МУЛЬТИЭЛЕКТРОННАЯ НАНОТЕХНОЛОГИЯ КОМНАТНОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ Екатеринбург, 2008

Цель проекта Использование сверхпроводников, работающих при комнатной температуре, позволит создать принципиально новые накопители энергии, трансформаторы, магнитные сепараторы, двигатели, генераторы. Перспективные сферы применения - в автомобильном, морском, авиационном транспорте, в транспортном магнитном подвесе на железных дорогах, в установках термоядерного синтеза и ускорителях. /

Актуальность проекта С момента открытия высокотемпературной сверхпроводимости за рубежом (1986) прошло более 20 лет, а комнатнотемпературный сверхпроводник так и не создан. Сейчас в России эту проблему решают 45 организаций и фирм, но результатов у них нет, так как механизм высокотемпературной сверхпроводимости им неизвестен. В данном проекте этот механизм был установлен на основе открытия новой квантовой частицы, которую назвали мультиэлектрон (me). /

Кристаллическая решетка сверхпроводника

/ Открытие мультиэлектрона Изображение мультиэлектрона на карте электронной плотности в кристалле халькопирита MgSiP 2 (АВС 2 ) Схема образования мультиэлектрона

/ Что такое мультиэлектрон? Мультиэлектрон – это новая, ранее неизвестная, квантовая частица, которая образуется из двух и более электронов в силовом поле атома. Сила притяжения между электронами аналогична силе, связывающей протоны и нейтроны в ядре атома (сила Юкавы). Эта сила уравновешивает отталкивание между отрицательно заряженными электронами и приводит к взаимному вращению электронов вокруг общей оси.

/ Движение электронов в обычном проводнике Электроны сталкиваются с кристаллической решеткой и теряют свою кинетическую энергию, которая идет на нагрев решетки. Поэтому возникает электрическое сопротивление.

/ Движение мультиэлектрона в сверхпроводнике Кинетическая энергия электронов, составляющих мультиэлектрон переходит во вращательную энергию частицы. Поэтому мультиэлектрон не сталкивается с кристаллической решеткой и не испытывает сопротивления. Так возникает сверхпроводимость.

/ Определение размеров мультиэлектрона на основе волновой функции Радиус мультиэлектрона равен 6,9 …7,2 пм. - (1). Это в 7,5 раз меньше радиуса атома водорода (52,9 пм.)- (2). Поэтому для реализации сверхпроводника необходима нанотехнология

/ Влияние мультиэлектрона на сверхпроводимость A,B,C-оболочки радиоактивность плотность, упругость Внутренняя орбита Свойства: химические,оптически е, тепловые,электрическ ие, парамагнитные, упругость,плотность, сверхпроводимость Невалентная зона ядро Валентная зона ферромагнетизм Внешняя орбита Мультиэлектрон должен находится в зоне проводимости !

/ Применение искусственного интеллекта для определения влияния на температуру сверхпроводимости Тс электронной плотности

/ Зависимость температуры сверхпроводимости Тс от электронной плотности

/ Математическая модель мультиэлектрона для расчетов комнатнотемпературных сверхпроводников (1) (2) (3)

/ Определение Тс в зависимости от размера кристаллической решетки Точность расчетов 23%, коэффициент корреляции 0,998

/ Нанотехнология комнатнотемпературного сверхпроводника 1 Выбор материала КТСП Материалы с преобладанием ковалентной связи > 76,8 % ковалентной связи: полипропилен, полиуретан, вискоза Применение [Si], [Ge] 2 Создание сверхпроводящих носителей тока и необходимой структуры решетки Формирование подрешетки из Мультиэлектронов с заданными размерами и величиной КЛТР Образование cвободных электронов, создание из них суперполяронов, упорядочивание структуры сверхпроводящих каналов Электронная решетка типа алмаза в [Si], [Ge] 3 Обеспечение необходимой электронной концентрации носителей Создание электронной концентрации для формирования свободных мультиэлектронов Обогащение материала суперполяронами до см 3 путем электростатической обработки напряжением КВ Изовалентное Легирование [Ge], Изовалентное легирование [Sn], [Ge], [C] 4 Создание слоевой структуры КТСП Реализация эффекта обратнотемпературной сверхпроводимости путем применения слоев с различным КЛТР Формирование Напылением слоевой пленочной структуры с различными КЛТР для подложки и полимера Эпитаксиальная технология сверхпроводящего канала транзистора 5 Стабилизация сверхпроводящих носителей Лазерная и электромагнитная обработка с термозакалкой Лазерная, магнитная, ультрафиолетоваяобработ ка Лазерная и электромагнитная обработка с термозакалкой 6 Технологический контроль Измерение постоянной решетки с точностью Не предусмотреноПрецизионная томография

/ Зарубежные экспериментальные подтверждения комнатнотемпературной сверхпроводимости 342 К = 69 С, Danijel Djurek. et al. DE A1

/ План выполнения проекта 1. Установление механизма сверхпроводимости; + 2. Создание математической модели процесса; + 3. Адаптация и проверка адекватности математической модели; + 4. Создание теории высокотемпературной, в том числе комнатнотемпературной сверхпроводимости; + 5. Разработка компьютерной модели и программного комплекса для технологических расчетов сверхпроводников; + 6. Проведение НИР по созданию опытного образца комнатнотемпературного сверхпроводника, в том числе сверхпроводящего транзистора; - 7. Разработка технологии комнатнотемпературных сверхпроводников. -

Ёмкость рынка Отрасли Объем продаж (млрд. долл.) 1, Электрониканезначительно23%32%46% Энергетиканезначительно15%16%18% Транспортнезначительно9%6%9% Медицина100%30%24%11% Прочеенезначительно23%22%16% ИТОГО100% Источник: Р.С.Соколовский, Intermagnetics General Corp. Рынок для данной продукции - глобальный. Применение сверхпроводников работающих при комнатной температуре в электроэнергетики дает: сокращение потерь электроэнергии примерно в 2 раза; снижение массогабаритных характеристик оборудования; повышение надежности и устойчивости работы энергосистем; создание принципиально новых систем энергетики при совмещении с другими инновационными подходами за счет синергетического эффекта. /

Экономические параметры Срок исполнения проекта - 18 мес. Требуемый объем инвестиций - 3,45 млн. рублей Рентабельность проекта – 47 % /

Благодарим за внимание ! ФПВФ ВПК г. Екатеринбург, ул. Вайнера 15, оф. 3 Телефон/факс: +7 (343) , Приглашаем к сотрудничеству инвесторов УГТУ – УПИ г.Екатеринбург, Ул Мира,19. РЦ НИТ, В.M. Кормышев В.Б. Щербатский