że mechanizm niszczenia taśmy związany jest raczej z wprowadzeniem wakatów tlenowych niż ze zmianami w mikrostrukturze warstwy HTS dla niższych fluencji (do 1013 Ne+/cm2). Jednakże przy wysokich fluencjach (1014 Ne+/cm2) warstwa nadprzewodząca taśmy HTS zaczyna się złuszczać, co pokazały obrazy SEM. Stąd możemy wyciągnąć wniosek, że w tym przypadku mechanizm degradacji ma podłoże mikrostrukturalne.

Rycina 1. Widma absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS) dla taśm GdBCO 2G HTS: (a) krawędź O-K; (b) krawędzie Cu-L2,3. CH - otwory łańcuchowe, ZRS - singlet Zhang’a-Rice’a, UHB - górne pasmo Hubbarda

Rycina 1. Widma absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS) dla taśm GdBCO 2G HTS: (a) krawędź O-K; (b) krawędzie Cu-L2,3. CH - otwory łańcuchowe, ZRS - singlet Zhang’a-Rice’a, UHB - górne pasmo Hubbarda
 

Autor: Paweł Pęczkowski

Link do publikacji: P. Pęczkowski, R. Zalecki, P. Zachariasz, E. Szostak, J. Piętosa, M. Turek, K. Pyszniak, M. Zając, J. Czub, Ł. Gondek, Deterioration of the 2G HTS tapes by the Ne+ions irradiation (250 keV), Applied Surface Science 636 (2023) 157780. doi:10.1016/j.apsusc.2023.157780.

 
Polecamy również
Szczególna rola magnetycznych jonów Ni w strukturze elektronowej

Szczególna rola magnetycznych jonów Ni w strukturze elektronowej

Hercynit (FeAl<sub>2</sub>2O<sub>4</sub>) - tajemniczy spinel ogniotrwały poznany !

Hercynit (FeAl22O4) - tajemniczy spinel ogniotrwały poznany !

Nowa metoda poprawy jakości danych przez usuwanie szumu

Nowa metoda poprawy jakości danych przez usuwanie szumu

Bezpośrednia obserwacja tekstury spinowej i efektu Rashby w ferroelektrycznym półprzewodniku

Bezpośrednia obserwacja tekstury spinowej i efektu Rashby w ferroelektrycznym półprzewodniku