极低电阻膜及使其改性的方法或产生方法

专利名称：极低电阻膜及使其改性的方法或产生方法
技术领域：
本发明总的涉及在高温下具有极低电阻的膜或带("ELR膜"或"ELR带")，更特别涉及使现有ELR膜改性和/或产生以改善的工作特性进行工作的新ELR膜。
背景技术：
正在进行的研究试图获得具有改善的工作特性的新材料，例如，相比现有的材料，在较高温度下减少的电阻，包括超导材料。科学家们已经使"理想导体"或以极低电阻工作的材料的可能存在理论化，但这未必展示出超导材料的所有常规接受的特性。尽管常规高温超导("HTS")材料名为如此，但仍在非常低的温度下工作。事实上，最常用的HTS材料仍然需要冷却系统的使用，该冷却系统使用具有非常低的沸点的液体(例如液氮)。这种冷却系统增加了实施成本并且无助于这种材料的广泛商业和消费者使用和/或应用。所需要的是具有得到改善的工作特性的ELR膜；使已知的ELR膜改性使得经改性的ELR膜以得到改善的工作特性工作；和/或设计和制造新的ELR膜的技术。


包括附图以提供对发明的进一步理解，且附图构成本说明书的一部分，这些

了本发明的各种示例性实施方式，并连同详细描述用于解释本发明的各种原理和/或方面。图I以从第一角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图2以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图3以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图4说明了 ELR材料的晶体结构的概念性力学模型。图5说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的得到改善的晶体结构的概念性力学模型。图6说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的得到改善的晶体结构的概念性力学模型。图7说明了根据本发明各种实施方式的示例性ELR材料的得到改善的晶体结构的概念性力学模型。图8说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的得到改善的晶体结构的概念性力学模型。
图9说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的得到改善的晶体结构的概念性力学模型。图10以从第二角度观察的方式说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的经改性的晶体结构。图11以从第一角度观察的方式说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的经改性的晶体结构。图12说明了根据本发明各种实施方式由ELR材料生产经改性的材料的流程图。图13A-13J说明了根据本发明的各种实施方式制备经改性的ELR材料。图14是根据本发明的各种实施方式将改性材料沉积到ELR材料上的流程图。图15说明了用于确定根据本发明各种实施方式的经改性的ELR材料的各种工作 特性的试验台。图16A-16G说明了显示出经改性的ELR材料的各种工作特性的试验结果。图17以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图18以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图19以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图20说明了根据本发明的各种实施方式用于传播电荷的改性材料和ELR材料的设置。图21说明了示例性ELR材料的晶胞。图22以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图23说明了根据本发明的各种实施方式的示例性的经表面改性的ELR材料的晶体结构的多个层。图24说明了显示出根据本发明的各种实施方式的经改性的ELR材料(即以铬作为改性材料且以YBCO作为ELR材料)的各种工作特性的试验结果。图25说明了显示出根据本发明的各种实施方式的经改性的ELR材料(即以钒作为改性材料且以YBCO作为ELR材料)的各种工作特性的试验结果。图26说明了显示出根据本发明的各种实施方式的经改性的ELR材料(即以铋作为改性材料且以YBCO作为ELR材料)的各种工作特性的试验结果。图27说明了显示出根据本发明的各种实施方式的经改性的ELR材料(即以铜作为改性材料且以YBCO作为ELR材料)的各种工作特性的试验结果。图28说明了显示出根据本发明的各种实施方式的经改性的ELR材料(即以钴作为改性材料且以YBCO作为ELR材料)的各种工作特性的试验结果。图29说明了显示出根据本发明的各种实施方式的经改性的ELR材料(即以钛作为改性材料且以YBCO作为ELR材料)的各种工作特性的试验结果。图30以从第三角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图31说明了用于描述本发明的各种实施方式的参考坐标系。图32说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的c膜。图33说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的带有适当表面的c膜。图34说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的带有适当表面的c膜。图35说明了根据本发明各种实施方式在ELR材料的适当表面上成层的改性材料。
图36说明了根据本发明各种实施方式在ELR材料的适当表面上成层的改性材料。图37说明了根据本发明各种实施方式的ELR材料的c膜，该膜具有蚀刻表面，包括适当表面。图38说明了根据本发明的各种实施方式在ELR材料的c膜的蚀刻表面上成层的改性材料，该膜具有适当表面。图39说明了根据本发明的各种实施方式的ELR材料的a_b膜，包括任选衬底，具
有适当表面。图40说明了根据本发明的各种实施方式在ELR材料的a_b膜的适当表面上成层的改性材料。图41说明了根据本发明的各种实施方式的ELR材料、改性材料、缓冲或绝缘层的 层和/或衬底的各种示例性设置。图42说明了根据本发明的各种实施方式用于形成经改性的ELR材料的方法。图43说明了可以根据本发明的各种实施方式进行的额外加工的实施例。图44说明了根据本发明的各种实施方式用于形成经改性的ELR材料的方法。图45以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。图46以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构。发明概述一般来说，本发明的各种实施方式涉及使现有的ELR材料改性和/或用于产生新ELR材料的工艺。在本发明的一些实施方式中，将现有的ELR材料进行改性以产生具有得到改善的工作特性的经改性的ELR材料。这些工作特性可以包括但不限于在较高温度下在ELR状态(包括例如超导状态)中工作、在相同(或更高)的温度下以增加的电荷携带能力工作、以得到改善的磁性性能工作、以得到改善的力学性能工作、和/或其它得到改善的工作特性。如下文进一步出于说明目的所详细描述的，ELR材料包含超导材料，包括HTS材料；理想导电材料(例如理想导体)；和具有极低电阻的其它导电材料。在本发明的一些实施方式中，一种方法包括将改性材料成层到ELR膜的适当表面上以产生经改性的ELR膜，其中经改性的ELR膜相比没有改性材料的ELR膜具有得到改善的工作特性。在本发明的一些实施方式中，一种方法包括在ELR膜之上或之内形成适当表面和将改性材料成层到ELR膜的适当表面上以产生经改性的ELR膜，其中经改性的ELR膜相比仅ELR膜或没有改性材料的ELR膜具有得到改善的工作特性。在本发明的其它实施方式中，适当表面基本不平行于ELR膜的c平面。在本发明的各种实施方式中，得到改善的工作特性包括在较高温度下在ELR状态中工作、在相同或更高的温度下以增加的电荷携带能力工作、以得到改善的磁性性能工作、或以得到改善的力学性能工作。在本发明的一些实施方式中，将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将改性材料沉积在ELR膜的适当表面上。在本发明的其它实施方式中，将改性材料沉积在ELR膜的适当表面上包括使用MBE、PLD或CVD。在本发明的一些实施方式中，将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括在ELR膜的面上将改性材料成层，该面基本不平行于ELR膜中的ELR材料的晶体结构的c平面。在本发明的一些实施方式中，将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括在ELR膜的面上将改性材料成层，该面平行于ELR材料的晶体结构的ab平面。在本发明的一些实施方式中，将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括在ELR膜的面上将改性材料成层，该面平行于ELR材料的晶体结构的a平面或b平面。在本发明的一些实施方式中，将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、铍、镓或硒成层到ELR膜的适当表面上。在本发明的一些实施方式中，在ELR膜之上或之内形成适当表面包括将ELR膜之上或之内的适当表面暴露。在本发明的一些实施方式中，在ELR膜之上或之内形成适当表面包括将ELR材料 成层到衬底上，使得ELR材料的晶体结构的特定轴沿着衬底的主轴取向，其中特定轴是在ELR材料的晶体结构的c平面之内的直线。在本发明的其它实施方式中，特定轴是a轴或b轴。在本发明的一些实施方式中，使ELR膜的适当表面暴露包括蚀刻ELR的膜主要表面以增加主要表面的表面积。在本发明的一些实施方式中，使ELR膜的适当表面暴露包括在ELR膜中产生图案，由此暴露一个或多个ELR膜的适当表面。在本发明的一些实施方式中，在ELR膜的主要表面中产生图案包括在ELR膜的ELR材料中刻出槽。在本发明的一些实施方式中，槽基本在ELR膜的主轴方向中。在本发明的一些实施方式中，槽具有基本等于ELR材料的厚度的深度。在本发明的一些实施方式中，槽具有小于ELR材料的厚度的深度。在本发明的一些实施方式中，至少一个槽的宽度大于10nm。在本发明的一些实施方式中，将改性材料沉积到槽中。在本发明的一些实施方式中，一种方法包括在ELR膜的主要表面中产生至少一个槽，由此暴露ELR膜的面，该经暴露的面是平行于ELR膜中的ELR材料的晶体结构的ab平面的面，并将改性材料沉积到经暴露的面上。在本发明的一些实施方式中，将改性材料沉积到经暴露的面上包括将改性材料的单一单元层(unit layer)沉积到经暴露面上。在本发明的一些实施方式中，将改性材料沉积到经暴露的面上包括将改性材料的两个或更多个单元层沉积到经暴露的面上。在本发明的一些实施方式中，在ELR膜的适当表面上将改性材料成层包括在ELR膜的面上将改性材料成层，该面基本不平行于ELR膜的c平面。在本发明的一些实施方式中，一种方法包括将改性材料结合到ELR材料以形成经改性的ELR材料，其中经改性的ELR材料在比仅ELR材料或没有改性材料的ELR材料的温度高的温度下工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料是超导材料。在本发明的一些实施方式中，在ELR材料上将改性材料成层以形成经改性的ELR材料，该经改性的ELR材料具有相对于仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料得到改善的工作特性。ELR材料可选自于称为混合价态的铜氧化物钙钛矿的ELR材料族。在本发明的一些实施方式中，改性材料可以选自于如下组中的任何一种或组合铬(Cr)、铜(Cu)、铋(Bi)、钴(Co)、钒(V)、钛(Ti)、铑(Rh)、铍(Be)、镓(Ga)和 / 或硒(Se)。在本发明的一些实施方式中，复合物包括ELR材料，和结合到ELR材料的改性材料，使得复合物在比仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料的温度高的温度在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，一种复合物包含第一层和第二层，该第一层包含ELR材料，该第二层包含改性材料，其中第二层结合于第一层。在本发明的一些实施方式中，一种复合物包含第一层、第二层、第三层和改性材料的第四层，该第一层包含ELR材料，该第二层包含改性材料，其中第二层结合于第一层，第三层包含ELR材料，其中第三层结合于第四层。在本发明的一些实施方式中，将第二层沉积到第一层上。在本发明的一些实施方式中，将第一层沉积到第二层上。在本发明的一些实施方式中，在第二层上形成第一层的ELR材料。在本发明的一些实施方式中，第一层具有ELR材料的至少一个单个晶态晶胞的厚度。在本发明的一些实施方式中，第一层具有ELR材料的几个晶态晶胞的厚度。在本发明的一些实施方式中，第二层具有至少一个改性材料的单个单元(例如原子、分子、晶体、晶胞或其它单元)的厚度。在本发明的一些实施方式中，第二层具有改性材料的几个单元的厚度。在本发明的一些实施方式中，一种复合物包含第一层和第二层，第一层包含YBC0，第二层包含改性材料，其中第二层的改性材料结合于第一层的YBC0，其中改性材料是选自包括如下的组中的任何一种或多种元素铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、铍、镓、或硒。在本发明的 一些实施方式中，第二层的改性材料结合于第一层的YBCO的面，其中该面基本平行于YBCO的c轴。在本发明的一些实施方式中，第二层的改性材料结合于第一层的YBCO的面，其中该面基本平行于YBCO的ab平面。