FR3142596A1 - Superconducting wire composed of base metals and a non-metal such as for example Dysprosium, Neodymium, Tin, Selenium, and possible additive compounds, used at room temperature and at room pressure, and its manufacturing process . - Google Patents
Superconducting wire composed of base metals and a non-metal such as for example Dysprosium, Neodymium, Tin, Selenium, and possible additive compounds, used at room temperature and at room pressure, and its manufacturing process . Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention a pour objet un fil supraconducteur composé de métaux de base et d’un non métal tels que par exemple le Dysprosium, le Néodyme, l’Etain, le Sélénium, et des composés additifs éventuels, utilisé à température ambiante et à pression ambiante, et son procédé de fabrication.The subject of the present invention is a superconducting wire composed of base metals and a non-metal such as for example Dysprosium, Neodymium, Tin, Selenium, and possible additive compounds, used at ambient temperature and pressure. ambient, and its manufacturing process.
Description
L'invention a pour objet un fil supraconducteur composé de métaux de base et d’un non métal tels que par exemple le Dysprosium, le Néodyme, l’Etain, le Sélénium, et des composés additifs éventuels, utilisé à température ambiante et à pression ambiante, et son procédé de fabrication. Plus précisément, elle concerne la réalisation d'éléments supraconducteurs de forme allongée, tels que des fils, des rubans des câbles qui sont capables de conduire un courant électrique d’intensité élevée dans le sens de la longueur du fil. Les fils supraconducteurs peuvent être utilisés dans plusieurs applications telles que l’électronique, l’aéronautique, l’énergie, le transport, la médecine.The subject of the invention is a superconducting wire composed of base metals and a non-metal such as for example Dysprosium, Neodymium, Tin, Selenium, and possible additive compounds, used at room temperature and at pressure ambient, and its manufacturing process. More precisely, it concerns the production of superconducting elements of elongated shape, such as wires, ribbons and cables which are capable of conducting a high intensity electric current in the direction of the length of the wire. Superconducting wires can be used in several applications such as electronics, aeronautics, energy, transport, medicine.
Les matériaux supraconducteurs tels que les oxydes mixtes de cuivre du type de celui découvert par Bednorz et Müller en 1986 peuvent fonctionner à des températures supérieures à celles de l'hélium liquide, en particulier au-dessus de la température de l'azote liquide, car leur température critique Tc est beaucoup plus élevée. Pour la famille du type TlBaCaCuO, Tc est comprise entre 80 et 125K. Ce qui est très avantageux en raison du coût de l'azote liquide. Cependant, la réalisation d'éléments supraconducteurs tels que des filaments, des rubans, des bandes, ou des câbles à partir de ces matériaux supraconducteurs de type céramique pose certains problèmes pour obtenir de forts courants critiques ou réaliser un conducteur raisonnablement flexible et assurer la tenue mécanique et chimique des fils supraconducteurs.Superconducting materials such as mixed copper oxides of the type discovered by Bednorz and Müller in 1986 can operate at temperatures higher than those of liquid helium, particularly above the temperature of liquid nitrogen, because their critical temperature Tc is much higher. For the TlBaCaCuO type family, Tc is between 80 and 125K. Which is very advantageous due to the cost of liquid nitrogen. However, the production of superconducting elements such as filaments, ribbons, strips, or cables from these ceramic-type superconducting materials poses certain problems in obtaining high critical currents or producing a reasonably flexible conductor and ensuring resistance. mechanics and chemistry of superconducting wires.
En effet, les éléments conducteurs actuels réalisés à partir des matériaux supraconducteurs céramique tels que YBaCuO, sont formés de grains frittés et les propriétés de transport de ces conducteurs sont celles du fritté massif. Il est donc difficile d'obtenir des fils flexibles à partir de ces matériaux céramique car après frittage la céramique obtenue est fragile. Il est à noter également que l'augmentation du courant critique demande d'éliminer les impuretés au niveau du joint de grain. De plus, l'un des facteurs responsable de l'abaissement de la densité critique réside dans l'anisotropie du matériau par rapport au plan de base et dans le plan de base. C’est le cas dans YbaCuO avec des grains orientés au hasard. Les plans CuO₂ de forte conductibilité sont désalignés et une partie du courant doit transiter selon l'axe de basse conductibilité électrique pour passer d'un cristal à un autre.Indeed, the current conductive elements made from ceramic superconducting materials such as YBaCuO are formed of sintered grains and the transport properties of these conductors are those of the solid sinter. It is therefore difficult to obtain flexible wires from these ceramic materials because after sintering the ceramic obtained is fragile. It should also be noted that increasing the critical current requires eliminating impurities at the grain boundary. Furthermore, one of the factors responsible for the lowering of the critical density lies in the anisotropy of the material with respect to the base plane and in the base plane. This is the case in YbaCuO with randomly oriented grains. The CuO₂ planes of high conductivity are misaligned and part of the current must pass along the axis of low electrical conductivity to pass from one crystal to another.
Le brevet EP3951806 expose un fil supraconducteur essentiellement à base d’oxyde et un profil en long stratifié pour constituer le fil supraconducteur qui est donc dans cet état jusqu’à une température proche de l’azote liquide.Patent EP3951806 discloses a superconducting wire essentially based on oxide and a laminated longitudinal profile to constitute the superconducting wire which is therefore in this state up to a temperature close to liquid nitrogen.
Le brevet EP2728592 expose un fil supraconducteur qui présente le même profil en long stratifié que le brevet EP3951806 et à base d’oxyde, qui est donc dans cet état jusqu’à une température proche de l’azote liquide.Patent EP2728592 discloses a superconducting wire which has the same laminated long profile as patent EP3951806 and based on oxide, which is therefore in this state up to a temperature close to liquid nitrogen.
Le brevet WO202105409 expose un commutateur à courant à base d’oxyde, de type YBACuO, qui est donc dans cet état jusqu’à une température proche de l’azote liquide.Patent WO202105409 discloses an oxide-based current switch, of the YBACuO type, which is therefore in this state up to a temperature close to liquid nitrogen.
Le brevet US2019379145 expose un fil supraconducteur essentiellement à base d’oxyde et un profil en long stratifié pour constituer le fil supraconducteur qui est donc dans cet état jusqu’à une température proche de l’azote liquide.Patent US2019379145 discloses a superconducting wire essentially based on oxide and a laminated longitudinal profile to constitute the superconducting wire which is therefore in this state up to a temperature close to liquid nitrogen.
Il est donc utile de préciser qu’aucun des procédés connus actuellement ne permet l'obtention d'éléments supraconducteurs de forme allongée, présentant de fortes densités de courant critique et de bonnes propriétés mécaniques et chimiques à pression ambiante et à température ambiante.It is therefore useful to specify that none of the currently known processes makes it possible to obtain superconducting elements of elongated shape, having high critical current densities and good mechanical and chemical properties at ambient pressure and at ambient temperature.
