ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ИСТИННОЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ В ОКИСЛЕННОМ ПОЛИПРОПИЛЕНЕ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Краткие сообщения

Том (В) 32

1990

М 8

ПИСЬМА В РЕДАКЦИЮ

УДК 541.64:537.3

© 1990 г. О. В. Демичева, С. Г. Смирнова, Л. Н. Григоров

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ИСТИННОИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ В ОКИСЛЕННОМ ПОЛИПРОПИЛЕНЕ

В работах [1, 2] было показано, что в окисленном атактическом полипропилене возникают локальные каналы, свойства которых характерны для сверхпроводников: 1) неизмеримо мало их сопротивление при ~300 К, 2) образцы выталкиваются из магнитного поля. Возможность сверхпроводимости каналов подтверждается измерениями критического тока [3, 4], а также оценками нижней границы проводимости — а>Юи(Ом-•см)-1 [5] и а>1021 (Ом-см)-1 [4]. В то же время показана принципиальная невозможность наблюдения эффекта Мейснера [4], поскольку экспериментальная оценка критической температуры Тс>700 К превышает температуру разложения ПП. Поэтому результаты [1—5] можно объяснить не только сверхпроводимостью каналов, но и нормальным типом проводимости со сверхвысокой о [ 5 ].

Это заставляет искать какой-то иной критерий, столь же надежно отличающий сверхпроводимость, как и эффект Мейснера. Таким критерием является закон Видемана — Франца, согласно которому для любого механизма высокой проводимости нормального типа существует связь между тепловым гт и электрическим Дэ сопротивлениями проводника [6]

гт<1- Дэ ^ я, 10* К/Вт- Ом при Т ~ 300 К, (1)

где е — заряд электрона, кБ — постоянная Больцмана. Из выражения (1) и экспериментальных оценок Дэ<10~в Ом [4, 5] следует, что при нормальном типе проводимости тепловое сопротивление канала не может превышать 0,1 К/Вт. В то же время для любого истинного сверхпроводника, носители тока в котором в принципе не способны обмениваться энергией с решеткой, неравенство (1) должно резко нарушаться как по величине, так и по знаку, поскольку при нулевом величина гт в сверхпроводнике стремится к

Величину гт измеряли на пленках ПП, приготовленных по методике [1, 2], дифференциальным методом, схема которого приведена на рисунке. При установке подогреваемого микрозонда на образец температура кончика диаметром О—10 мкм снижается тем сильнее, чем меньше тепловое сопротивление образца в анализируемой точке. Из сравнения температур 7\ и Тг, измеряемых с точностью ±0,015 К в диэлектрической и высокопро-водящих точках ПП соответственно, по формуле (2) можно найти собст-

Схема дифференциального метода измерения теплового сопротивления электропроводного канала (показан двойной штриховкой) в слое ПП путем термопарного измерения четырех температур кончика микрозонда при его различных положениях. Спаи термопар медь — константан показаны черными точками, константановые провода - двойной штриховой линией. 1 -медный микрозонд, 2 - его теплоизоляция, 3 — подогреватель, 4 - медная подложка, 5 — слой индия на той же подложке рядом с ПП, 6 -источник напряжения 12 В, 7 — микровольтметры, 8 — термостат холодных спаев термопар. Значения температур в таблице определяются по разности показаний приборов 7 и 7'. Прибор 7" индицирует попадание зонда на проводящий канал в слое ПП

венное тепловое сопротивление проводящего канала гт

А /Т.-Г,

г0/ т0/о

Тг~Т2

(2).

где /г=20—30 мкм — толщина слоя полимера, Х=2-10~3 Вт/см-К — его теплопроводность. Дополнительные измерения Т0 неприжатого зонда, а также Т3 при вдавливании кончика зонда в слой мягкого индия (диаметр контакта ¿=3 мкм) позволяют исключить из выражения (2) тепловые параметры зонда, изменяющиеся при каждой его замене в ходе большого числа измерений. Ток 2=8 мкА, протекающий по электропроводному каналу в ходе измерения Т2, не влияет на эту температуру ввиду малой мощности Вт, выделяющейся на контакте зонда с образцом.

Из представленных в таблице результатов большого числа измерений,, проведенных на различных образцах с помощью разных зондов, видно, что за исключением величины Г,—Т2 все остальные сомножители в формуле (2) заметно превышают погрешность измерений температуры. В то же время Т^—Тг от измерения к измерению флуктуирует около нуля на величину, близкую к погрешности. Это означает, что в пределах точности эксперимента не обнаружено различий в теплопроводности диэлектрических и высокопроводящих точек окисленного ПП, т. е. собственное тепловое сопротивление электропроводных каналов близко к бесконечности. Из таблицы следует, что отклонение экспериментальных значений гт от величины 0,1 К/Вт, которая согласно выражению (1) является максимально

Типичные результаты измерения температуры кончика микрозонда (относительно подложки с Т=293 К) для пар близко расположенных участкоь слоя ПП - диэлектрических (Т]) и высокопроводящих (Т2)

Температура кончика микрозонда (К)

Образец, К. Зонд, № Т„ г, т,-тг Тз Г * гт канала, К/Вт

1 1 1 57,753 57,732 56,432 56,465 -0,034 0,031 49,365 49,302 оо >5,2-10«

2 2 2 50,711 50,715 50,017 49,902 0,016 -0,083 44,367 44,361 >5,54-10« ОО

3 2 48,032 47,267 0,029 42,816 >3,32-10«

* Рассчитана по формуле (2).

возможной для каналов с нормальным типом проводимости, составляет более 7 порядков.

Столь сильное нарушение закона Видемана — Франца, хорошо выполз няющегося для всех проводников с фермиевским типом распределения электронного газа, однозначно доказывает, что при Г—300 К подавляющая часть носителей тока в каналах ПП находится в сверхпроводящем со* стоянии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Григоров Л. Н., Смирнова С. Г. М., 1988. 45 е.- Деп. в ВИНИТИ 23.03.88,

№ 2381-В 88.

2. Ениколопян Я. С., Григоров Л. Я., Смирнова С. Г. //Письма в ЖЭТФ. 1989. Т. 49,

№ 6. С. 326.

3. Демичева О. В., Рогачев Д. Н., Андреев В. М., Шклярова Е. И., Смирнова С. Г., Гри*

горов Л. Я. II Высокомолек. соед. Б. 1990. Т. 32. № 1. С. 4.

4. Демичева О. В., Рогачев Д. Н., Смирнова С. Г., Шклярова Е. И., Яблоков М. Ю.,

Андреев В. М., Григоров Л. Н. //Письма в ЖЭТФ. 1990. Т. 51. № 4. С. 228.

5. Архангородский В. М., Ионов А. Н., Тучкевич В. М., Шлимак И. С. //Письма В

ЖЭТФ. 1990. Т. 51. № 1. С. 56.

6. Полежаев Ю. В. // Физич. энциклопедия. Т. 5/Под ред. Введенского Б. А. М., 1966,

С. 152.

Институт синтетических полимерных Поступило в редакцию

материалов АН СССР 09.04.90