在本发明的一些实施方式中，第二层的改性材料结合于第一层的YBCO的面，其中该面基本垂直于YBCO的b轴。在本发明的一些实施方式中，第二层的改性材料结合于第一层的YBCO的面，其中该面基本垂直于YBCO的a轴。在本发明的一些实施方式中，ELR材料包含超导材料。在本发明的一些实施方式中，ELR材料包括混合价态的铜氧化物钙钛矿材料。在本发明的一些实施方式中，混合价态的铜氧化物钙钛矿材料可选自通常称为LaBaCuO、LSCO、YBCO, BSCCO、TBCCO, HgBa2Ca2Cu3Ox或其它混合价态的铜氧化物钙钛矿材料的组。在本发明的一些实施方式中，ELR材料包括铁的磷属元素化物材料。在本发明的一些实施方式中，ELR材料包括二硼化镁。在本发明的一些实施方式中，改性材料可以是导电材料。在本发明的一些实施方式中，改性材料可以是易于与氧结合的材料。在本发明的一些实施方式中，改性材料可以是易于与氧结合的导电材料("氧结合性导电材料")。在本发明的一些实施方式中，改性材料可以是铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、铍、镓、或硒的组合中的任何一个或组合。在本发明的一些实施方式中，可以使用ELR材料和改性材料的各种组合。在本发明的一些实施方式中，ELR材料是YBC0，而改性材料是铬。在本发明的一些实施方式中，ELR材料与改性材料的复合物在比仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料高的温度下工作。在本发明的一些实施方式中，复合物在比仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料的温度高的温度下显示了 ELR。在本发明的一些实施方式中，复合物在比仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料的温度高的温度下从非ELR状态转变为ELR状态。在本发明的一些实施方式中，复合物的转变温度高于仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料的转变温度。在本发明的一些实施方式中，复合物在ELR状态携带的电流量比仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料的携带的电流量更大。在本发明的一些实施方式中，复合物在比仅ELR材料或不具有改性材料的ELR材料高的温度下工作在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，复合物在大于如下温度中的任一者的温度下在ELR状态中工作200K、210K、220K、230K、240K、250K、260K、270K、280K、290K、300K 或 310K。在其中ELR材料是YBCO的本发明的一些实施方式中，复合物具有相对于仅YBCO材料或不具有改性材料的YBCO材料得到改善的工作特性。在其中ELR材料是YBCO的本发明的一些实施方式中，复合物在比仅YBCO或没有改性材料的YBCO的温度高的温度下工作。在其中ELR材料是YBCO的本发明的一些实施方式中，复合物在比仅YBCO或没有改性材料的YBCO的温度高的温度下显示出极低电阻。在其中ELR材料是YBCO的本发明的一些实施方式中，复合物在比仅YBCO或没有改性材料的YBCO的温度高的温度下从非ELR状态转变为ELR状态。在其中ELR材料是YBCO的本发明的一些实施方式中，复合物的转变温度高于仅YBCO或没有改性材料的YBCO的转变温度。在其中ELR材料是YBCO的本发明的一些实施方式中，复合物在ELR状态携带的电流量比仅YBCO或没有改性材料的YBCO在ELR状态所携带的电流量更大。在本发明的一些实施方式中，ELR复合物包含第一层和第二层，第一层包含ELR材料，而第二层包含结合于第一层的ELR材料的改性材料，其中ELR复合物具有比仅ELR材料或没有改性材料的ELR材料得到改善的工作特性。
具体实施例方式从以下的详细说明、附图和权利要求的考虑中给出各种特征、优势与本发明的实施方式，或使各种特征、优势与本发明的实施方式变得清楚。要理解，详细描述和附图都是示例性的，且旨在提供进一步的解释，而不限制权利要求中的给出的本发明的范围。 本发明的各种实施方式涉及ELR膜(其包括ELR材料)，更特别的是使现有ELR膜改性和/或产生新的ELR膜，所述膜以得到改善的工作特性工作。新的ELR膜可以包括例如复合物、产品、制造方法、方法限定的产品、制造新ELR膜的方法，从而例如获取新的技术效果。出于本说明书的目的，极低电阻("ELR")材料可以包括超导材料，包括但不限于HTS材料；理想导电材料(例如理想导体)；和具有极低电阻的其它导电材料。此外，出于本说明书的目的，关于本发明的ELR材料和/或各种实施方式的工作特性可以包括但不限于ELR材料在其ELR状态(例如关于超导体，超导状态)的电阻、ELR材料向其ELR状态的转变温度、ELR材料在ELR状态中的电荷传播能力、ELR材料的一种或多种磁性能、ELR材料的一种或多种力学性能、和/或ELR材料的其它工作特性。此外，出于本说明书的目的，"极低电阻"是在量级上类似于II类超导材料在其超导状态中的磁通流阻的电阻，且可通常根据基本纯铜在293K下电阻率的零Q-cm到五十分之一(1/50)范围内的电阻率来表示。例如，如本文所使用的，基本纯铜是99. 999%的铜。在本发明的各种实施方式中，部分经改性的和/或新的ELR材料具有零Q -cm到3. 36 X 10_8 Q -cm的电阻率。ELR材料，特别是超导材料的转变温度(有时也称为临界温度)的增量改善似乎基于试错法，而不是对ELR材料工作机理的理解。在没有这种理解的情况下，对已知ELR材料(或其类材料)的转变温度(或其它工作特性)以及新ELR材料的设计的进一步改善是有限的。如通常理解的，转变温度是这样的温度低于此温度，ELR材料“工作”或展示(或开 始展示)极低的电阻，和/或其它与ELR材料相关的现象。当以极低电阻工作时，将ELR材料称为处于ELR状态中。在高于转变温度的温度下，ELR材料停止展示极低电阻，并将ELR材料称为处于非ELR状态中。换句话说，转变温度对应于ELR材料在其非ELR状态和其ELR状态之间变化的温度。将会理解，对于一些ELR材料，转变温度可以是ELR材料在其非ELR状态和其ELR状态之间变化的温度范围。还将会理解，ELR材料可以在转变温度中具有滞后，一个转变温度为ELR材料温暖时，另一转变温度为ELR材料冷却时。图31说明了可用于描述本发明的各种实施方式的参考坐标系3100。参考坐标系3100包括称为a轴、b轴、c轴的一组轴。出于本说明书的目的提及a轴则包括a轴和任何与其平行的其它轴；提及b轴则包括b轴和任何与其平行的其它轴；提及c轴则包括c轴和任何与其平行的其它轴。各对轴在参考坐标系3100中形成一组平面，称为a平面、b平面和c平面，其中a平面由b轴和c轴形成，且垂直于a轴；b平面由a轴和c轴形成，且 垂直于b轴；而c平面由a轴和b轴形成，且垂直于c轴。出于本说明书的目的提及a平面则包括a平面和任何与其平行的平面；提及b平面则包括b平面和任何与其平行的平面；而提及c平面则该包括c平面和任何与其平行的平面。此外，关于本文所述的各种晶体结构的"面"或"表面"，有时可以将与a平面平行的面称为"b-c"的面；有时可以将平行于b平面的面称为"a-c"面；而有时可以将平行于c平面的面称为"a-b"面。图I以从第一角度观察的方式说明了示例性ELR材料的晶体结构100，该角度即为垂直于晶体结构100的"a-b"面且平行于其c轴的角度。图2以从第二角度观察的方式说明了晶体结构100，该角度即为垂直于晶体结构100的"b-c"面且平行于其a轴的角度。图22说明了示例性ELR材料的晶体结构100的额外深度(即进入页面)。出于本说明书的目的，图I、图2和图22中所示的示例性ELR材料是各种ELR材料的总体代表。在本发明的一些实施方式中，示例性ELR材料可以是称为混合价态的铜氧化物钙钛矿的超导材料的族的代表。混合价态的铜氧化物钙钛矿材料包括但不限于LaBaCuOx, LSCO(例如La2^xSrxCuO4 等)，YBCO (例如 YBa2Cu3O7 等)，BSCCO (例如 Bi2Sr2Ca2Cu3O10 等)，TBCCO (例如Tl2Ba2Ca2Cu3O10 或 TlmBa2CalriCunO2lrt^s) ,HgBa2Ca2Cu3Ox，和其它混合价态的铜氧化物钙钛矿材料。其它混合价态铜氧化物钛矿材料可以包括但不限于各种阳离子替换，如将会理解的。还将会理解，上述命名的混合价态的铜氧化物钙钛矿材料可称为总体类别的材料，在这些材料中存在许多不同的配方。在本发明的一些实施方式中，示例性ELR材料可以包括混合价态的铜氧化物钙钛矿材料族以外的HTS材料("非钙钛矿材料")。这种非钙钛矿材料 可以包括但不限于铁的磷属元素化物、二硼化镁(MgB2)和其它非钙钛矿。在本发明的一些实施方式中，示例性ELR材料可以是其它超导材料。将会理解，可以根据本发明的其它方面利用具有空隙的其它材料210。将会理解，许多ELR材料具有的结构类似于(虽然未必相同)具有不同原子、原子组合、和/或晶格设置的晶体结构100的结构。如图2所示，以示例性ELR材料的两个完整晶胞描绘了晶体结构100,上方的一个晶胞以线110表示,而下方的一个晶胞以线110表示。图21显示了示例性ELR材料的单一晶胞2100。一般来说，且将会理解，示例性ELR材料的晶胞2100包括六个"面"平行于c平面的两个"a-b"面；平行于b平面的两个"a-c"面；和平行于a平面的两个"b_c"面(参见例如图31)。还将会理解，ELR材料的"表面"在宏观意义上可包含多个晶胞2100(例如数百、数千个或更多)。本说明书中提及的平行于特定平面(例如a平面，b平面或c平面)的ELR材料的"表面"或"面"表示该表面主要由晶胞2100基本平行于特定的平面的面形成(即绝大多数)。此外，本说明书中提及的平行于a平面，b平面或c平面之外的平面(例如下述的ab平面等)的ELR材料的"表面"或"面"表示由晶胞2100的面的一些混合形成，这些面在总体宏观意义上形成基本平行于这样的其它平面的表面。研究表明一些ELR材料显示出电阻现象的各向异性(即方向性)的依赖性的现象。换句话说，在给定温度和电流密度下的电阻取决于关于晶体结构100的方向。例如，在ELR状态中，一些ELR材料在零电阻在a轴方向和/或在b方向可以携带的电流比这种材料在c轴方向携带的电流显著更大。轴如将会理解的，各种ELR材料在各种性能现象(包括电阻现象)中在不同于这些上述方向的方向，这些上述方向之外的额外方向，或这些上述方向的组合展示出各向异性。出于本说明书的目的，提及趋于在第一方向展示电阻现象(和类似用语)的材料表示材料支持在第一方向的这种现象；提及不趋于在第二方向展示电阻现象(和类似用语)的材料表示材料不支持在第二方向的这种现象，或从其它方向将减少的方式支持。 已知ELR材料的常规理解迄今仍未能理解在晶体结构100内由多个空隙原子250形成的空隙210引起电阻现象的原因。(参见例如图21，在该图中空隙210在单个晶胞2100中并非很明显。)如将进一步所描述的，空隙210存在于许多已知ELR材料中。在某种意义上，空隙原子250可视为在空隙210周围形成不连续原子"边界"或"外围"。在本发明的一些实施方式中，如图2所示，空隙210出现在晶体结构100的第一部分220和第二部分230之间，虽然在本发明的一些实施方式中，空隙210中可出现各种其它晶体结构的其它部分。虽然图2、图3和在基于将原子描绘为“球”的附图的其它地方中说明了空隙210、空隙310、和其它空隙，但将理解，这种空隙特别地与晶体结构100中的各种原子(包括空隙原子250)的电子及其相关的电子密度(未示出)有关，且通过所述电子及其相关的电子密度而成型。根据本发明的各个方面，空隙210促进电荷通过晶体结构100的传播，且当空隙210促进电荷通过晶体结构100的传播时，ELR材料在其ELR状态中工作。出于本说明书的目的，"传播"，"传播的"和/或"促进传播"(连同其各自形式)一般是指"传导"，"导电"和/或"促进传导"和它们各自形式；"传输"、"传输的"和/或"促进传输"和它们各自的形式；"引导"、"引导的"和/或"促进引导"和它们各自的形式；和/或"携带"、"携带的"和/或"促进携带"和它们各自的形式。出于本说明书的目的，电荷可以包括正电荷或负电荷，和/或这种电荷对或其它组。出于本说明书的目的，载流子可以包括但不限于电子。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播负电荷。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播正电荷。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播电荷对或其它组。本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播载流子。本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播载流子对或其它组。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播一个或多个粒子形式的载流子。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播一个或多个粒子形式的电子、电子对和/或电子组。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播一个或多个波或波群(wave packet)形式的电荷。在本发明的一些实施方式中，空隙210通过晶体结构100传播一个或多个波或波群(wave packet)形式的电子、电子对和/或电子组。在本发明的一些实施方式中，通过晶体结构100的电荷传播可以是类似于波导传播的方式。