Par ailleurs, il existe de nombreux ouvrages concernant la supraconductivité et beaucoup de publications tant théoriques que pratiques (US, JP, FR, RU, CN). Il est possible de citer par exemple le livre d’Alexender Gabovitch Superconductors – New Developments qui présente quelques articles d’intérêt général.Furthermore, there are numerous works concerning superconductivity and many publications, both theoretical and practical (US, JP, FR, RU, CN). It is possible to cite, for example, the book by Alexander Gabovitch Superconductors – New Developments which presents some articles of general interest.
Le phénomène de la supraconductivité a été découvert en 1911 par le physicien hollandais Heike Kamerlingh Onnes qui a montré qu’aux très basses températures, quelques Kelvins, certains métaux changent de propriétés physiques. En particulier la résistance électrique de ces matériaux devient inférieure à toute valeur mesurable. Ainsi un courant électrique continu peut circuler sans dissipation d'énergie, donc quasi indéfiniment.The phenomenon of superconductivity was discovered in 1911 by the Dutch physicist Heike Kamerlingh Onnes who showed that at very low temperatures, a few Kelvins, certain metals change their physical properties. In particular, the electrical resistance of these materials becomes lower than any measurable value. Thus a direct electric current can circulate without dissipation of energy, therefore almost indefinitely.
Il y a une transition de l'état normal de conducteur vers l'état supraconducteur. Cette transition intervient à une température qualifiée de température critique. En 1933, W. Meissner et R. Ochsenfeld observent qu’hormis les qualités exceptionnelles de conduction, ces métaux possèdent la propriété d’exclure toute pénétration d’un champ magnétique extérieur grâce à la circulation de super-courants dans le supraconducteur. Cet effet de non-pénétration du champ magnétique est nommé effet Meissner.There is a transition from the normal conducting state to the superconducting state. This transition occurs at a temperature qualified as a critical temperature. In 1933, W. Meissner and R. Ochsenfeld observed that apart from the exceptional conduction qualities, these metals have the property of excluding any penetration of an external magnetic field thanks to the circulation of super-currents in the superconductor. This effect of non-penetration of the magnetic field is called Meissner effect.
Une théorie microscopique a été émise en 1957 par John Bardeen, Leon N. Cooper et John Schrieffer (tous trois prix Nobel de physique en 1972) pour expliquer la supraconductivité. Cette théorie explique qu'à très basse température, les électrons s'apparient (paire de Cooper) par l’intermédiaire des phonons du réseau.A microscopic theory was put forward in 1957 by John Bardeen, Leon N. Cooper and John Schrieffer (all three Nobel Prize winners in physics in 1972) to explain superconductivity. This theory explains that at very low temperatures, electrons pair (Cooper pair) via lattice phonons.
L’explication théorique de la supraconductivité à très basse température repose sur le fait que les paires de Cooper, constituées de deux électrons, forment en définitive des bosons qui, eux, peuvent se trouver en grand nombre dans le même état physique, en l'occurrence dans un état de plus basse énergie. Ils ne perdent pas d'énergie par dissipation, et se propagent donc sans résistance.The theoretical explanation of superconductivity at very low temperatures is based on the fact that Cooper pairs, made up of two electrons, ultimately form bosons which, in turn, can be found in large numbers in the same physical state, occurring in a lower energy state. They do not lose energy through dissipation, and therefore propagate without resistance.
La découverte en 1986 par Johannes Georg Bednorz et Karl Alexander Müller de la supraconductivité dans un oxyde synthétique de cuivre, lanthane et baryum à une température critique de 35 K, plus élevée que toutes celles connues jusqu'alors, a eu un retentissement considérable. Cette découverte relance alors la recherche dans ce domaine, et permet la mise en évidence de ce phénomène jusqu’à 164 K, en 1998.The discovery in 1986 by Johannes Georg Bednorz and Karl Alexander Müller of superconductivity in a synthetic oxide of copper, lanthanum and barium at a critical temperature of 35 K, higher than any known until then, had a considerable impact. This discovery then relaunched research in this area, and allowed the demonstration of this phenomenon up to 164 K, in 1998.
Cependant, à ce jour, il n’y a pas de théorie complète pour expliquer le phénomène supraconducteur.However, to date, there is no complete theory to explain the superconducting phenomenon.
Il est d’usage de qualifier l’état non dissipatif par trois grandeurs principales : la température critique, Tc , le champ critique Hc et la densité de courant critique. L’état de supraconductivité caractérise la plupart des métaux à condition que la température soit très proche de 0 K. La température en dessous de laquelle un matériau devient supraconducteur est alors nommé température critique. La supraconductivité est obtenue aux températures Tc plus élevées pour les métaux mauvais conducteurs dans l’état normal, comme le mercure et le plomb. La température a une influence importante sur les autres caractéristiques d’un matériau supraconducteur comme le champ magnétique, la résistivité ou la profondeur de pénétration. Par ailleurs, l’état supraconducteur peut disparaître pour un champ magnétique extérieur d’une certaine intensité Hc dépendant de la température.It is customary to qualify the non-dissipative state by three main quantities: the critical temperature, Tc, the critical field Hc and the critical current density. The state of superconductivity characterizes most metals provided that the temperature is very close to 0 K. The temperature below which a material becomes superconductive is then called critical temperature. Superconductivity is obtained at higher temperatures Tc for metals that are poor conductors in the normal state, such as mercury and lead. Temperature has an important influence on other characteristics of a superconducting material such as magnetic field, resistivity or penetration depth. Furthermore, the superconducting state can disappear for an external magnetic field of a certain intensity Hc depending on the temperature.
Les supraconducteurs se divisent en deux catégories : type I et type II. Les supraconducteur de type I sont caractérisés par le fait que l’effet Meissner (les lignes de champ magnétique sont expulsées du matériau sauf sur une très fine épaisseur) s’arrête brusquement à partir de Hc. Pour les supraconducteurs de type II, le diamagnétisme parfait disparaît progressivement à partir d’une valeur de champ magnétique Hc1 et la disparition totale du diamagnétisme est produite pour un champ Hc2.Superconductors are divided into two categories: type I and type II. Type I superconductors are characterized by the fact that the Meissner effect (the magnetic field lines are expelled from the material except over a very thin thickness) stops abruptly from Hc. For type II superconductors, perfect diamagnetism gradually disappears from a magnetic field value Hc1 and the total disappearance of diamagnetism is produced for a field Hc2.
Les supraconducteurs de type II sont constitués généralement d’alliages (Nb-Zr, Nb-Ti), et de métaux de transition avec une résistivité grande à l’état normal. Pour des valeurs de champ comprises entre Hc1 et Hc2 ces matériaux présentent des zones à l’état normal, dans lesquelles l’induction magnétique est non nulle. Ces zones (dont la surface approximative est calculée à partir de la longueur de cohérence des paires de Cooper) sont des sortes de domaines et sont entourés de courants induits, dénommées tourbillons ou vortex séparées par des zones supraconductrices dans lesquelles B = 0 et où se referment les lignes de courants tourbillonnaires.Type II superconductors are generally made up of alloys (Nb-Zr, Nb-Ti), and transition metals with high resistivity in the normal state. For field values between Hc1 and Hc2, these materials present zones in the normal state, in which the magnetic induction is non-zero. These zones (whose approximate surface area is calculated from the coherence length of the Cooper pairs) are kinds of domains and are surrounded by induced currents, called vortices or vortices separated by superconducting zones in which B = 0 and where close the lines of swirling currents.
