Исследование изменения характеристик

Moscow
State
Pedagogical
University
NbN film ageing
Работу выполнила Максименко Анна Сергеевна,
ученица 11 класса ГОУ СОШ № 546 г. Москвы
Руководитель: Казакова Юлия Владимировна,
учитель физики ГОУ СОШ № 546 г. Москвы
2011 год
Moscow
State
Pedagogical
University
Актуальность:
При решении ряда современных
экспериментальных и технических задач требуются
приборы, изготовленные на основе тонких
сверхпроводящих плёнок, однако, со временем
характеристики плёнок могут меняться,
что
сказывается на работе приборов.
Цель работы:
Изучить, как изменяются со временем основные
характеристики тонких сверхпроводящих плёнок нитрида
ниобия – критическая температура и ширина перехода в
сверхпроводящее состояние.
Moscow
State
Pedagogical
University
Область исследования:
Радиофизика
Объект исследования:
Тонкие сверхпроводящие плёнки
нитрида ниобия
Предмет исследования:
Критическая температура, ширина перехода в
сверхпроводящее состояние тонких плёнок
нитрида ниобия
Moscow
State
Pedagogical
University




Задачи исследования:
Изучить физические основы сверхпроводимости.
Научиться пользоваться установкой для измерения Тс.
Провести серию измерений Тс и ∆Т тонких плёнок NbN на
сапфировой подложке и построить графики зависимости R(Т).
Построить графики зависимости Тс(t) и ∆Т(t) и провести их
анализ.
Методы исследования:





Анализ литературы и материалов сайтов по данной теме.
Беседа с заведующим технологическим сектором Учебнонаучного радиофизического центра МПГУ Б.М. Вороновым.
Наблюдение процесса измерения параметров тонких плёнок.
Самостоятельное проведение серии измерений параметров
тонких плёнок.
Построение и анализ графиков зависимостей R(T), Тс(t), ∆Т(t).
Место проведения
работы
Учебно-научный
радиофизический центр МПГУ
Явление сверхпроводимости
было открыто в 1911 году
голландским ученым
Гейке Камерлинг-Оннесом.
Оно заключается в скачкообразном
падении до нуля электрического
сопротивления при понижении
температуры проводника
до определённого значения
называемого критической
температурой Тс.
Moscow
State
Pedagogical
University
Устройство установки для
измерения критической
температуры
Основными элементами установки для измерения
критической температуры являются:
1. Сосуд Дьюара
2. Макет
3. Устройство Multimeter HP 34401A для измерения
сопротивления терморезистра
4. Устройство Solartron 7081 Precision Voltmeter для
измерения сопротивления плёнки
5. Компьютер
Moscow
State
Pedagogical
University
Этапы процесса измерения
критической температуры
Этапы процесса измерения
критической температуры
1.Определение лицевой стороны сверхпроводящей плёнки.
2.Прикрепление кусочков индия для обеспечения надёжного
контакта пленки с лапками макета.
3.Закрепление плёнки с индиевыми контактами на
подложкодержателе макета.
4. Подключение приборов и запуск программы.
5. Погружение макета в сосуд Дьюара с жидким гелием (Т < 4,2 К).
6. Снятие показаний с приборов.
7. Полученный график сохраняем в виде файла (Приложение 1).
8. Вынимаем макет из сосуда с гелием и согреваем.
9. Производим снятие образца сверхпроводящей плёнки с макета.
№
Дата
Интервал времени
(t, ч)
Критическая температура (Тс, К)
1
28.10.10
0
8,6
2
11.11.10
336
8,4
3
25.11.10
672
7,8
4
09.12.10
1008
7,5
5
24.12.10
1344
7,4
№
Дата
Интервал времени
(t, ч)
Ширина перехода (∆Т, К)
1
28.10.10
0
0,4
2
11.11.10
336
0,6
3
25.11.10
672
0,7
4
09.12.10
1008
1,0
5
24.12.10
1344
1,0
Moscow
State
Pedagogical
University
1.
2.
3.
4.
Результаты исследования:
Изучены физические основы сверхпроводимости.
Изучена установка для измерения Тс и освоена
методика её измерения.
Проведено пять измерений (с интервалом в 14 дней)
Тс и ∆Т тонкой сверхпроводящей плёнки NbN толщиной
3 нм на сапфировой подложке.
Установлено, что значение температуры перехода
плёнок в сверхпроводящее состояние со временем
понижается (от 8,6 К до 7,4 К), а ширина перехода
увеличивается (от 0,4 К до 1 К), то есть характеристики
плёнок ухудшаются. Но примерно через 2 месяца
процесс деградации прекращается, и параметры
плёнки стабилизируются.
Moscow
State
Pedagogical
University
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Литература сайты Интернета
Гершензон Е.М., Гольцман Г.Н. и др. Детектор ИКизлучения на основе разогрева электронов в
резистивном состоянии пленок из традиционных
сверхпроводящих материалов.
Касьянов В.А. Физика 11 класс. М.: Дрофа, 2003. – 416 с.
Мнеян М.Е. Сверхпроводники в современном мире. – М.:
Просвещение, 1991.
www.ru.wikipedia.org
http://www.vodovert.ru/lab.php?id=53
http://fps04.lebedev.ru/jobs/Section_A/Kaurova_291.pdf