在本发明的一些实施方式中，空隙210可以是关于通过晶体结构100传播电荷的波导。波导及其工作通常很好理解。特别地，围绕波导内部的壁可对应于空隙210周围的空隙原子250的边界或外围。与波导工作 相关的一个方面是其横截面。通常，波导横截面与能够通过波导传播的信号的波长有关。因此，通过空隙210传播的电荷的波长可与空隙210的横截面相关。在原子级别，空隙210和/或其横截面可随着ELR材料的温度变化而显著变化。例如，在本发明的一些实施方式中，ELR材料的温度变化可导致空隙210及其工作特性的改变，这进而可导致ELR材料在其ELR状态到其非ELR状态之间的转变。在本发明的一些实施方式中，随着ELR材料的温度增加，空隙210可限制或阻碍电荷通过晶体结构100的传播，且对应的ELR材料可从其ELR状态转变到其非ELR状态。在本发明的一些实施方式中，随着ELR材料的温度增加，空隙210的横截面可改变，由此抑制空隙210以类似于波导的方式工作，且对应的ELR材料可从其ELR状态转变到其非ELR状态。同样，在本发明的一些实施方案中，随着ELR材料的温度降低，空隙210可促进(与限制或阻碍相反)通过晶体结构100电荷的传播，且对应的ELR材料可从其非ELR状态转变到ELR状态。在本发明的一些实施方式中，空隙210和横截面可改变，由此促进空隙210作为波导(或以类似于波导的方式)的工作，且对应的ELR材料可从其非ELR状态转变到ELR的状态。根据本发明的各种实施方式，只要空隙210"维持"在给定ELR材料内，那么ELR材料就应在ELR状态中工作。在本发明的各种实施方式中，只要空隙210维持在给定的ELR材料内，空隙210就应在ELR状态中工作。在本发明的各种实施方式中，维持该空隙210可以包括维持空隙210在ELR状态中；维持空隙210在ELR状态中通过晶体结构100传播电荷的能力；相对于彼此维持空隙原子250使得ELR材料在ELR状态中工作；在晶体结构100内相对于其它原子维持空隙原子250使得ELR材料在ELR状态中工作；维持空隙210横截面足以使电荷传播通过其中，使得ELR材料保持于ELR状态中；维持空隙210的横截面使其不阻碍、限制，或以其它方式干扰电荷的传播，使得ELR材料保持于ELR状态中；维持空隙210的横截面足以使电流通过其中，使得ELR材料保持于ELR状态中；维持空隙210的横截面，使其不会干扰载流子使得ELR材料保持于ELR状态中；维持空隙210基本免于阻碍使得ELR材料保持于ELR状态中；维持空隙210使得ELR材料以得到改善的工作特性工作；增强空隙210使得ELR材料以得到改善的工作特性在ELR状态中工作；增强空隙210，使得增强的空隙以得到改善的工作特性在ELR状态中工作；和/或以其它方法维持空隙210使得ELR材料在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，在现有ELR材料内维持空隙210可改善这些现有ELR材料的工作特性。根据本发明的各种实施方式，在新材料内维持空隙210可导致新的ELR材料，其中一些可具有相对于现有ELR材料得到改善的工作特性。根据本发明的各种实施方式，只要空隙210维持在给定的ELR材料内，随着温度升高，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要维持空隙210从而使电荷传播通过晶体结构100，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要维持空隙210从而使载流子传播通过晶体结构100，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要在给定ELR材料内相对于彼此维持空隙原子250，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要在给定ELR材料内的晶体结构100内相对于彼此维持空隙原子250，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要空隙210的横截面维持足以使电荷传播通过给定ELR材料内空隙210，ELR材料应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要空隙210的横截面维持足以使载流子传播通过给定ELR材料内的空隙210，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要维持空隙210的横截面使得电荷受到通过空隙210的极少干扰或没有干扰，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要维持空隙210的横截面使得载流子受到通过空隙210的极少干扰或没有干扰，ELR材料应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，只要维持空隙210的横截面基本免于给定ELR材料内的阻碍，ELR材料就应在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，可维持空隙210和/或设计用于维持，使得空隙210/传播电荷通过其中，而具有极少或没有干扰。在本发明的一些实施方式中，通过空隙210传播的电荷与空隙210的"壁"或边界弹性碰撞，类似于光波导中发生反射的方式。更特别地，通过空隙210传播的电荷与各种空隙原子250弹性碰撞，包括空隙210的边界或壁。只要这种碰撞是弹性的，电荷在传播通过空隙210时就会经历最小损失(即"电阻")。空隙，例如但不限于图2中的空隙210，存在于各种ELR材料中，例如但不限于图
3、图17、图18、图19、图45、图46等以及如下所述的各种ELR材料。如所示，这种空隙是ELR材料中的一部分或全部的晶体结构所固有的。取决于ELR材料的晶体结构的精确配置、晶体结构的原子组成以及在晶体结构内的原子排列，ELR材料中存在各种形式、形状、尺寸和数量的空隙210，如根据本说明书将会理解的。通过各种ELR材料的晶体结构100在各种轴的方向延伸的空隙210的存在和不存在符合由这种ELR材料显示的各向异性的依赖性。例如，如将在下文详细讨论的，在图3、图17、图18、图19、图45、图46等所示的各种ELR材料具有在其中这些材料显示出电阻现象的方向中延伸的空隙；类似地，这些ELR材料不趋于具有在其中这些材料不显示出电阻现象的方向中延伸的空隙。例如，YBC0-123展示出在a轴和b轴方向的电阻现象，但不趋于展示出在c轴方向的电阻现象。在图3、图11和图30中所示的ELR材料360对应于YBC0-123。与由YBC0-123显示的电阻现象的各向异性的依赖性一致，图3说明了空隙310通过晶体结构300在a轴方向延伸；图30说明了空隙310和空隙3010通过晶体结构300在b轴方向延伸；且图11说明了没有合适的空隙通过晶体结构300在c轴方向延伸。空隙210和/或其横截面可以取决于空隙原子250的各种原子特性。这样的原子特性包括但不限于原子尺寸、原子量、电子数量、键的数量、键的长度、键的强度、空隙原子之间的键角、空隙原子和非空隙原子之间的键角、和/或同位素数目。可基于空隙原子250的对应原子特性选择这些空隙原子从而相对于晶体结构和/或其内的原子在尺寸、形状、刚性和它们的振动模式(在幅度、频率和方向方面)方面优化空隙210。在本发明的一些实施方式中，至少一些空隙原子250包括具有高电负性的原子，例如但不限于氧。在本发明的一些实施方式中，至少一些空隙原子250包括理解为在其体形式中具有某种程度的电导率的元素的原子。在本发明的一些实施方式中，一些空隙原子250包括具有高电负性的原子，而一些其它空隙原子250包括理解为具有某种程度的电导率的元素的原子。在本发明的一些实施方式中，空隙原子250可以提供通过空隙210传播的电荷(例如电子等)源。在本发明的一些实施方式中，空隙原子250可以提供可易于获得的电荷源，用于通过空隙210发生这类电荷的流动。空隙210和/或其横截面可以取决于"非空隙原子"的各种原子特性(即，晶体结构100中空隙原子250以外的原子)。这种原子特性包括但不限于原子尺寸、原子量、电子数量、电子结构、键的数量、键的类型、不同键、多个键、键的长处、键的强度和/或同位素数量。可基于非空隙原子的对应原子特性选择这些非空隙原子从而相对于晶体结构和/或其内的原子在尺寸、形状、刚性和它们的振动模式(在幅度、频率和方向方面)方面优化空隙210。在本发明的一些实施方式中，非空隙原子可以提供通过空隙210传播的电荷(例如电子等)源。在本发明的一些实施方式中，非空隙原子可以提供可易于获得的电荷源，用于通过空隙210发生这类电荷的流动。在本发明的一些实施方式中，空隙210可以取决于非空隙原子相对于空隙原子 250的各种原子特性。在本发明的一些实施方式中，空隙210可以取决于空隙原子250相对于非空隙原子的各种原子特性。在本发明的一些实施方式中，空隙210可以取决于空隙原子250相对于其它空隙原子250的各种原子特性。在本发明的一些实施方式中，空隙210可以取决于非空隙原子相对于其它非空隙原子的各种原子特性。根据本发明的各种实施方式，在晶体结构110内对空隙210的改变可以影响电阻现象。根据本发明的各种实施方式，对空隙210的横截面的改变可以影响电阻现象。根据本发明的各种实施方式，对空隙210内的阻碍的改变可以影响电阻现象，所述改变包括对阻碍的尺寸，阻碍的数量、或这种阻碍出现的频率或概率的改变。在本发明的一些实施方式中，这种阻碍可以取决于空隙原子250的各种原子特性。在本发明的一些实施方式中，这种阻碍可以取决于非空隙原子的各种原子特性。原子特性包括但不限于原子尺寸、原子量、电子数量、电子结构、键的数量、键的类型、不同键、多个键、键的长处、键的强度和/或同位素数量。根据本发明的各种实施方式，空隙210的物理结构的改变，包括形状和/或其横截面尺寸的改变，可以影响电阻现象。根据本发明的各种实施方式，空隙210的电子结构的改变可以影响电阻现象。根据本发明的各种实施方式，影响空隙原子250的晶体结构100的改变可以影响电阻现象。影响空隙原子250的改变可以包括但不限于1)空隙原子的核相对于其它空隙原子的位移；2)非空隙原子的核相对于空隙原子的位移；3)空隙和/或非空隙原子可能能态的改变；和4)这种可能的能态的占据的改变。任何这种改变或这种改变的组合可以影响空隙210。例如，随着晶体结构100的温度增加，空隙210的横截面可以改变，这是由于晶体结构100内的各种原子的振动，以及晶体结构100中的原子的能态或其占据的改变。晶体结构100的物理弯曲、拉伸或压缩也可以影响各种原子在晶体结构100内的位置，并因此影响空隙210的横截面。施加于晶体结构100上的磁场也可以影响各种原子在晶体结构100内的位置，并因此影响空隙210的横截面。声子对应于晶体结构100内的振动的各种模式。晶体结构100中的声子可以与传播通过晶体结构100的电荷相互作用。更特别地，晶体结构100中的声子可以导致晶体结构100内的原子(例如空隙原子250、非空隙原子等)与传播通过晶体结构100的电荷相互作用。较高的温度导致较高的声子幅度，并且可以导致晶体结构100中的声子、原子以及这种电荷之间的增加的相互作用。本发明的各种实施方式可以最小化、减少或以其他方式改性晶体结构100内的这种声子、原子以及晶体结构100内的这种电荷之间的相互作用。
在本发明的一些实施方式中，可以进行对现有ELR材料的晶体结构100的改性从而在晶体结构100内维持空隙210，由此允许现有ELR材料以改善的工作特性工作。在本发明的一些实施方式中，可以进行对现有ELR材料的晶体结构100的改性从而在较高温度下在晶体结构100内维持空隙210，由此允许现有ELR材料以改善的工作特性工作。在本发明的一些实施方式中，可以进行对现有ELR材料的晶体结构100的改性从而在较高温度下在晶体结构100内维持空隙210，由此允许现有ELR材料在较高温度下保持于ELR状态中和/或具有增加的电流能力和/或具有其它改善的工作特性。在本发明的一些实施方式中，可以设计具有在较高温度下形成和维持空隙210和/或具有增加的电流能力和/或具有其它改善的工作特性的新ELR材料。各种机理可用于使晶体结构100改性从而维持空隙210。在本发明的一些实施方式中，将空隙210维持在液氮的温度、液氮的温度附近，或高于液氮的温度。在本发明的一些实施方式中，将空隙210维持在固体二氧化碳的温度、固体二氧化碳的温度附近，或高于固体二氧化碳的温度。在本发明的一些实施方式中，将空隙210维持在液氨的温度、液氨的温度附近，或高于液氨的温度。在本发明的一些实施方式中，将空隙210维持在液态氟利昂的各种配制剂的温度、液态氟利昂各种配制剂的温度附近，或高于液态氟利昂各种配制剂的温度。在本发明的一些实施方式中，将空隙210维持在冻 结水(frozen water)的温度、冻结水的温度附近，或高于冻结水的温度。在本发明的一些实施方式中，将空隙210维持在室温、室温附近，或高于室温(例如21°C )。因此，可以产生各种新ELR材料，或者以现有ELR材料的改性的形式，或者以新的ELR材料的设计和形成的形式。在本发明的一些实施方式中，ELR材料在液氮的温度，在液氮的温度附近，或高于液氮的温度在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料在固体二氧化碳的温度，在固体二氧化碳的温度附近，或高于固体二氧化碳的温度在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料在液氨的温度，在液氨的温度附近，或高于液氨的温度在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料在液态氟利昂的温度，在液态氟利昂的温度附近，或高于液态氟利昂的温度在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料在冻结水的温度，在冻结水的温度附近，或高于冻结水的温度在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料在室温，在室温附近，或高于室温(例如21°C )在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料的一部分在上述这些温度的任何一种或多种、在上述这些温度的任何一种或多种的附近、或高于上述这些温度的任何一种或多种下在ELR状态中工作。