La densité de courant critique correspond à la valeur maximale au delà de laquelle un champ électrique apparaît. Pour les supraconducteurs de type I, la répartition du courant n’est pas homogène. Le courant de transport circule uniquement à la surface, dans l’épaisseur de pénétration de London. Pour les supraconducteurs de type II la densité de courant critique est fortement dépendante de l’induction B donc de la présence de vortex dans la structure du matériau. Pour une induction transverse, dans l’état mixte, un supraconducteur idéal présente une densité de courant nulle. Le courant de transport réagit avec les vortex et ceux-ci se déplacent lorsque la force de Lorentz est supérieure aux forces d’ancrage, entraînant une dissipation dans le matériau. Lorsque la densité de courant dépasse une valeur critique Jc les vortex sont arrachés.The critical current density corresponds to the maximum value beyond which an electric field appears. For type I superconductors, the current distribution is not homogeneous. The transport current flows only at the surface, in the London penetration thickness. For type II superconductors, the critical current density is strongly dependent on induction B and therefore on the presence of vortices in the structure of the material. For transverse induction, in the mixed state, an ideal superconductor has zero current density. The transport current reacts with the vortices and these move when the Lorentz force is greater than the anchoring forces, leading to dissipation in the material. When the current density exceeds a critical value Jc the vortices are torn off.
La présente invention est nouvelle et inventive.The present invention is new and inventive.
La présente invention a pour objet un fil supraconducteur de forme allongée tel que, une bande, un ruban ou un câble qui présente des propriétés améliorées, composé de métaux de base et d’un non métal tels que par exemple le Dysprosium, le Néodyme, l’Etain, le Sélénium, et des composés additifs éventuels, utilisé à température ambiante et à pression ambiante, et son procédé de fabrication.The present invention relates to a superconducting wire of elongated shape such as a strip, a ribbon or a cable which has improved properties, composed of base metals and a non-metal such as for example Dysprosium, Neodymium, Tin, Selenium, and possible additive compounds, used at room temperature and at room pressure, and its manufacturing process.
La présente invention apparaîtra mieux à la lecture des figures.The present invention will appear better on reading the figures.
La présente invention a pour objet un fil supraconducteur de forme allongée tel que un fil, une bande, un ruban ou un câble qui présente des propriétés améliorées, composé de métaux de base et d’un non métal tels que par exemple le Dysprosium, le Néodyme, l’Etain, le Sélénium, et des composés additifs éventuels, utilisé à température ambiante et à pression ambiante, et son procédé de fabrication.The present invention relates to a superconducting wire of elongated shape such as a wire, a strip, a ribbon or a cable which has improved properties, composed of base metals and a non-metal such as for example Dysprosium, Neodymium, Tin, Selenium, and possible additive compounds, used at room temperature and at room pressure, and its manufacturing process.
Il est présenté ci-dessous un argumentaire du choix des métaux et du non métal des constituants de la partie supraconductrice du fil supraconducteur, pour éviter d’utiliser le cuivre Cu et/ou l’oxygène O (les oxydes).Below is an argument for the choice of metals and non-metals of the constituents of the superconducting part of the superconducting wire, to avoid using copper Cu and/or oxygen O (the oxides).
Le fil supraconducteur est représenté de manière théorique par un Hamiltonien.The superconducting wire is theoretically represented by a Hamiltonian.
Cet Hamiltonien peut présenter un terme d’énergie cinétique, un terme d’énergie libre, un terme de potentiel périodique, un terme de couplage spin-orbite, un terme de couplage spin-spin, un terme de couplage spins-bosons, un terme d’interaction électromagnétique.This Hamiltonian can present a kinetic energy term, a free energy term, a periodic potential term, a spin-orbit coupling term, a spin-spin coupling term, a spin-boson coupling term, a term electromagnetic interaction.
De plus dans une structure cristalline (un échantillon), pour ce qui concerne un électron de la bande de conduction, celui-ci a un moment angulaire total J égal à 1/2. La dimension selon l’axe de propagation (z) est généralement plus grand que celui des dimensions dans le plan (x, y) de l'échantillon considéré. C’est cet axe qui est pris en considération pour le moment angulaire de l'électron. L'électron de charge négative peut avoir deux états possibles; un état de spin -1/2 représenté par |↓>z ou un état de spin +1/2 noté |↑>z . De même, le moment angulaire d’un trou selon l'axe z Jz =-3/2 est noté par son état de spin |⇓>z ou un moment angulaire Jz=+3/2 avec un état de spin noté |⇑>z.Furthermore, in a crystal structure (a sample), for an electron in the conduction band, it has a total angular momentum J equal to 1/2. The dimension along the propagation axis (z) is generally larger than that of the dimensions in the plane (x, y) of the sample considered. It is this axis which is taken into consideration for the angular momentum of the electron. The negatively charged electron can have two possible states; a spin state -1/2 represented by |↓>z or a spin state +1/2 denoted by |↑>z. Similarly, the angular momentum of a hole along the z axis Jz =-3/2 is denoted by its spin state |⇓>z or an angular momentum Jz=+3/2 with a spin state denoted |⇑ >z.
Par ailleurs, les photons sont des particules bosoniques ayant un spin entier. Les photons polarisés circulairement à gauche |L> ou les photons polarisés circulairement à droite |R> ont une projection du moment angulaire égale à −1 ou +1, respectivement. Ainsi, quand un photon polarisé circulairement est absorbé par une transition du système, le moment angulaire doit être conservé par le système.Furthermore, photons are bosonic particles with an integer spin. Photons left circularly polarized |L> or photons right circularly polarized |R> have an angular momentum projection equal to −1 or +1, respectively. Thus, when a circularly polarized photon is absorbed by a transition of the system, the angular momentum must be conserved by the system.
La conservation du moment angulaire entraîne que seules les configurations de spins opposées sont autorisées ( |↑⇓>z ou |↓⇑>z ). Dans le cas où les spins du trou et de l'électron sont dans la même direction, le moment cinétique total des deux états de spin sera égal à ±2 . Dans l'approximation dipolaire électrique, la lumière ne peut exciter ces transitions appelées états noirs (|↑⇑>z ou |↓⇓>z ). Les états brillants correspondent à des états de spin antiparallèles ( |↑⇓>z ou |↓⇑>z ) qui interagissent avec la polarisation circulaire ( |L>, |R> ).Conservation of angular momentum results in only opposite spin configurations being allowed ( |↑⇓>z or |↓⇑>z ). In the case where the spins of the hole and the electron are in the same direction, the total angular momentum of the two spin states will be equal to ±2. In the electric dipole approximation, light cannot excite these transitions called dark states (|↑⇑>z or |↓⇓>z ). Bright states correspond to antiparallel spin states ( |↑⇓>z or |↓⇑>z ) which interact with circular polarization ( |L>, |R> ).
