[发明专利]超导块、超导纳米晶体、超导器件及其方法

说明书

本发明提供一种超导块，包括一对核，所述核的材料在其常态下具有导电性。该对核以居间的质心距离嵌入在壳中，所述壳的材料在其常态下具有导电性。嵌入的一对核和壳被构造成具有超导性。本发明还提供至少具有超导块的超导纳米晶体。本发明还提供至少具有超导块和超导纳米晶体的超导器件。本发明还提供一种制造超导块和超导晶体的方法。本发明提供超导体(超导块、超导纳米晶体)，其可用于在高温下获得超导性，该高温对应于地球环境中的温度甚至更高的温度。

技术领域

本发明的主题涉及超导块、超导纳米晶体和超导器件，能够在环境条件下展现出超导性。本发明还涉及一种制备超导块和超导纳米晶体的方法。

背景技术

纳米晶体(NC结构)是粒径只有数纳米的材料。可以通过改变NC结构的大小和形状来调整其性质。通常，NC结构用于光学应用中，例如发光器件、二极管激光器、光伏发电等。NC结构也已用于感测分子种类和增强局部电场。

而超导体是对电流的通过不展现出阻抗的材料。在冷却到一定温度以下或通过施加高压或同时应用冷却和高压，数种普通材料会变成超导体。几种超导体还排斥磁场，因此通常通过观察在转变温度以下的电阻下降，或出现强抗磁性，或同时观察到这两种现象来确定超导的出现。

通常，通过观察样品电阻的下降以及材料中强抗磁性的出现来推断超导现象。强的特征抗磁性被称为迈斯纳效应(Meissner effect)。发生这种情况的原因是，许多类型的超导体被期望从其整体中排斥磁场。因此，这些在理想情况下的特征是体积磁化系数为-1。实际上，由于杂质、多晶性等因素的存在，超导体不能展现出完美的抗磁性，但是它们的响应仍然明显强于普通材料。例如，甚至具有高抗磁性的普通材料，例如铋和热解碳，其体积磁化率约为-10^-4。但是，某些类别的超导体不展示强抗磁性。现有技术中已知超导纳米晶体由于尺寸效应而展示出相对较弱的逆磁性。例如钽等一些材料，由于其独特的晶粒结构而展示出弱的抗磁响应。另外，某些超导体，例如p波材料，被期望具有铁磁超导态。

超导体用于需要无电阻或几乎无电阻的电流流动的应用。在大多数电气互连中就是这种情况。在其他实施方式中，超导体用于制造用于产生高达数十特斯拉(T)的磁场的磁体。这些磁体例如被用于制造供科学研究用的核磁共振机器，以及供医学诊断用的磁共振成像系统。然而，这些已知的超导体器件在低温和/或高压下才经历转变。超导体的特征还在于固定相的出现。还已知依赖于对超导体相的微小变化进行测量的器件。例如，这些器件用于感测微小的磁场。此外，超导态的分界明确的相(well-defined phase)的存在正在被开发，以制造量子计算机。

多层纳米结构是通过使用多层不同材料相互嵌套而制成的。例如，长约150nm、宽约20nm的金纳米棒包覆有厚度为1–20nm的银覆盖层。

同时已知包覆有厚度为5nm的金覆盖层的钴球体。

在本领域中，在金球体上生长10nm宽且大约100nm的银纳米棒的生长的纳米结构也是已知的。

在钴基体中嵌入尺寸小于1nm的金团簇的纳米结构也是已知的。

然而，已知这些已知的结构在环境温度和压力条件下不具有超导性。

已知超导体如铅的NC结构在降低的温度条件下经历超导转变。

在本领域中还已知，金属如铝和钽的微小纳米颗粒展现出比这些材料的整块形式更高的提高的转变温度。

此外，已知某些加压材料与其非加压状态相比，具有更高的超导转变温度。