图3从第二角度说明了示例性ELR材料360的晶体结构300。示例性ELR材料360是通常称为"YBCO"的超导材料，某些配制剂的YBCO在具有约90K的转变温度。特别地，图3所示的示例性ELR材料360是YBC0-123。示例性ELR材料360的晶体结构300包括钇("Y")、钡("Ba")、铜("Cu")和氧("0")的各种原子。如图3所示，在晶体结构300内由空隙原子350 (即钇、铜和氧的原子)形成空隙310。在空隙310中的钇空隙原子之间的横截面距离为约0. 389nm,空隙310中的氧空隙原子之间的横截面距离为约0. 285nm，而空隙310中的铜空隙原子之间的横截面距离为约0. 339nm。图30从第三角度说明了示例性ELR材料360的晶体结构300。类似上述关于图3所描述的，示例性ELR材料360是YBC0-123，而在晶体结构300内由空隙原子350 (即钇、铜和氧的原子)形成空隙310。在这一方向，在空隙310中的钇空隙原子之间的横截面距离为约0. 382nm，在空隙310中的氧空隙原子之间的横截面距离是约0. 288nm，而空隙310中铜的空隙原子之间的横截面距离为约0. 339nm。在这一方向，除了空隙310，示例性ELR材料360的晶体结构300还包括空隙3010。空隙3010出现在晶体结构300的b轴方向。更特别地，空隙3010出现在晶体结构300中的示例性ELR材料360的单独晶胞之间。在晶体结构300内由空隙原子3050 (即钡、铜和氧的原子)形成空隙3010。空隙3010中的钡空隙原子3050之间的横截面距离为约0. 430nm,空隙3010中的氧空隙原子3050之间的横截面距离为约0. 382nm，而空隙3010中的铜空隙原子3050之间的横截面距离为约0. 382nm。在本发明的一些实施方式中，空隙3010以类似于本文关于空隙310所描述的方式工作。出于本说明书的目的，在YBCO中的空隙310可称为"钇空隙"、而YBCO中的空隙3010可称为"钡空隙"，基于它们各自的空隙原子350、3050的组成。图17以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料1760的晶体结构1700。示例性ELR材料1760是通常称为"HgBa2CuO4"的HTS材料，其具有约94K的转变温度。示例性ELR材料1760的晶体结构1700包括汞("Hg")、钡("Ba")、铜("Cu")和氧 ("0")的各种原子。如图17中所示，在晶体结构1700内由空隙原子(即钡、铜和氧的原子)形成空隙1710。 图18以从第二角观察的方式说明了示例性ELR材料1860的晶体结构1800。示例性ELR材料1860是通常称为"H2Ca2Ba2Cu3Oltl"的HTS材料，其具有约128K的转变温度。示例性ELR材料1860的晶体结构1800包括铊("Tl")、钙("Ca")、钡("Ba")、铜("Cu")和氧("0")的各种原子。如图18所示，在晶体结构1800内由空隙原子形成空隙1810，所述空隙原子包含钙、钡、铜和氧的原子。也如图18中所示的，在晶体结构1800内也可由第二空隙原子形成第二空隙1820，所述第二空隙原子包含钙、铜和氧的原子。第二空隙1820可以以类似于空隙1810的方式工作。图19以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料1960的晶体结构1900。示例性ELR材料1960是通常称为"La2CuO4"的HTS材料，其具有约39K的转变温度。示例性ELR材料1960的晶体结构1900包括镧("La")、铜("Cu")和氧("0")的各种原子。如图19中所示，在晶体结构1900内由包含镧和氧的原子的空隙原子形成空隙1910。图45以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料4560的晶体结构4500。示例性ELR材料4560是通常称为"As2Baa 34Fe2K0.66"的HTS材料，其具有约38K的转变温度。示例性ELR材料4560是有时被称为"铁的磷属元素化物"的ELR材料族的代表。示例性ELR材料4560的晶体结构4500包括砷("As")、钡("Ba")、铁("Fe")和钾("K")的各种原子。如图45中所示，在晶体结构4500内由包含钾和砷的原子的空隙原子形成空隙4510。图46以从第二角度观察的方式说明了示例性ELR材料4660的晶体结构4600。示例性ELR材料4660是通常称为"MgB2"的HTS材料，其具有约39K的转变温度。示例性ELR材料4660的晶体结构4600包括镁("Mg")和硼("B")的各种原子。如图46中所示，在晶体结构4600内由包含镁与硼的原子的空隙原子形成空隙4610。在图3、图17、图18、图19、图30、图45和图46中所示的前述示例性ELR材料分别显示了各种空隙在这种材料内的存在。各种其它ELR材料具有类似的空隙。一旦归于电阻现象，就可利用空隙和它们的对应晶体结构来改善现有ELR材料的工作特性，从现有的ELR材料获得得到改善的ELR材料和/或设计和构成新的ELR材料。在本发明的一些实施方式中，可以使用各种计算机建模工具将空隙和它们的晶体结构进行建模，从而改善各种ELR材料的工作特性。为了方便描述，在下文将ELR材料360 (及其伴随特性和结构)通称为各种ELR材料，包括但不限于ELR材料1760，ELR材料I860和在附图中说明的其它ELR材料，不只是关于图3所说明和描述的ELR材料。图4说明了晶体结构100的概念性力学模型400。概念性模型400包括三个弹簧，即弹簧S1、弹簧Sf和弹簧S2,以及两个物体，即物体M1和物体M2。出于此说明书的目的，可以将弹簧S1模拟(model)为在一侧连接于刚性壁410而在另一侧连接于物体乂。弹簧S1和物体M1可一起用于模拟晶体结构100的第一部分220。物体M1连合于弹簧S1与弹簧Sf之间。弹簧Sf可用于模拟晶体结构100的空隙210 (即在第一部分220和第二部分230之间相互作用的力)。弹簧Sf连合于物体M1和物体M2之间。物体M2连合于Sf弹簧与弹簧S2之间。弹簧S2和物体M2可以一起用于模拟晶体结构100的第二部分230。再次，出于本说明书的目的，可以将弹簧S2模拟为连接于刚性壁420。可以以显而易见的方式模拟其它的晶体结构。在图4中的弹簧代表晶体结构100内的原子组之间的相互作用的力。可以根据良好确立的模拟技术以弹簧模拟这些力中的每者。虽然在图4中以单一维度描绘弹簧，但应该理解，可在三个维度模拟弹簧，这将会是显而易见的；然而，这种三维的描绘对于理解本发明或其实施方式是不必要的。如将会理解的，温度和原子的振动(例如声子)是相关的。特别地，ELR材料的温度随着ELR材料原子的振动增加而增加。这些振动的幅度和频率与在给定的ELR材料内存在的各种力和质量有关。关于晶体结构100,弹黃SpS2和Sf以及物体M1和M2影响力学丰旲型的振动，这些振动进而模拟晶体结构100随着温度的增加所经历的振动，这可进而影响空隙210。根据本发明的各种实施方式，这些振动影响空隙210。根据本发明的各种实施方式，在超过转变温度的温度，振动改变或以其它方式影响空隙210，使得ELR材料在其非ELR状态中工作(例如空隙210的横截面限制、阻碍或以其它方式不促进电荷通过空隙210的传播)；然而，在低于转变温度的温度，振动不会防止ELR材料在其ELR状态工作(例如空隙210的横截面促进电荷通过空隙210的传播)。根据本发明的各种实施方式，在超过转变温度的温度，振动改变或以其它方式影响空隙原子250，使得ELR材料转变为其非ELR工作状态和/或在其非ELR状态中工作(或换句话说，停止在其ELR状态中工作)。根据本发明的各种实施方式，在超过转变温度的温度，振动改变或以其它方式影响非空隙原子，使得ELR材料转变为其非ELR工作状态和/或在其非ELR状态中工作。根据各种发明的各种实施方式,可对各种已知ELR材料的晶体结构进行改性(由此生产新的材料衍生物)，使得经改性的ELR材料以相对于已知ELR材料得到改善的工作特性工作。根据本发明的各种实施方式，可对各种已知ELR材料的晶体结构进行改性，使得在较高温度下维持空隙210。根据本发明的各种实施方式，可对各种已知ELR材料的晶体结构进行改性(由此生产新的ELR材料衍生物)，使得空隙210在较高温度下传播电荷。根据 本发明的各种实施方式，可设计和制造各种新的和以前未知的ELR材料的晶体结构，使得新的ELR材料以相对于现有ELR材料得到改善的工作特性工作。根据本发明的各种实施方式，可设计和制造各种新的和以前未知的ELR材料的晶体结构，使得在较高温度下维持空隙210。根据本发明的各种实施方式，可设计和制造各种新的和以前未知的ELR材料的晶体结构，使得空隙210在较高温度下传播电荷。根据本发明的各种实施方式，晶体结构100中的空隙210具有足以通过晶体结构100传播电荷的尺寸的横截面，使得ELR材料360在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，晶体结构100中(具有0. 20nm-l. OOnm的横截面)的那些空隙210可以通过晶体结构100传播电荷，使得ELR材料360在ELR状态中工作。根据本发明的各种实施方式，晶体结构100中的空隙210具有足以通过晶体结构100传播电荷的尺寸的横截面，使得空隙210在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，晶体结构100中(具有尺寸为0. 20nm-l. OOnm的横截面)的那些空隙210可以通过晶体结构100传播电荷，使得空隙210在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，改善和设计以得到改善的工作特性工作的ELR材料可包括分析空隙210和晶体结构100的力学方面(例如力、距离、质量、振动模式等)，使得 维持空隙210足以在较高温度下仍保持于ELR状态中。在本发明的一些实施方式中，改善和设计以得到改善的工作特性工作的ELR材料可包括分析晶体结构100中的原子(包括但不限于空隙原子250)的电学方面(例如吸引性和排斥性原子力、电导率、电负性等)，使得维持该空隙210足以在较高温度下仍保持于ELR状态中。在本发明的一些实施方式中，改善和设计以得到改善的工作特性工作的ELR材料可包括分析空隙210和晶体结构100以及其内原子的电学方面和力学方面，使得维持该空隙210足以在较高温度下仍在ELR状态中工作。在本发明的一些实施方式中，从概念上讲，可以改变弹簧S1的弹簧常数，使得s/ ^S1，如图5中所示。经改变的弹簧常数趋于改变力学模型的振动的幅度、模式、频率、方向和/或其它的振动特性。经改变的弹簧常数可以引导晶体结构100中的对应改变，例如晶体结构100中的第一部分220的刚性的改变。晶体结构100的第一部分220的刚性可以通过改变第一部分220内的各种原子以影响第一部分220内的原子的键长、键强度、键角、键数量或其它原子特性来改变。晶体结构100的第一部分220的刚性可以通过将较少或较多的原子结合于第一部分220由此有效地改变弹簧S1的弹簧常数来改变，如将会理解那样。在本发明的一些实施方式中，从概念上讲，可以改变弹簧S2的弹簧常数，使得S2’古S2，如图6中所示。如上所述，经改变的弹簧常数趋于改变力学模型的振动的幅度、模式、频率、方向和/或其它的振动特性。经改变的弹簧常数可以引导晶体结构100中的对应改变，例如晶体结构100中的第二部分230的刚性的改变，该改变的方式类似于上述关于弹簧S1的方式。晶体结构100的第二部分230的刚性可以通过将较少或较多的原子结合于第二部分230由此有效地改变弹簧S2的弹簧常数来改变，如将会理解那样。在本发明的一些实施方式中，再次从概念上讲，可以改变弹簧Sf的弹簧常数，使得S/古Sf，如图7中所示。如上所述，经改变的弹簧常数趋于改变力学模型的振动的幅度、模式、频率、方向和/或其它的振动特性。经改变的弹簧常数可以引导晶体结构100中的对应改变，例如晶体结构100内形成的空隙210的刚性的改变。这可通过多种途径完成，包括但不限于改变空隙210的形状直到一种形状的强度在结构上不同于其它形状，改变空隙原子之间的键强度，改变键角，改变晶体结构100的振动模式，改变空隙原子250，或以其它方式。这也可例如通过如下方式完成在晶体结构100上方将材料成层，使得该材料的原子通过在第一部分220和第二部分230之间形成一个或多个键跨越该空隙210，由此有效地改变弹簧Sf的弹簧常数，如将会理解的那样。换句话说，跨越空隙210的原子引入了与Sf并行的额外弹簧S，其实际上改变第一部分220和第二部分230之间的弹簧常数。在下文关于各种实验性试验结果描述了在晶体结构100上方将材料的这种成层材料的改性。在本发明的一些实施方式中，再次从概念上讲，可以降低物体M1的质量，使得M1，< M1,如图8所示。降低的质量趋于改变力学模型的振动的幅度、模式、频率、方向和/或其它的振动特性。减少的质量可以引导晶体结构100中的对应改变，这最终可以导致在较高温度下在晶体结构100内维持和/或稳定化空隙210。这可以通过例如如下方式完成 在晶体结构100的第一部分内220使用较小的分子和/或原子或以较小的分子和/或原子取代各种较大的分子和/或原子。通过降低物体M2的质量实现类似的效果。在本发明的一些实施方式中，再从概念上讲，可增加物体M1的质量，使得M/ >M1,如图9所示。增加的质量趋于改变力学模型的振动的幅度、模式、频率、方向和/或其它的振动特性。增加的质量可以引导晶体结构100中的对应改变，这最终可以导致在较高温度下在晶体结构100内维持和/或稳定化空隙210。