De plus, la description électromagnétique dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur peut être approchée par une cavité. La cavité est caractérisée par son champ électromagnétique à l’intérieur de celle-ci. Il est possible de décrire quantiquement ce champ en le décomposant en modes. Chaque mode évolue comme un oscillateur harmonique de fréquence ωmode.Additionally, the electromagnetic description in the superconducting part/layer of the superconducting wire can be approximated by a cavity. The cavity is characterized by its electromagnetic field inside it. It is possible to describe this field quantumly by breaking it down into modes. Each mode evolves as a harmonic oscillator of frequency ωmode.
En ne considérant que le mode fondamental de la cavité de fréquence ωc l'hamiltonien de la cavité s'écrit : Ĥcav = ωcâ†â. Dans lequel â (respectivement â†) est l'opérateur associé à l'annihilation (respectivement création) d'un photon dans le mode fondamental. L'état fondamental de cet hamiltonien, appelé aussi état vide |0>, correspond à une cavité vide sans photon. L'état |1> correspond à un photon à l'intérieur de la cavité, |2> correspond à deux photons et ainsi de suite.Considering only the fundamental mode of the cavity with frequency ωc, the Hamiltonian of the cavity is written: Ĥcav = ωcâ†â. In which â (respectively â†) is the operator associated with the annihilation (respectively creation) of a photon in the fundamental mode. The ground state of this Hamiltonian, also called empty state |0>, corresponds to an empty cavity without photons. State |1> corresponds to one photon inside the cavity, |2> corresponds to two photons and so on.
En considérant la cavité initialement dans l'état |0> , l'état d'énergie supérieure |1> est obtenu en appliquant l'opérateur création â†. La transformation de l'état |1> vers l'état |0> est obtenu en appliquant l'opérateur â.Considering the cavity initially in the state |0>, the higher energy state |1> is obtained by applying the creation operator â†. The transformation from state |1> to state |0> is obtained by applying the operator â.
Dans le cas d’une excitation résonnante, le champ considéré comme incident interagit avec le mode fondamental de la cavité. Le champ électromagnétique incident décrit par l'opérateur ĉin va se coupler avec le mode fondamental de la cavité et cet opérateur est proportionnel à l'opérateur champ électrique Êin qui est généralement normalisé pour que la quantité <ĉ†in ĉin > soit égale au nombre de photons incidents par unité de temps. Le champ considéré comme sortant après interaction avec la cavité est décrit par l'opérateur ĉout également normalisé pour que la quantité <ĉ†out ĉout > soit égale au nombre de photons émis par unité de temps.In the case of resonant excitation, the field considered as incident interacts with the fundamental mode of the cavity. The incident electromagnetic field described by the operator ĉin will couple with the fundamental mode of the cavity and this operator is proportional to the electric field operator Êin which is generally normalized so that the quantity <ĉ†in ĉin > is equal to the number of incident photons per unit of time. The field considered to exit after interaction with the cavity is described by the operator ĉout also normalized so that the quantity <ĉ†out ĉout> is equal to the number of photons emitted per unit of time.
De plus, d’après le principe d'exclusion de Pauli et en fonction de la conservation du moment angulaire, pour générer électromagnétiquement un électron avec un état |↓⇑>z il faut créer une paire électron-trou d'étatFurthermore, according to the Pauli exclusion principle and depending on the conservation of angular momentum, to electromagnetically generate an electron with a state |↓⇑>z it is necessary to create an electron-hole pair of state
|↓⇑>z . Pour que le moment angulaire soit conservé, le photon incident doit avoir un état de polarisation |R> et on en déduit donc que la transition |↑>z vers |↑↓⇑>z n'est excitable que par la polarisation circulaire |R>. Il en est de même, pour la transition |↓>z vers |↓↑⇓>z qui n'est excitable que par la polarisation circulaire|↓⇑>z . For the angular momentum to be conserved, the incident photon must have a polarization state |R> and we therefore deduce that the transition |↑>z to |↑↓⇑>z is only excitable by the circular polarization |R >. It is the same for the transition |↓>z to |↓↑⇓>z which is only excitable by circular polarization
|L>. Ces règles de sélection sont également valables pour un trou confiné.|L>. These selection rules are also valid for a confined hole.
Par ailleurs, compte tenu des distances entre chaque atome de la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur, soit de quelques angströms à quelques nanomètres, l’effet tunnel est possible entre les différents métaux / ou alliages et la longueur de cohérence pour une paire de Cooper est proche de 1 nm. Il en est de même pour le confinement du champ électromagnétique à l’intérieur de la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur.Furthermore, taking into account the distances between each atom of the superconducting part/layer of the superconducting wire, i.e. from a few angstroms to a few nanometers, the tunneling effect is possible between the different metals/or alloys and the coherence length for a pair of Cooper is close to 1 nm. The same goes for the confinement of the electromagnetic field inside the superconducting part/layer of the superconducting wire.
Les constituants de la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur, de préférence Dy∈ Ndσ Snλ Seδ (∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls), et des composés additifs éventuels, sont choisis pour que leur masse atomique soit élevée pour adapter l’interaction des phonons dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur, notamment à haute température critique.The constituents of the superconducting part/layer of the superconducting wire, preferably Dy∈ Ndσ Snλ Seδ (∈, σ, λ, δ: positive or zero), and possible additive compounds, are chosen so that their atomic mass is high for adapt the interaction of phonons in the superconducting part/layer of the superconducting wire, particularly at high critical temperatures.
Les constituants de la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur, de préférence Dy∈ Ndσ Snλ Seδ (∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls), et des composés additifs éventuels, sont choisis pour leurs fonctions d’onde antisymétriques avec des couches p et f disponibles pour favoriser les états triplets (7-uplets) de la fonction d’onde dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur.The constituents of the superconducting part/layer of the superconducting wire, preferably Dy∈ Ndσ Snλ Seδ (∈, σ, λ, δ: positive or zero), and possible additive compounds, are chosen for their antisymmetric wave functions with p and f layers available to favor the triplet states (7-tuples) of the wave function in the superconducting part/layer of the superconducting wire.
Les constituants de la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur, de préférence Dy∈ Ndσ Snλ Seδ (∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls), et des composés additifs éventuels, sont choisis pour leurs spins entiers de noyaux.The constituents of the superconducting part/layer of the superconducting wire, preferably Dy∈ Ndσ Snλ Seδ (∈, σ, λ, δ: positive or zero), and possible additive compounds, are chosen for their entire core spins.
Fe, SC, Y, La, Ce, Pr, Sm, Gd, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu peuvent également être associés dans certaines compositions d’alliages en prenant garde à la valeur du spin du noyau, de la masse atomique et aux fonctions d’onde antisymétriques.Fe, SC, Y, La, Ce, Pr, Sm, Gd, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu can also be associated in certain alloy compositions taking into account the value of the spin of the nucleus, the atomic mass and antisymmetric wave functions.
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur peut répondre à la formule constitutive suivante : M1∈ M2σ M3λ NM δ (∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls) dans laquelle M¹ M² M3représentent chacun un métal tel que par exemple Dy, Nd, Sn et NM représente un non métal tel que par exemple Se et des composés additifs éventuels. Les coefficients ∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls, permettent de faire différents dosages et/ou alliages avec des composés additifs éventuels.The superconducting part/layer of the superconducting wire can correspond to the following constitutive formula: M1∈ M2σM3λ NM δ (∈, σ, λ, δ: positive or zero) in which M¹ M² M3each represent a metal such as for example Dy, Nd, Sn and NM represents a non-metal such as for example Se and possible additive compounds. The coefficients ∈, σ, λ, δ: positive or zero, allow different dosages and/or alloys to be made with possible additive compounds.
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur a une structure cristalline (topologie de base sous forme de plans 2D) qui peut favoriser le transport d’électrons et de trous dans plusieurs plans (la densité d’états dépend linéairement de l’énergie).The superconducting part/layer of the superconducting wire has a crystal structure (basic topology in the form of 2D planes) which can promote the transport of electrons and holes in multiple planes (density of states depends linearly on energy) .
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur a une structure cristalline (topologie de base sous forme de plans 2D) qui permet de favoriser les états triplets (7-uplets) de spins (alignements parallèles ou antiparallèles).The superconducting part/layer of the superconducting wire has a crystal structure (basic topology in the form of 2D planes) which makes it possible to favor triplet states (7-tuples) of spins (parallel or antiparallel alignments).
Les constituants métalliques (les métaux) utilisés dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur sont choisi parmi les métaux ou alliages pour lesquels le confinement électromagnétique est le plus élevé pour favoriser les interactions avec les paires de Cooper.The metallic constituents (metals) used in the superconducting part/layer of the superconducting wire are chosen from metals or alloys for which the electromagnetic confinement is the highest to favor interactions with Cooper pairs.
Les constituants métalliques (les métaux) utilisés dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur sont choisi parmi les métaux ou alliages pour lesquels la longueur de cohérence entre les électrons permet la formation de paires de Cooper.The metallic constituents (metals) used in the superconducting part/layer of the superconducting wire are chosen from metals or alloys for which the coherence length between the electrons allows the formation of Cooper pairs.
Les constituants métalliques (les métaux) utilisés dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur sont choisi parmi les métaux ou alliages pour favoriser le confinement électromagnétique.The metallic constituents (metals) used in the superconducting part/layer of the superconducting wire are chosen from metals or alloys to promote electromagnetic confinement.
Les constituants métalliques (les métaux) utilisés dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur sont choisi parmi les métaux ou alliages pour favoriser la formation des paires de Cooper.The metallic constituents (metals) used in the superconducting part/layer of the superconducting wire are chosen from metals or alloys to promote the formation of Cooper pairs.
Les constituants métalliques (les métaux) utilisés dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur sont choisi parmi les métaux ou alliages pour favoriser la tenue mécanique et chimique, la densité de courant élevée, la tenue en température.The metallic constituents (metals) used in the superconducting part/layer of the superconducting wire are chosen from metals or alloys to promote mechanical and chemical resistance, high current density, and temperature resistance.
Le constituant non métal utilisé dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur permet de favoriser la formation de paires de Cooper.The non-metal constituent used in the superconducting part/layer of the superconducting wire helps promote the formation of Cooper pairs.
Le constituant non métal utilisé dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur permet de favoriser le confinement électromagnétique.The non-metal constituent used in the superconducting part/layer of the superconducting wire helps promote electromagnetic confinement.
Le constituant non métal utilisé dans la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur est choisi pour favoriser la la tenue mécanique et chimique, la densité de courant élevée, la tenue en température.The non-metal constituent used in the superconducting part/layer of the superconducting wire is chosen to promote mechanical and chemical resistance, high current density, and temperature resistance.
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur de forme allongée permet de conduire un courant électrique selon une direction principale correspondant à la longueur de l'élément.The superconducting part/layer of the elongated superconducting wire makes it possible to conduct an electric current in a main direction corresponding to the length of the element.
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur peut comprendre un support ou une gaine métallique qui constitue un circuit de conduction parallèle à celui du fil supraconducteur pour transporter le courant en cas de perte locale de la supraconductivité.The superconducting part/layer of the superconducting wire may comprise a metal support or sheath which constitutes a conduction circuit parallel to that of the superconducting wire to carry current in the event of local loss of superconductivity.
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur formée d'une seule rangée ou de plusieurs rangées juxtaposées sous forme de toron, notamment pour un câble, peut être entouré par une enveloppe externe assurant une protection électrique, mécanique et chimique. Cette enveloppe peut être réalisée en métal, par exemple en les mêmes métaux et alliages que précédemment, ou bien utiliser une enveloppe non métallique dont le rôle sera limité à la protection mécanique et chimique de l'ensemble, par exemple une enveloppe en résine synthétique.The superconducting part/layer of the superconducting wire formed of a single row or of several juxtaposed rows in the form of a strand, particularly for a cable, can be surrounded by an external envelope ensuring electrical, mechanical and chemical protection. This envelope can be made of metal, for example the same metals and alloys as previously, or use a non-metallic envelope whose role will be limited to the mechanical and chemical protection of the assembly, for example an envelope made of synthetic resin.
La partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur est constituée de cristaux. Ceux ci peuvent être obtenu par des procédés classiques faisant appel à des techniques de croissance cristalline telle que la transformation solide-solide, la croissance par fusion, la croissance en solution par fondant, la croissance en phase vapeur par évaporation thermique, bombardement électronique ou ablation au laser, la croissance en phase vapeur par les procédés de dépôt chimique en phase vapeur. Il est également possible d’utiliser des techniques de fabrication classique de monocristaux telles que la fusion de zone ou d'épitaxie. La croissance de ces cristaux fait qu'ils peuvent se développer sous forme d'aiguilles ou de lamelles allongées.The superconducting part/layer of the superconducting wire is made of crystals. These can be obtained by conventional processes using crystal growth techniques such as solid-solid transformation, growth by fusion, growth in solution by flux, growth in the vapor phase by thermal evaporation, electron bombardment or ablation. laser, vapor phase growth by chemical vapor deposition processes. It is also possible to use classic single crystal fabrication techniques such as zone fusion or epitaxy. The growth of these crystals means that they can develop in the form of needles or elongated lamellae.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le fil supraconducteur (1000) est stratifié.According to one embodiment of the present invention, the superconducting wire (1000) is laminated.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le fil supraconducteur (1000) est cylindrique.According to one embodiment of the present invention, the superconducting wire (1000) is cylindrical.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), l'épaisseur des joints métalliques de la partie / la couche supraconductrice du fil supraconducteur est comprise entre 1 et 1000 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the thickness of the metal joints of the superconducting part/layer of the superconducting wire is between 1 and 1000 nm.
Selon un mode de réalisation, le fil supraconducteur (1000) a une largueur comprise entre 0.6 de 0.8 µm.According to one embodiment, the superconducting wire (1000) has a width of between 0.6 and 0.8 µm.