这可以通过例如如下方式完成在晶体结构100的第一部分内220使用较大的分子和/或原子或以较大的分子和/或原子取代各种较小的分子和/或原子。可通过增加物体M2的质量实现类似的效果。在本发明的各种实施方式中，可以进行上文关于图5-9所描述的各种变化的任何组合来改变力学模型的振动，这可以引导晶体结构100中的对应改变，从而在较高温度下维持空隙210。在本发明的一些实施方式中，各种变化之间的折衷可能是必要的，从而对于空隙210的维持提供净改善。在本发明的一些实施方式中，可以使用晶体结构100的三维电脑模型来设计具有在较高温度下维持适当空隙210的ELR材料。这样的模型可用于分析空隙原子250和/或非空隙原子之间的相互作用，以及它们随温度变化对空隙210的各自影响，这将是清楚的。例如，各种计算机模拟工具可用于目视和分析晶体结构100，和特别是目视和分析晶体结构100中的空隙210。一种这样的计算机模拟工具称为"Jmol"，它是以3D观察和操纵化学结构的开源 Java 查看器(viewer)。可在 http://www. jmol. org 获得 Jmol。在本发明的一些实施方式中，可模拟晶体结构100的各种三维计算机模型以确定和评价晶体结构100和其内的原子相互作用。这样的计算机模型可以使用密度泛函理论("DFT")。使用DFT的计算机模型可用于基于维持空隙210设计新的ELR材料和使现有ELR材料改性，使得根据本文描述的本发明的各种理论(如将会理解的那样)这些ELR材料在ELR状态中工作。 在本发明的一些实施方式中，可以根据各种已知技术选择弹簧和物体的组合来改变影响晶体结构100内的空隙210的振动(包括其相关振动特性)。换句话说，可以更改和/或改变弹簧和物体从而改变晶体结构100内的各种振动的幅度、模式、频率、方向和/或其它的振动特性从而使它们对空隙210的影响最小化。举例来说，可以改性和/或选择弹簧和物体以便允许晶体结构100内的振动为平行(或基本平行)于通过空隙210传播电荷的方向，由此减少这种振动对空隙210的影响。进一步举例来说，可以改性和/或选择弹簧和物体以便调整晶体结构100内的各种共振频率从而在不同温度下通过空隙210传播电荷。在本发明的一些实施方式中，可以选择弹簧和物体的组合以便在晶体结构100内维持空隙210，而无论晶体结构100内经历的振动。换句话说，减少、增加和/或以其它方式改变晶体结构100内的振动可以不影响电阻现象，如果空隙210本身得到维持。图10以从第二角度观察的方式说明了根据本发明各种实施方式的经改性的ELR材料1060的经改性的晶体结构1010。图11以从第一角度观察的方式说明了根据本发明各种实施方式的经改性的ELR材料1060的经改性的晶体结构1010。将ELR材料360 (例如，如在图3和其它地方所示的)改性以形成经改性的ELR材料1060。改性材料1020与ELR材料360的(图3的)晶体结构300的原子形成键，以形成经改性的ELR材料1060的经改性的晶体结构1010，如图11中所示。如所示，改性材料1020桥接了第一部分320和第二部分330之间的间隙，由此特别地改变了经改性的晶体结构1010的 振动特性，特别是在空隙310的区域中。在这样做时，改性材料1020在较高温度下维持空隙310。参考图7，改性材料1020用于通过例如充当与弹簧Sf并行的一个或多个额外弹簧来改变弹簧Sf的有效弹簧常数。因此，在本发明的一些实施方式中，具体选择改性材料1020以适合于晶体结构300中的适当原子并与这些适当原子结合。在本发明的一些实施方式中，如图10所示，改性材料1020结合于与b平面(例如"a-c"面)平行的晶体结构300的面。在其中改性材料1020结合于"a_c"面的这种实施方式中，在a轴方向延伸、且具有位于a平面中的横截面的空隙310得到维持。在这样的实施方式中，载流子在a轴的方向流过空隙310。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020结合于与a平面(例如"b_c"面)平行的晶体结构300的面。在其中改性材料1020结合于"b-c"面的实施方式中，在b轴方向延伸、且具有位于b平面中的横截面的空隙310得到维持。在这样的实施方式中，载流子在b轴的方向流过空隙310。本发明的各种实施方式包括使用改性材料1020成层ELR材料360的特定表面(即，以改性材料1020使ELR材料360的特定表面改性)。如从该说明书所认识到的，提及使ELR材料360的"表面改性"最终包括使ELR材料360的一个或多个晶胞2100的面改性(和在某些情况下多于一个面)。换句话说，改性材料1020实际结合于ELR材料360的晶胞2100中的原子。例如，使平行于a平面ELR材料360的表面改性包括使晶胞2100的"b_C"面改性。同样，使平行于b平面的ELR材料360的表面改性包括使晶胞2100的"a_c"面改性。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020结合于ELR材料360的表面，该表面基本平行于与c轴平行的任意平面。出于本说明书的目的，将平行于c轴的平面通称为ab平面，并包括a平面和b平面，如将会理解的。如将会理解的，由晶胞2100的"a-c"和"b_c"面的一些混合形成平行于a b平面的ELR材料360的表面。在其中改性材料1020结合于平行于ab平面的表面的实施方式中，在a轴方向延伸的空隙310和在b轴方向延伸的空隙310得到维持。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是导电材料。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是具有高氧亲和力(即，容易与氧结合的材料)的材料("氧结合性材料")。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是容易与氧结合的导电材料("氧结合性的导电材料")的导电材料。这种氧结合性的导电材料可以包括但不限于铬、铜、铋、钴、钒和钛。这种氧结合性的导电材料还可以包括但不限于铑或铍。其它改性材料可以包括镓或硒。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铬(Cr)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铜(Cu)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铋(Bi)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是钴(Co)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是钒(V)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是钛(Ti)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铑(Rh)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铍(Be)。在本 发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是镓(Ga)。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是硒(Se)。在本发明的一些实施方式中，其它元素可用作改性材料1020。在本发明的一些实施方式中，可以使用不同的材料(例如化合物、组合物、分子、合金等)的组合作为改性材料1020。在本发明的一些实施方式中，可共同地将材料的各种层和/或材料的组合用作改性材料1020。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020对应于具有与氧适当结合的原子。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020包括的原子与晶体结构1010中各种原子的键的长度至少与第一部分320的原子与第二部分330的原子之间距离的一半大。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020包括与晶体结构1010中的各种原子结合的原子。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020包括与在晶体结构1010中的各种原子良好结合的原子。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020的氧化物可以在与用改性材料1020使ELR材料360改性相关的各种操作期间形成。因此，在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以包括基本纯形式的改性材料1020和各种改性材料1020的氧化物。换句话说，在本发明的一些实施方式中，使用改性材料1020和改性材料1020的各种氧化物使ELR材料360改性。以举例而非限制的方式,在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以包含铬和氧化铬(CrxOy)。在本发明的一些实施方式中，使用改性材料1020的各种氧化物使ELR材料360改性。以举例而非限制的方式，在本发明的一些实施方式中，使用氧化铬(CrxOy)使ELR材料360改性。在本发明的一些实施方式中，可以使用其它材料使晶体结构1010改性。例如，可以选择相对于氧化铜层具有增加的键强度的改性材料1020来替代钇(一种空隙原子)。还例如，可以选择相对于钇具有增加的键强度的改性材料1020来替代氧化铜层。例如，可以选择氧化铬(CrO)替代氧化铜(CuO)。还例如，可以选择相对于氧化铜层具有增加的键强度的改性材料1020来替代钡。虽然这些例子涉及键强度，但可以基于趋于在较高温度下维持空隙310的其它原子特性或其组合选择各种改性材料1020，例如但不限于可以导致晶体结构1010中的振动的净变化的改性材料1020。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是YBC0，且改性材料1020可以是氧结合性的导电材料。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铬，而ELR材料360可以是YBC0。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铜，而ELR材料360可以是YBC0。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铋，而ELR材料360可以是YBCO0在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是钴，而ELR材料360可以是YBC0。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是钒，而ELR材料360可以是YBC0。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是钛，而ELR材料360可以是YBCO。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铑，而ELR材料360可以是YBCO。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是铍，而ELR材料360可以是YBCO。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020是另一氧结合性的导电材料，而ELR材料360可以是YBCO。在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是镓，而ELR材料360可以是YBCO0在本发明的一些实施方式中，改性材料1020可以是硒，而ELR材料360可以是YBC0。在本发明的一些实施方式中，可以使用混合价态的铜氧化物钙钛矿材料和氧结合性的导电材料的各种其它组合。例如，在本发明的一些实施方式中，ELR材料360对应于通常称为"BSCC0"的混合价态的铜氧化物钙钛矿材料。BSCCO包括铋("Bi")、锶("Sr")、钙("Ca")、铜("Cu")和氧("0")的各种原子。就其本身而言，BSCCO具有约100K的转变温度。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是BSCC0，而改性材料1020可以是氧结合性的导电材料。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是BSCCO，而改性材料1020可以选自包括但不限于铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、或铍的组。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是BSCCO，而改性材料1020可以选自铬、铜、铋、钴、 fL、钛、错和铍。在本发明的一些实施方式中，可以使用其它ELR材料和改性材料的各种组合。例如，在本发明的一些实施方式中，ELR材料360对应于铁的磷属元素化物材料。铁的磷属元素化物就其自身而言具有约25-60K的转变温度。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是铁的磷属元素化物，而改性材料1020可以是氧结合性的导电材料。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是铁的磷属元素化物，而改性材料1020可选自包括但不限于铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、或铍的组。