Selon un mode de réalisation, le fil supraconducteur (1000) a une hauteur comprise entre 0.8 de 1.2 µm.According to one embodiment, the superconducting wire (1000) has a height of between 0.8 and 1.2 µm.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le fil supraconducteur (1000) comprend a minima, un premier substrat (1101) formé d'un matériau conducteur, une première couche intermédiaire (1102) disposée sur le premier substrat, et formée d'un matériau conducteur, une couche supraconductrice (1103), une deuxième couche intermédiaire (1104) disposée sur la couche supraconductrice et formée d'un matériau conducteur, un deuxième substrat (1105) formé d'un matériau conducteur disposée sur la deuxième couche intermédiaire, une couche protectrice (1300). Cet empilement permet entre autre de limiter les contraintes de dilatation thermique, de favoriser la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant élevée, le confinement électromagnétique.According to one embodiment of the present invention, the superconducting wire (1000) comprises at least, a first substrate (1101) formed of a conductive material, a first intermediate layer (1102) placed on the first substrate, and formed of a conductive material, a superconducting layer (1103), a second intermediate layer (1104) arranged on the superconducting layer and formed of a conductive material, a second substrate (1105) formed of a conductive material arranged on the second intermediate layer, a protective layer (1300). This stacking makes it possible, among other things, to limit thermal expansion constraints, to promote mechanical and chemical resistance, temperature resistance, high current density, and electromagnetic confinement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le fil supraconducteur (1000) comprend a minima, une couche (1101) formée d'un matériau conducteur, une couche intermédiaire (1102) formée d'un matériau conducteur, une couche supraconductrice (1103), une couche protectrice (1300). Cet assemblage permet entre autre de limiter les contraintes de dilatation thermique, de favoriser la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant élevée, le confinement électromagnétique. Dans cette configuration, les couches ont une forme cylindrique.According to one embodiment of the present invention, the superconducting wire (1000) comprises at least, a layer (1101) formed of a conductive material, an intermediate layer (1102) formed of a conductive material, a superconductive layer (1103 ), a protective layer (1300). This assembly makes it possible, among other things, to limit thermal expansion constraints, to promote mechanical and chemical resistance, temperature resistance, high current density, electromagnetic confinement. In this configuration, the layers have a cylindrical shape.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), le premier substrat (1101) a une hauteur moyenne de 100 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the first substrate (1101) has an average height of 100 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche (1101) a une épaisseur moyenne de 100 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the layer (1101) has an average thickness of 100 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la première couche intermédiaire (1102) a une hauteur moyenne de 100 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the first intermediate layer (1102) has an average height of 100 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche intermédiaire (1102) a une épaisseur moyenne de 100 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the intermediate layer (1102) has an average thickness of 100 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche supraconductrice (1103) a une hauteur moyenne de 400 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the superconducting layer (1103) has an average height of 400 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche supraconductrice (1103) a un diamètre moyen de 400 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the superconducting layer (1103) has an average diameter of 400 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la deuxième couche intermédiaire (1104) a une hauteur moyenne de 100 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the second intermediate layer (1104) has an average height of 100 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), le deuxième substrat (1105) a une hauteur moyenne de 100 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the second substrate (1105) has an average height of 100 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), le premier substrat / la couche (1101) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the first substrate/layer (1101) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, and the current density.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la première / la couche intermédiaire (1102) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant, et de faciliter le confinement électromagnétique et la supraconductivité dans la couche supraconductrice (1103).According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the first/intermediate layer (1102) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density, and to facilitate electromagnetic confinement and superconductivity in the superconducting layer (1103).
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche supraconductrice (1103) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant, et facilite le confinement électromagnétique et la supraconductivité.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the superconducting layer (1103) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density, and facilitates electromagnetic confinement and superconductivity.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la deuxième couche intermédiaire (1104) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant, et de faciliter le confinement électromagnétique et la supraconductivité dans la couche supraconductrice (1103).According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the second intermediate layer (1104) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density, and to facilitate electromagnetic confinement and superconductivity in the superconducting layer (1103).
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), le deuxième substrat (1105) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the second substrate (1105) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, and the current density.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche de protection (1300) a une épaisseur moyenne de 200 nm.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the protective layer (1300) has an average thickness of 200 nm.
Selon un mode de réalisation du fil supraconducteur (1000), la couche de protection (1300) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant.According to one embodiment of the superconducting wire (1000), the protective layer (1300) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, and the current density.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier substrat (1101) est réalisé en un matériau conducteur. Le premier substrat comporte une couche de base et une couche conductrice. La couche de base et la couche conductrice sont réalisées en un matériau conducteur. La résistivité de la couche conductrice est inférieure à la résistivité de la couche de base. La couche conductrice est disposée sur la couche de base. La couche de base est réalisée par exemple en acier inoxydable. La couche conductrice est constituée, par exemple d'un alliage métallique.
According to one embodiment of the present invention, the first substrate (1101) is made of a conductive material. The first substrate includes a base layer and a conductive layer. The base layer and the conductive layer are made of a conductive material. The resistivity of the conductive layer is lower than the resistivity of the base layer. The conductive layer is disposed on the base layer. The base layer is made for example of stainless steel. The conductive layer is made, for example, of a metal alloy.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche (1101) est réalisé en un matériau conducteur. La couche comporte une couche de base et une couche conductrice. La couche de base et la couche conductrice sont réalisées en un matériau conducteur. La résistivité de la couche conductrice est inférieure à la résistivité de la couche de base. La couche conductrice est disposée sur la couche de base. La couche de base est réalisée par exemple en acier inoxydable. La couche conductrice est constituée, par exemple d'un alliage métallique. La couche (1101) est disposée sur la couche intermédiaire (1102).According to one embodiment of the present invention, the layer (1101) is made of a conductive material. The layer includes a base layer and a conductive layer. The base layer and the conductive layer are made of a conductive material. The resistivity of the conductive layer is lower than the resistivity of the base layer. The conductive layer is disposed on the base layer. The base layer is made for example of stainless steel. The conductive layer is made, for example, of a metal alloy. The layer (1101) is disposed on the intermediate layer (1102).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première couche intermédiaire (1102) est disposée sur le premier substrat (1101). Plus précisément, la première couche intermédiaire est disposée sur la première couche conductrice. La première couche intermédiaire est réalisée en un matériau conducteur. La première couche intermédiaire est réalisée par exemple en titanate de strontium (SrTiO3) dopé au niobium (Nb).According to one embodiment of the present invention, the first intermediate layer (1102) is arranged on the first substrate (1101). More precisely, the first intermediate layer is placed on the first conductive layer. The first intermediate layer is made of a conductive material. The first intermediate layer is made for example of strontium titanate (SrTiO3) doped with niobium (Nb).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche intermédiaire (1102) est disposée sur la couche supraconductrice (1103). La couche intermédiaire est réalisée en un matériau conducteur. La couche intermédiaire est réalisée par exemple en titanate de strontium (SrTiO3) dopé au niobium (Nb).According to one embodiment of the present invention, the intermediate layer (1102) is arranged on the superconducting layer (1103). The intermediate layer is made of a conductive material. The intermediate layer is made for example of strontium titanate (SrTiO3) doped with niobium (Nb).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche supraconductrice (1103) est constituée d'un supraconducteur. La couche supraconductrice est constituée de Dysprosium (Dy), Néodyme (Nd), Etain (Sn), Sélénium (Se) telle que la formule de base soit Dy∈, Ndσ, Snλ, Seδ (∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls) et des composés additifs éventuels. Les coefficients ∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls, permettent de faire différents dosages et/ou alliages avec des composés additifs éventuels.According to one embodiment of the present invention, the superconducting layer (1103) consists of a superconductor. The superconducting layer is made up of Dysprosium (Dy), Neodymium (Nd), Tin (Sn), Selenium (Se) such that the basic formula is Dy∈, Ndσ, Snλ, Seδ (∈, σ, λ, δ: positive or zero) and possible additive compounds. The coefficients ∈, σ, λ, δ: positive or zero, allow different dosages and/or alloys to be made with possible additive compounds.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche supraconductrice du fil supraconducteur (1103) est disposée sur la première couche intermédiaire (1102).According to one embodiment of the present invention, the superconducting layer of the superconducting wire (1103) is disposed on the first intermediate layer (1102).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche supraconductrice du fil supraconducteur (1103) est disposée sous la couche intermédiaire (1102).According to one embodiment of the present invention, the superconducting layer of the superconducting wire (1103) is arranged under the intermediate layer (1102).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la deuxième couche intermédiaire (1104) est disposée sur la couche supraconductrice (1103). La deuxième couche intermédiaire est réalisée en un matériau conducteur. La deuxième couche intermédiaire est réalisée par exemple en titanate de strontium (SrTiO3) dopé au niobium (Nb).According to one embodiment of the present invention, the second intermediate layer (1104) is arranged on the superconducting layer (1103). The second intermediate layer is made of a conductive material. The second intermediate layer is made for example from strontium titanate (SrTiO3) doped with niobium (Nb).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième substrat (1105) est réalisé en un matériau conducteur. Le deuxième substrat comporte une couche conductrice et une couche de base. La couche conductrice et la couche de base sont réalisées en un matériau conducteur. La résistivité de la couche conductrice est inférieure à la résistivité de la couche de base. La couche de base est disposée sur la couche conductrice. La couche de base est réalisée par exemple en acier inoxydable. La couche conductrice est disposée sur la deuxième couche intermédiaire (1104). La couche conductrice est constituée, par exemple d'un alliage métallique.According to one embodiment of the present invention, the second substrate (1105) is made of a conductive material. The second substrate includes a conductive layer and a base layer. The conductive layer and the base layer are made of a conductive material. The resistivity of the conductive layer is lower than the resistivity of the base layer. The base layer is disposed on the conductive layer. The base layer is made for example of stainless steel. The conductive layer is disposed on the second intermediate layer (1104). The conductive layer is made, for example, of a metal alloy.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche de protection (1300) est agencée de manière à entourer la périphérie des couches décrites, pour protéger le fil supraconducteur. Plus précisément, la couche de protection est formée sur la surface extérieure de l’ensemble des couches. La couche de protection est réalisée en un matériau conducteur. La couche de protection est constituée, par exemple, d'argent ou d'un alliage d'argent. L'épaisseur de la couche de protection est de préférence égale ou inférieure à 200 nm.According to one embodiment of the present invention, the protective layer (1300) is arranged so as to surround the periphery of the layers described, to protect the superconducting wire. More precisely, the protective layer is formed on the exterior surface of all the layers. The protective layer is made of a conductive material. The protective layer consists, for example, of silver or a silver alloy. The thickness of the protective layer is preferably equal to or less than 200 nm.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le câble supraconducteur (2000) comprend plusieurs fils supraconducteurs (1000) toronnés. Chaque fil supraconducteur est enroulé en spirale autour de l'axe central d’un gabarit qui peut être par exemple un câble composé d’aluminium ou d’un alliage. La valeur minimale du rayon de courbure de chaque fil supraconducteur est de 20 mm ou moins.According to one embodiment of the present invention, the superconducting cable (2000) comprises several stranded superconducting wires (1000). Each superconducting wire is wound in a spiral around the central axis of a template which can for example be a cable made of aluminum or an alloy. The minimum value of the bending radius of each superconducting wire is 20mm or less.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé de fabrication intègre des procédés de dépôt chimique en phase vapeur, de dépôt de couche atomique, d'évaporation par faisceau d'électrons et/ou de pulvérisation magnétron. La substance supraconductrice est constituée de cristaux. Ceux ci peuvent être obtenu par des procédés classiques faisant appel à des techniques de croissance cristalline telle que la transformation solide-solide, la croissance par fusion, la croissance en solution par fondant, la croissance en phase vapeur par évaporation thermique, bombardement électronique ou ablation au laser, la croissance en phase vapeur par les procédés de dépôt chimique en phase vapeur.According to one embodiment of the present invention, the manufacturing process integrates chemical vapor deposition, atomic layer deposition, electron beam evaporation and/or magnetron sputtering processes. The superconducting substance is made of crystals. These can be obtained by conventional processes using crystal growth techniques such as solid-solid transformation, growth by fusion, growth in solution by flux, growth in the vapor phase by thermal evaporation, electron bombardment or ablation. laser, vapor phase growth by chemical vapor deposition processes.
Par ailleurs, par déposition contrôlée de l’étain en phase gazeuse sur un substrat solide il est possible de former une monocouche d’atomes d’étain de structure hexagonale bidimensionnelle isolante. Selon le type de substrat utilisé des couches d'adhérence sont nécessaires. Ces couches sont appliquées par pulvérisation magnétron. La température dépend de l'épaisseur de la couche à déposer. Les couches d'adhérence ont une épaisseur inférieure à 100 nm, c'est pourquoi la température de ne dépasse pas 40 °C. Le dépôt de couche est effectué dans une plage de pression de 8 × 10-4mbar à 5 × 10-3mbar. L'argon est utilisé comme gaz de pulvérisation. La pression de base est déterminante pour ces couches.Furthermore, by controlled deposition of tin in the gas phase on a solid substrate it is possible to form a monolayer of tin atoms with an insulating two-dimensional hexagonal structure. Depending on the type of substrate used, adhesion layers are necessary. These layers are applied by magnetron sputtering. The temperature depends on the thickness of the layer to be deposited. The adhesion layers have a thickness of less than 100 nm, which is why the temperature does not exceed 40 °C. The layer deposition is carried out in a pressure range of 8 × 10 -4 mbar to 5 × 10 -3 mbar. Argon is used as a spray gas. The base pressure is decisive for these layers.