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是铁的磷属元素化物，而改性材料1020可以选自铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑和铍。在本发明的一些实施方式中，可以使用其它ELR材料和改性材料的各种组合。例如，在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是二硼化镁("MgB2")。就其本身而言，二硼化镁具有约39K的转变温度。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是二硼化镁，而改性材料1020可以是氧结合性的导电材料。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是二硼化镁，而改性材料1020可以选自包括但不限于铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑或铍的组。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360可以是二硼化镁，而改性材料1020可以选自铬、铜、秘、钴、银、钛、错和铍。在本发明的一些实施方式中，可以使用各种用于在一种组合物上将另一组合物成层的各种技术来在ELR材料360的样品上将改性材料1020成层，如将会理解那样。例如，这种成层技术包括但不限于脉冲激光沉积，蒸发包括共蒸发，电子束蒸发和活化反应蒸发，溅射包括磁控溅射，离子束溅射和离子辅助溅射，阴极弧沉积，CVD，金属有机化合物CVD，等离子体增强CVD、分子束外延、溶胶-凝胶工艺、液相外延和/或其它成层技术。在本发明的一些实施方式中，可以使用各种用于在一种组合物上将另一组合物成层的各种技术来在改性材料1020的样品上将ELR材料360成层。在本发明的一些实施方式中，可以在ELR材料360的样品上将改性材料1020的单原子层(即具有基本等于改性材料1020的单个原子或分子的厚度的改性材料1020的层)成层。在本发明的一些实施方式中，可以在ELR材料的样品上将改性材料的单一单元层(即具有基本等于单一单元(例如原子、分子、晶体、或其它单元)的厚度的改性材料层)成层。在本发明的一些实施方式中，可以在改性材料的单一单兀层上将ELR材料成层。在本发明的一些实施方式中,可以在ELR材料上将改性材料的两个或更多个单元的层成层。在本发明的一些实施方式中，可以在改性材料的两个或更多个单元的层上将ELR材料成层。其他人已尝试在已知ELR材料上将各种组合物(如金、铜、硅等)成层从而改善它们在各种应用中的效用。然而，对这样的组合物的选择不是基于改变、增强或以其它方式维持空隙210的目的，具体关于晶体结构100和空隙210的各种几何特性(例如但不限于，第一部分220和第二部分230之间的间隙宽度，空隙210的尺寸等)；晶体结构100中的空隙原子250的原子特性，它们随着温度变化彼此间的相对作用以及它们对空隙210的影响；晶体结构100中的原子的原子特性以及它们与改性材料1020的相互作用(例如但不限改性材料1020与晶体结构100中的原子的各种结合性质)。在本发明的一些实施方式中，可以对晶体结构100内使用的晶格进行改变。例如，可以使用具有单斜晶体对称性、正交晶体对称性或立方晶体对称性的晶格来改善晶体结构100内的各种其它晶格。此外，体心立方对称性或面心立方对称性可用于改善晶体结构100内的简单立方对称性。在一些实施方式中，晶体结构100内更多种晶格可在较高温度下维持空隙210。在本发明的一些实施方式中，晶体结构100内的更复杂的晶格可在较高温度下维持空隙210。在本发明的一些实施方式中，可对晶体结构100进行设计，使得晶体结构100内的声子(即晶格振动)主要通过晶体结构100以单一方向传播，该单一方向平行于通过空隙210的电荷传播(即进入例如图2的页面)。这种声子不趋于影响空隙210，由此允许空隙210在较高温度下在ELR状态中工作。与电荷通过空隙210的传播正交的任何声子传播可以最小化从而避免影响空隙210。图12和13A-13I现在用于描述根据本发明的各种实施方式使ELR材料360的样品1310改性以生产经改性的ELR材料1060。图12是根据本发明的各种实施方式用于使用改性材料1020使ELR材料360的样品1310改性以生产经改性的ELR材料1060的流程图。图13A-13J说明了根据本发明的各种实施方式使ELR材料360的样品1310进行改性以生产经改性的ELR材料1060。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360是混合价态的铜氧化物钙钛矿材料，而改性材料1380是氧结合性的导电材料。在本发明的一些实施方式中，ELR材料360是通常称为YBCO的HTS材料，而改性材料1380是铬。如图13A所示，样品1310是ELR材料360的多种晶体晶胞，且以其非导电轴(或更特别地，其非ELR或非超导轴)沿c轴取向。在本发明的一些实施方式中，样品1310具有约5毫米XlO毫米XlOmm的尺寸。出于本说明书的目的，使样品1310取向，使得ELR材料360的主要导电轴沿着a轴对齐。将会显而易见的是，如果ELR材料360包括两个主要导电轴，可以沿着a轴或b轴使样品1310取向。还将会理解，在一些实施方式中，可以沿着c平面(即，与任何ab平面平行的面)内任一条线使样品1310取向。在操作1210中，如图13B和图13C所示，通过沿着基本平于样品1310的a平面切割样品1310产生切片1320。在本发明的一些实施方式中，切片1320是约3毫米厚，虽然可以使用其它厚度。在本发明的一些实施方式中，这可以通过使用精密金刚石刀片完成。
在操作1220中，如图13D、图13E和图13F所示，通过沿着切片1320的a平面的对角线产生楔形体1330暴露样品1310中的各种空隙。在本发明的一些实施方式中，这使用精密金刚石刀片完成。此操作在具有经暴露的空隙的楔形体1330的对角表面上产生面1340。在本发明的一些实施方式中，面1340对应于基本平行于c轴的任何平面。在本发明的一些实施方式中，面1340对应于基本垂直于a轴(即，晶体结构100的a平面)的平面。在本发明的一些实施方式中，面1340对应于基本垂直于b轴(即晶体结构100的b平面)的平面。在本发明的一些实施方式中，面1340对应于基本垂直于ab平面中的任何线的平面。在本发明的一些实施方式中，面1340对应于基本不垂直于c轴的任何平面。在本发明的一些实施方式中，面1340对应于基本不垂直于ELR材料360的任何基本非导电轴(或非ELR或非超导轴)的任何平面。如将会理解，操作1220可以是不必要的，因为切片1320可具有经暴露的空隙和/或其它的特性，类似于上文参照面1340所讨论的那些。在操作1230中，如图13G和图13J所示，将改性材料1380(例如如图10和其它地方所示的改性材料1020)沉积到面1340上从而在楔形体1330上产生改性材料1380的面1350以及面1340和改性材料1380之间界面处的经改性的ELR材料1060的经改性区域1360。在楔形体1330中的经改性的区域1360对应于楔形体1330中的区域，在该区域中改性材料1380根据本发明的各种实施方式结合于晶体结构300，从而改善空隙310附近的晶体结构300。可以使用将改性材料1380结合于ELR材料360的其它形式。在下文参考图14进一步详细描述了操作1230。参考图14，在操作1410中，将面1340抛光。在本发明的一些实施方式中，可以使用一种或多种抛光剂。在其中包括YBCO作为ELR材料的一些实施方式中，可以使用一种或多种非水基抛光剂，包括但不限于异丙醇、庚烷、非有机或稳定的有机浆料。在本发明的一些实施方式中，可以使用水基抛光剂。在本发明的一些实施方式中，最后使用20nm胶体浆料抛光该面1340。在本发明的一些实施方式中，在基本平行于楔形体1330的a轴(即沿着空隙310的方向)的方向进行面1340的抛光。在本发明的一些实施方式中，可以使用氧等离子体灰化，如将会理解的那样。在本发明的一些实施方式中，就在面1340上将改性材料1380成层之前，该面的洁净度(即没有杂质或其它材料，组分或化合物)对于在经改性的ELR材料中实现相对于那些未经改性的ELR材料得到改善的工作特性可为重要的。在操作1420中，将面1340以外的一个或多个表面进行掩蔽。在本发明的一些实施方式中，将面1340以外的所有表面都进行掩蔽。在操作1430中，使用气相沉积将改性材料1380沉积到1340面上。在本发明的一些实施方式中，使用气相沉积将约40nm的改性材料1380沉积到面1340上，虽然可以使用更小或更大量的改性材料1380。在本发明的一些实施方式中，在真空下使用气相沉积将改性材料1380沉积到1340面上，该真空可具有5 X 10_6乇或更小的压力。
参考图12，图13H和图131，在任选操作1240中，在本发明的一些实施方式中，将楔形体1330的一部分去除以减少楔形体1330的尺寸从而生产楔形体1390。在操作1250中，使用结合剂将双头引线施用于楔形体1390的两个a平面(即"b-c"面)中的每一个。在本发明的一些实施方式中，银膏(Alfa Aesar silver paste #42469)用于将双头引线施用于楔形体1390的两个a平面(即"b-c"面)。在操作1260中，将结合剂固化。在本发明的一些实施方式中，使用银膏作为结合剂，在60°C将银膏固化一小时，然后在150°C固化另外的一小时。如将会显而易见的那样，可以使用其它固化规范。在本发明的一些实施方式中，将导电材料，例如但不限于银溅射或以其它方式结合于楔形体1390的两个b-c面中的每一个，并将双头引线与其连接，如将会显而易见的那样。可以使用将双头引线连接到楔形体490的其它机理。在操作1250后，具有经改性区域的1360的楔形体1390 (如13J图中所示)准备好用于试验。图15说明了用于测定楔形体1390的各种工作特性的试验台1500。试验台1500包括容器1510和四个夹具1520。将楔形体1390置于容器1510中，并使用如所示的夹具1520将每个双头引线夹持于容器1510。将引线夹持到容器1510以提供应力释放从而防止经固化的银膏的弯曲和/或破裂。将电流源施用于双头引线对的一端，而电压表测量跨双头引线对的另一端的电压。此配置提供了测定楔形体1390的电阻，特别是经改性的ELR材料1060的电阻的多点技术，如将会理解的那样。 图16A-16G说明了获得如上文所述的试验结果1600。试验结果1600包括经改性的ELR材料1060的电阻作为温度⑷函数的曲线。更特别地，试验结果1600对应于经改性的ELR材料1060，其中改性材料1380对应于铬，且其中ELR材料360对应于YBC0。图16A包括在全温度范围(即84K到286K)内的试验结果1600，在该温度范围内测量了经改性的ELR材料1060的电阻。为了提供进一步的细节，将试验结果1600分成各种的温度范围，如所示的那样。特别地，图16B说明了在240K至280K的温度范围内的那些试验结果1600 ；图16C说明了在210K至250K的温度范围内的那些试验结果1600 ;图16D说明了在180K至220K的温度范围内的那些试验结果1600 ;图16E说明了在150K至190K的温度范围内的那些试验结果1600 ;图16F说明了在120K至160K的温度范围内的那些试验结果1600 ；图16G说明了在84. 5K至124. 5K的温度范围内的那些试验结果1600。试验结果1600显示出楔形体1390内的各部分经改性的ELR材料1060在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。使用楔形体1390进行六个样品的分析试验作业。对于每个样品分析试验作业，使试验台1510以及安装于其内的楔形体1390慢慢地从约286K冷却到83K。在冷却时，电流源通过楔形体1390以A模式配置施加+60nA和-60nA的电流，从而减少任何DC偏移和/或热电偶效应的影响。以规则的时间间隔，通过电压表测量跨楔形体1390的电压。对于每个样品分析试验作业，使用512点快速傅里叶转变("FFT")过滤电压测量结果的时间序列。从数据去除来自FFT的几乎最低44频率，且将过滤的数据返回到时间域。然后将来自每个样品分析试验作业的经过滤的数据合并在一起从而产生试验结果1600。更特别地，以称为"合并(binning)"的方式将来自六个样品分析试验作业的所有电阻测量结果组织到一系列的温度范围内(例如80K-80. 25K，80. 25K-80. 50K，80. 5K-80. 75K等)。然后，在每个温度范围内将电阻测量结果在一起求平均从而对每个温度范围提供平均电阻测量结果。这些平均电阻测量结果形成试验结果1600。试验结果1600在电阻对温度的曲线中包括各种不连续的台阶1610，这种不连续的台阶1610中的每个代表电阻在相对较窄温度范围内的相对快速的变化。在每个不连续的台阶1610，经改性的ELR材料1060的不连续部分开始传播电荷直到这些部分在各自温度下的电荷传播能力。参照图13J描述了此行为，其说明了改性材料1380和ELR材料360之间的界面。在很小的尺度，面1340不是完美光滑的。事实上，如所示，空隙310的仅一部分暴露于面1340内，因此ELR材料360的仅一小部分可以得到改性。因此，经改性的ELR材料1060内的空隙310通常不跨越楔形体1390的整个宽度或长度延伸。因此，在本发明的一些实施方式中，改性材料1380覆盖ELR材料360的整个表面，并且可以充当在空隙310之间携带电荷的导体。在进一步详细讨论试验结果1600之前，讨论ELR材料360和改性材料1380的各种特性。这些材料的电阻对温度("R-T")曲线分别是众所周知的。不认为这些材料的各自R-T曲线包括类似于试验结果1600中发现的不连续台阶1610的特征。