Premièrement le premier substrat est déposé. Deuxièmement la première couche intermédiaire est déposée. Troisièmement la couche supraconductrice est déposée. Quatrièmement la deuxième couche intermédiaire est déposée. Cinquièmement, le deuxième substrat est déposé. Sixièmement, la couche de protection est déposée par pulvérisation. Par ailleurs, ce procédé peut comprendre la préparation de granules de substance supraconductrice cristalline constitués par au moins une rangée formée d'au moins un cristal d'une substance supraconductrice possédant un axe privilégié correspondant au plus grand côté de la maille cristalline, puis un revêtement d’au moins deux faces opposées des granules, parallèles aux axes cristallographiques privilégiés des cristaux, avec un film comprenant au moins une couche de métal ou d'alliage métallique ; puis un assemblage de granules entre eux de façon à former une rangée s'étendant selon la direction principale de l'élément dans laquelle les granules sont en contact par leurs faces opposées recouvertes du film métallique et dans laquelle les axes cristallographiques privilégiés de tous les cristaux font sensiblement le même angle avec la direction principale; et un traitement thermique pour réunir les granules entre eux par des joints métalliques formés à partir desdits films.First the first substrate is deposited. Secondly the first intermediate layer is deposited. Thirdly the superconducting layer is deposited. Fourthly the second intermediate layer is deposited. Fifth, the second substrate is deposited. Sixth, the protective layer is deposited by spraying. Furthermore, this process may comprise the preparation of granules of crystalline superconducting substance constituted by at least one row formed of at least one crystal of a superconducting substance having a preferred axis corresponding to the largest side of the crystalline mesh, then a coating at least two opposite faces of the granules, parallel to the preferred crystallographic axes of the crystals, with a film comprising at least one layer of metal or metal alloy; then an assembly of granules between them so as to form a row extending in the main direction of the element in which the granules are in contact by their opposite faces covered with the metal film and in which the privileged crystallographic axes of all the crystals make approximately the same angle with the main direction; and a heat treatment to join the granules together by metal joints formed from said films.
Dans le cas d’une configuration cylindrique, premièrement la couche supraconductrice est déposée, deuxièmement la couche intermédiaire est déposée, troisièmement la couche conductrice est déposée, quatrièmement la couche de protection est déposée par pulvérisation.In the case of a cylindrical configuration, first the superconducting layer is deposited, secondly the intermediate layer is deposited, thirdly the conductive layer is deposited, fourthly the protective layer is deposited by sputtering.
Il est possible également d’utiliser une matrice à base d’alliage d’argent (AgCu, AgAu, AgMg, AgPd), celle ci améliore surtout les propriétés mécaniques et augmente la résistivité de la matrice limitant ainsi les pertes. L'ensemble est soumis à une série de procédés comme l’étirage par une opération d'extrusion, de laminage et de traitements thermiques. Un certain nombre de ces tubes en forme de filaments sont empilés. Cet assemblage est alors extrudé à nouveau pour atteindre un certain diamètre. Ceci conduit à un rapport, largeur sur épaisseur, important (environ 10). Les grains élémentaires des composés se présentent alors sous forme de plaquettes que l'on peut observer au microscope et qui s’alignent facilement par un procédé mécanique. Ce procédé débouche ainsi sur la réalisation d'un fil de section rectangulaire.It is also possible to use a matrix based on a silver alloy (AgCu, AgAu, AgMg, AgPd), which mainly improves the mechanical properties and increases the resistivity of the matrix, thus limiting losses. The whole is subjected to a series of processes such as stretching through an extrusion operation, rolling and heat treatments. A number of these filament-like tubes are stacked. This assembly is then extruded again to reach a certain diameter. This leads to a significant width to thickness ratio (around 10). The elementary grains of the compounds then appear in the form of platelets which can be observed under a microscope and which are easily aligned by a mechanical process. This process thus results in the production of a wire with a rectangular section.
La présente invention a été décrite en référence à divers modes de réalisation. Dans la mesure du possible, un ou plusieurs éléments, composants, constituants, structures, modules des modes de réalisation décrits peuvent être combinés, séparés, interchangés, réarrangés avec un ou plusieurs autres éléments, composants, constituants, structures, modules des modes de réalisation sans s'écarter de la portée de l'invention divulguée.The present invention has been described with reference to various embodiments. To the extent possible, one or more elements, components, constituents, structures, modules of the embodiments described may be combined, separated, interchanged, rearranged with one or more other elements, components, constituents, structures, modules of the embodiments without departing from the scope of the disclosed invention.
La présente invention n'est pas limitée par la description des différents modes de réalisation. L'homme de l’art peut obtenir d'autres manières de mise en œuvre à partir des solutions techniques de la présente invention.
The present invention is not limited by the description of the different embodiments. Those skilled in the art can obtain other ways of implementation from the technical solutions of the present invention.
Claims (2)
un premier substrat (1101) formé d'un matériau conducteur, le premier substrat (1101) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant,
une première couche intermédiaire (1102) disposée sur le premier substrat, et formée d'un matériau conducteur, la première couche intermédiaire (1102) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant, et de faciliter le confinement électromagnétique et la supraconductivité dans la couche supraconductrice (1103),
une couche supraconductrice (1103), disposée sur la première couche intermédiaire (1102), la couche supraconductrice (1103) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant, et facilite le confinement électromagnétique et la supraconductivité, la couche supraconductrice est constituée de Dysprosium (Dy), Néodyme (Nd), Etain (Sn), Sélénium (Se) (∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls), les coefficients ∈, σ, λ, δ : positifs ou nuls, permettent de faire différents dosages et/ou alliages avec des composés additifs éventuels,
une deuxième couche intermédiaire (1104) disposée sur la couche supraconductrice (1103) et formée d'un matériau conducteur, la deuxième couche intermédiaire (1104) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant, et de faciliter le confinement électromagnétique et la supraconductivité dans la couche supraconductrice (1103),
un deuxième substrat (1105) formé d'un matériau conducteur disposée sur la deuxième couche intermédiaire (1104), le deuxième substrat (1105) permet d’augmenter la tenue mécanique et chimique, la tenue en température, la densité de courant,
une couche protectrice (1300) formée sur la surface extérieure de manière à entourer la périphérie des couches décrites, pour protéger le fil supraconducteur.Superconducting wire (1000) used at room temperature and ambient pressure, comprising,
a first substrate (1101) formed of a conductive material, the first substrate (1101) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density,
a first intermediate layer (1102) placed on the first substrate, and formed of a conductive material, the first intermediate layer (1102) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density, and facilitate electromagnetic confinement and superconductivity in the superconducting layer (1103),
a superconducting layer (1103), arranged on the first intermediate layer (1102), the superconducting layer (1103) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density, and facilitates electromagnetic confinement and the superconductivity, the superconducting layer is made up of Dysprosium (Dy), Neodymium (Nd), Tin (Sn), Selenium (Se) (∈, σ, λ, δ: positive or zero), the coefficients ∈, σ, λ, δ : positive or zero, allow different dosages and/or alloys to be made with possible additive compounds,
a second intermediate layer (1104) placed on the superconducting layer (1103) and formed of a conductive material, the second intermediate layer (1104) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density, and to facilitate electromagnetic confinement and superconductivity in the superconducting layer (1103),
a second substrate (1105) formed of a conductive material placed on the second intermediate layer (1104), the second substrate (1105) makes it possible to increase the mechanical and chemical resistance, the temperature resistance, the current density,
a protective layer (1300) formed on the outer surface so as to surround the periphery of the described layers, to protect the superconductor wire.
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