事实上，在类似且经常相同的试验和测量结果配置下测试ELR材料360的未经改性的样品和仅改性材料1380的样品。在每种情形中，ELR材料360的未经改性的样品的R-T曲线和仅改性材料的R-T曲线不包括类似于不连续台阶1610的任何特征。因此，不连续的台阶1610是使用改性材料1380使ELR材料360改性从而在升高的温度下维持空隙310的结果，由此根据本发明的各种实施方式允许经改性的材料1380在这种升高的温度下保持在ELR状态中。在每个不连续的台阶1610处，经改性的ELR材料1060内的各种空隙310开始传播电荷直到每个空隙310的电荷传播能力。如用电压表测量的，每项电荷传播空隙310显示为短路，跨楔形体1390的表观电压少量下降。随着额外的空隙310开始传播电荷，表观 电压继续下降，直到楔形体1390的温度达到ELR材料360的转变温度(即，未经改性的ELR材料的转变温度，在YBCO的情况中是约90K)。试验结果1600表明在经改性的ELR材料1060中的某些空隙310在约97K传播电荷。换句话说，试验结果表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约97K通过经改性的ELR材料1060的晶体结构传播电荷。试验结果1600也表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约100K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约103K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约113K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约126K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约140K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约146K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约179K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约183. 5K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约200. 5K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约237. 5K传播电荷；且经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约250K传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在整个温度范围内的其它温度传播电荷，如将会理解的那样。试验结果1600在相对窄的温度范围内包括电阻的各种其它相对快速的变化，其不确定为不连续台阶1610。这些其它变化中一些可以对应于用于在试验作业(例如FFT，过滤等)期间获得的测量结果的数据处理技术的假象。这些其它变化中一些可以对应于电阻的变化，因为经改性的晶体结构1010中的共振频率在各种温度下影响空隙310。这些其它变化中一些可以对应于额外不连续台阶1610。此外，在270-274K的温度范围内的电阻变化可能与经改性的ELR材料1060中存在的水有关，一些水可能是在制备楔形体1380过程中引入的，例如但不限于操作1410过程中。除了不连续台阶1610，试验结果1600不同于ELR材料360的R-T曲线，因为在高于ELR材料360的转变温度的温度下改性材料1380导电良好，而ELR材料360通常不是如此。图24说明了改性材料1380和ELR材料360的样品的额外试验结果2400。更特别地，对于试验结果2400，改性材料1380对应于铬，而ELR材料360对应于YBCO。对于试验结果2400，使用上述的各种技术制备了 ELR材料360的样品，从而暴露平行a平面或b平面的晶体结构300的面。使用锁定放大器和K6221电流源收集试验结果2400，其在24. 0,Hz对经改性的ELR材料1060施加IOnA电流。试验结果2400包括经改性的ELR材料1060作为温度⑷函数的电阻的曲线。图24包括在全部范围温度即80K到275K的试验结果2400，在该温度范围内测量经改性的ELR材料1060的电阻。试验结果2400显示出经改性的ELR材料1060的各部分在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。对于经改性的ELR材料1060样品进行了五个样品分析试验作业。对于每个样品分析试验作业，将经改性的ELR材料1060的样品慢慢从80K变暖到275K。在变暖时，以规则的时间间隔测量跨经改性的ELR材料1060的样品的电压，且基于源电流计算电阻。对于每个样品分析试验作业，使用1024点FFT过滤电阻测量结果的时间序列。从数据去除来自FFT的几乎最低15频率，且将经过滤的数据返回到时间域。然后，使用上述称为"合并"的方式将来自每个样品分析试验作业的经过滤的数据合并在一起从而产生试验结果2400。然后，在每个温度范围内将电阻测量结果在一起求平均从而对每个温度范围提供平均电阻测量结果。这些平均电阻测量结果形成试验结果2400。 试验结果2400在电阻对温度的曲线中包括各种不连续的台阶2410，这种不连续的台阶2410中的每个代表电阻在相对较窄温度范围内的相对快速的变化，类似于上文关于图16A-16G中讨论的不连续台阶1610。在每个不连续的台阶2410，经改性的ELR材料1060的不连续部分传播电荷直到这些部分在各自温度下的电荷传播能力。试验结果2400表明在经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约120K传播电荷。换句话说，试验结果2400表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约120K通过经改性的ELR材料1060的晶体结构传播电荷。试验结果2400也表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约145K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约175K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约200K传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约225K传播电荷；且经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约250K传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在整个温度范围内的其它温度传播电荷，如将会理解的那样。图25-29说明了对于各种改性1380材料和ELR材料360的样品的额外试验结果。对于这些额外的试验结果，使用上述的各种技术制备了 ELR材料360的样品，从而暴露基本平行于a平面或b平面或a平面和b平面的一些组合的晶体结构300的面，并在这些暴露的面上将改性材料成层。将这些经改性的样品中的每个慢慢从约300K冷却到80K。在变暖时，通过经改性的样品以A模式配置施加电流，如下所述。以规则的时间间隔，测量跨经改性的样品的电压。对于每个样品分析试验作业，通过除去几乎最低的频率使用FFT在频率域中过滤电压测量的时间序列，并将经过滤的测量结果返回到时间域。通常对于每个数据集保持不同的频率数量。然后，将来自每个试验作业的经过滤的数据合并，并在一起求平均以产生如图25-29所示的试验结果。图25说明了包括经改性的ELR材料1060的电阻作为温度(以K计)函数的曲线的试验结果2500。对于试验结果2500，改性材料1380对应于钒，而ELR材料360对应于YBC0。使用20nA电流源，在11个试验作业中产生了试验结果2500，进行1024点FFT，并除去来自几乎最低的12频率的信息。试验结果2500显示经改性的ELR材料1060的各部分在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。试验结果2500在电阻对温度的曲线中包括各种不连续台阶2510，类似于上文关于图16A-16G所讨论的那些。试验结果2500表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约267K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约257K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约243K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约232K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约219K下传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在其它温度下传播电荷。图26说明了包括经改性的ELR材料1060的电阻作为温度(以K计)函数的曲线的试验结果2600。对于试验结果2600，改性材料1380对应于铋，而ELR材料360对应于YBC0。使用400nA电流源，在5个试验作业中产生了试验结果2600，进行1024点FFT，并除去来自几乎最低的12频率的信息。试验结果2600显示经改性的ELR材料1060的各部分在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。试验结果2600在电阻对温度的曲 线中包括各种不连续台阶2610，类似于上文关于图16A-16G所讨论的那些。试验结果2600表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约262K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约235K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约200K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约172K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约141K下传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在其它温度下传播电荷。图27说明了包括经改性的ELR材料1060的电阻作为温度(K)函数的曲线的试验结果2700。对于试验结果2700，改性材料1380对应于铜，而ELR材料360对应于YBCO。使用200nA电流源，在6个试验作业中产生了试验结果2700，进行1024点FFT，并除去来自几乎最低的12频率的信息。试验结果2700显示经改性的ELR材料1060的各部分在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。试验结果2700在电阻对温度的曲线中包括各种不连续台阶2710，类似于上文关于图16A-16G所讨论的那些。试验结果2700表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约268K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约256K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约247K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约235K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约223K下传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在其它温度下传播电荷。图28说明了包括经改性的ELR材料1060的电阻作为温度(K)函数的曲线的试验结果2800。对于试验结果2800，改性材料1380对应于钴，而ELR材料360对应于YBCO。使用400nA电流源，在11个试验作业中产生了试验结果2800，进行1024点FFT，并除去来自几乎最低的12频率的信息。试验结果2800显示经改性的ELR材料1060的各部分在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。试验结果2800在电阻对温度的曲线中包括各种不连续台阶2810，类似于上文关于图16A-16G所讨论的那些。试验结果2800表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约265K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约236K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约205K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约174K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约143K下传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在其它温度下传播电荷。图29说明了包括经改性的ELR材料1060的电阻作为温度(K)函数的曲线的试验结果2900。对于试验结果2900，改性材料1380对应于钛，而ELR材料360对应于YBCO。使用IOOnA电流源，在25个试验作业中产生了试验结果2900，进行512点FFT，并除去来自几乎最低的11频率的信息。试验结果2900显示经改性的ELR材料1060的各部分在相对于ELR材料360更高的温度下在ELR状态中工作。试验结果2900在电阻对温度的曲线中包括各种不连续台阶2910，类似于上文关于图16A-16G所讨论的那些。试验结果2900表明经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约266K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约242K下传播电荷；经改性的ELR材料1060内的某些空隙310在约217K下传播电荷。经改性的ELR材料1060内的某些空隙310可以在其它温度下传播电荷。
在其它的实验中，在基本平行于晶体结构300的c平面的ELR材料360的表面上将改性材料1020成层。这些试验结果(未示出)显示出了使用改性材料1020将平行于c平面的ELR材料360的表面成层并没有产生任何不连续的台阶，例如以上所述的那些(例如不连续台阶1610)。这些试验结果表明使垂直于其中ELR材料360不(或不趋于)展示出电阻现象的方向的ELR材料360的表面改性不会改善未经改性的ELR材料的工作特性。换句话说，使ELR材料360的这种表面改性可能不会维持空隙310。根据本发明的各种原则，改性材料应该与平行于其中ELR材料不(或不趋于)展示出电阻现象的ELR材料的方向的表面成层。例如，更特别地，关于ELR材料360 (如图3中所示)，改性材料1020应该结合于ELR材料360中的晶体结构300的"a_c"面或"b_c"面(这两个面都平行于c轴)(这不趋于在c轴方向展示出电阻现象)中以便保持空隙310。图20说明了根据本发明的各种实施方式的一种设置2000，其包括用于传播额外电荷的ELR材料360和改性材料1380的交替层。可使用各种沉积技术将这种层沉积到另一个上。可使用各种技术改善ELR材料360层内的晶体结构300的对齐方式。晶体结构300的经改善的对齐可以导致通过晶体结构300的增加长度的空隙310，这进而可以提供在更高温度的工作和/或具有增加的电荷传播能力。设置2000在经改性的ELR材料1060内在改性材料1380和ELR材料360之间的界面处提供增加数量的空隙310。增加数量的空隙310可以增加设置2000的电荷的传播能力。在本发明的一些实施方式中，可以使用任意数量的层。在本发明的一些实施方式中，可以使用其它ELR材料和/或其它改性材料。在本发明的一些实施方式中，可以在ELR材料360的配对层和改性材料1380之间使用其它材料(例如绝缘体、导体或其它材料)的额外层从而减轻各种效果(例如磁效应、材料的迁移或其它影响)或增强在这种配对的层内形成的经改性的ELR材料1060的特性。在本发明的一些实施方式中，并不将所有的层配对。换句话说，设置2000可以具有一个或多个额外(即未配对的)ELR材料360的层或改性材料1380的一个或多个额外的层。图23显示了根据本发明各种实施方式在经改性的ELR材料1060中的经改性的晶体结构1010的额外层2310 (显示为层2310A、层2310B、层的2310C和层2310D)。如所示，经改性的ELR材料1060包括以不同距离从改性材料1020到材料1060内的各种空隙310 (显示为空隙310A、空隙310B和空隙310C)，该改性材料1020与(图3的)晶体结构300的原子形成键。空隙310A是最近的改性材料1020，接着是空隙310B，又接着是空隙310C。根据本发明各种实施方式，改性材料1020对空隙310A的影响最大，然后对空隙310B的影响较小，又然后对空隙310C影响更小。根据本发明的某些实施方式，相比空隙310B或空隙310C，改性材料1020应该更好地维持空隙310A，这是因为空隙310A接近于改性材料1020 ;同样，相比空隙310C，改性材料1020应该更好地维持空隙310B，这是因为空隙310B接近于改性材料1020，等。根据本发明的一些实施方式，相比空隙310B或空隙310C的横截面，改性材料1020应该更好地维持空隙310A的横截面，这是因为空隙310A接近于改性材料1020 ;同样，相比空隙310C的横截面，改性材料1020应该更好地维持空隙310B的横截面，这是因为空隙310B接近于改性材料1020等。根据本发明的一些实施方式，在特定温度下，相比空隙310B或空隙310C的电荷传播能力，改性材料1020应该对于空隙310A的电荷传播能力具有更大的影响，这是因为空隙310A接近于改性材料1020 ;同样，在特定温度下，相比空隙310C的电荷传播能力，改性材料1020应该对于空隙310B的电荷传播能力具有更大的影响，这是因为空隙310B接近于改性材料1020，等。根据本发明的一些实施方式，相比通过空隙310B*或空隙310C的电荷传播，改性材料1020应该增强通过空隙310A的电荷传播，这是因为空隙310A接近于改性材料1020 ;同样，相比通过空隙310C的电荷传播，改性材料1020应该增强通过空隙310B的电荷传播，这是因为空隙310B接近于改性材料1020，等。上文所述面的各种试验结果，例如特别是图16的试验结果1600支持了本发明的各种实施方式的这些方面，即整体来说，改性材料1020对空隙310的影响关于它们彼此的接近度而变化。特别地，随着在特定层2310中的这些空隙310 (或更恰当地，在相邻层2310之间形成的这些空隙310，如所示)传播电荷直到这种空隙310的电荷传播能力，试验结果1600中每个不连续的台阶1610可以对应于经改性的ELR材料1060所携带电荷的变化。更紧密接近于改性材料1020的层2310中的这些空隙310对应于在较高温度下的不连续台阶1610，而较远离改性材料1020的层2310中的这些空隙310对应于在较低温度下的不连续台阶1610。不连续台阶1610在这种意义上是"不连续的"与改性材料1020给定的相对距离的空隙310 (即层2310A和2310B之间的空隙310A)在特定温度下传播电荷和迅速达到其最大电荷传播能力。当与改性材料1020增加距离的(即层2310B和2310C之间的空隙310B)空隙310在较低温度传播电荷时，达到另一不连续台阶1610，这是因为增加的距离以及因而改性材料1020对这些空隙310的减轻影响。每个不连续的台阶1610对应于基于其与改性材料1020的距离开始传播电荷另一组的空隙310。但是，在一些距离，改性材料1020可能对于使一些空隙310在更高的温度携带电荷具有不足的影响，该温度比将会以其它方式传播电荷的温度高；因此，这种空隙310在与ELR材料360的温度一致的温度下传播电荷。在本发明的一些实施方式中，将改性材料1020和空隙310之间的距离减少从而增加改性材料1020对多个空隙310的影响。实际上，多个空隙310应该以与较高温度相关的不连续台阶1610传播电荷。例如，根据本发明各种实施方式，在图20的设置2000中，可以使ELR材料360的层为仅几个晶胞厚从而减少在ELR材料360中的空隙310和改性材料1380之间的距离。减少该距离应该使在给定温度受改性材料1380影响的空隙310的数量增加。减少这个距离还在设置2000的给定的总厚度中增加ELR材料360的交替层数，由此增加设置2000的整体电荷传播能力。
图32说明了在衬底3220上形成的ELR材料3210的膜3200，虽然衬底3220在本发明的各种实施方式中可能是不必要的。在本发明的各种实施方式中，可以将膜3200形成为具有例如大于10厘米、I米、I千米以上长度的带。例如，这种带对于作为ELR导体或ELR线可以是有用的。如将会理解的，尽管参考ELR膜描述了本发明的各种实施方式，但这些实施方式也适用于ELR带。出于本说明书的目的，如图32中所示，膜3200具有主要表面3230和主轴3240。主轴3240对应于沿着膜3200的长度延伸(与膜3200的宽度或膜3200的厚度相对)的轴。主轴3240对应于电荷通过膜3200流动的主方向。主要表面3230对应于膜3200的占优表面，如图32所示，且对应于由膜3200的宽度和长度限定的表面。应理解，膜3200可以具有各种长度、宽度，和/或厚度，而不背离本发明的范围。
在本发明的一些实施方式中，在膜3200的制造过程中，可以使ELR材料3210的晶体结构取向，使得它们的c轴基本垂直于膜3200的主要表面3230，而它们各自晶体结构的a轴或b轴基本平行于主轴3240。因此，出于描述本发明的各种实施方式的目的，如图32所示，以名称引用c轴，而未特别标记a轴和b轴，反映出它们的可互换性。在膜3200的一些制造过程中，可以使ELR材料的晶体结构取向，使得c平面内任意给定的直线可以与主轴3240基本平行。出于本说明书的目的，将各自晶体结构的c轴基本垂直于主要表面3230取向的膜3200 (包括图32所示的膜3200)称为"c膜"(即c膜3200)。例如，具有包含YBCO的ELR 材料 3210 的 c 膜 3200,可商购于 American Superconductor (例如 344 超导体-348C型)或 Theva Diinnschichttechnik GmbH (例如涂 HTS 导体)。在本发明的一些实施方式中，衬底3220可以包括衬底材料,包括但不限于MgO、STO、LSG0、多晶材料例如金属或陶瓷、惰性氧化物材料、立方氧化物材料、稀土氧化物材料或其它衬底材料，如将会理解的那样。权利要求28的ELR膜，其中衬底材料包含多晶材料、多晶金属、合金、哈斯特洛伊金属、海恩斯金属或因科内尔金属。根据本发明的各种实施方式(和如下文进一步详细描述的)，在ELR材料3210的适当表面上将改性材料(例如改性材料1020、1380)成层，其中ELR材料3210的适当表面对应于基本不垂直于ELR材料3210的晶体结构的c轴的任何表面。换句话说，ELR材料3210的适当表面可对应于基本不平行于主要表面3230的任何表面。在本发明的一些实施方式中，ELR材料3210的适当表面可以对应于基本平行于ELR材料3210的晶体结构的c轴的任何表面。在本发明的一些实施方式中，ELR材料3210的适当表面可以对应于基本不垂直于ELR材料3210的晶体结构的c轴的任何表面。为了使c膜3200 (其主要表面3230基本垂直于ELR材料3210的晶体结构的c轴)的适当表面改性，可以在c膜3200之上或之内形成ELR材料3210的适当表面。在本发明的一些实施方式中，可以加工主要表面3230以便使c膜3200之上或之内ELR材料3210的适当表面暴露，改性材料在该膜上成层。在本发明的一些实施方式中，可以加工主要表面3230以便使c膜3200之上或之内的ELR材料3210的一个或多个空隙210暴露，改性材料在该膜成层。应该理解，在本发明的各种实施方式中，除了上述适当表面外，还可以在主要表面3230上将改性材料成层。加工c膜3200的主要表面3230以便暴露ELR材料3210的适当表面和/或空隙210可以包括各种图案化技术，包括各种湿法或干法。各种湿法可以包括剥离、化学蚀刻、或其它方法，这些中的任何都可以包括化学品的使用，且可以将各种其它表面暴露于c膜3200内。各种干法可以包括离子或电子束辐射、激光直接写入、激光烧蚀或激光反应性图案化或可以使c膜3200内的ELR材料3210的各种适当表面和/或空隙210暴露。如图33所示，可以加工c膜3200的主要表面3230以便使c膜3200内的适当表面暴露。例如，可以加工c膜3200以便暴露c膜3200内基本平行于晶体结构100的b平面的面或c膜3200内基本平行于晶体结构100的a平面的面。更通常而言，在本发明的一些实施方式中，可以加工c膜3200的主要表面3230以便使c膜3200内对应于a/b_c平面的适当表面暴露(即，基本平行于ab平面的面)。在本发明的一些实施方式中，可以加工c膜3230的主要表面以便暴露c膜3200内基本不与主要表面3230平行的任何面。在本发明的一些实施方式中，可以加工c膜的主要表面3230以便暴露c膜3200内基本不平行于主要表面3230且还基本平行于主轴3240的任何面。任何这些面，包括这些面的组合，可以对应于c膜3200之上或之内的ELR材料3210的适当表面。根据各种发明的实施方式，ELR材料3210的适当表面提供了进入ELR材料3210中的空隙210或以其它方式"暴露"ELR 材料3210中的空隙210，出于维持这种空隙210的目的。在本发明的一些实施方式中，如图33所示，将主要表面3230进行加工以便在主要表面3230中形成一个或多个槽3310。槽3310包括一个或多个适当表面(即基本平行于主要表面3230的表面以外的表面)，要在其上沉积改性材料。虽然在图33中以横截面为基本矩形形状说明了槽3310，但可以使用横截面的其它形状，如将会理解的那样。在本发明的一些实施方式中，槽3310的宽度可以大于10nm。在本发明的一些实施方式中，如图33所示，槽3310的深度可以小于c膜3200的ELR材料3210的全厚度。在本发明的一些实施方式中，如图34所示，槽3310的深度可以基本等于c膜3200的ELR材料3210的厚度。在本发明的一些实施方式中，槽3310的深度可延伸通过c膜3200的ELR材料3210并进入衬底3220(未示出)。在本发明的一些实施方式中，槽3310的深度可以对应于ELR材料3210的一个或多个单元的(未示出)厚度。可使用各种技术，例如但不限于激光刻蚀或其它技术在主要表面3230中形成槽3310。在本发明的一些实施方式中，槽3310的长度可以对应于c膜3200全部长度。在本发明的一些实施方式中，槽3310基本平行于彼此，且平行于主轴3240。在本发明的一些实施方式中，槽3310可以采取根据本发明的各种方面的各种配置和/或设置。例如，槽3310可以以任何的方式和/或方向延伸，且可以在横截面中包括直线、曲线和/或其它几何形状，且在其长度上可以具有改变的尺寸和/或形状。虽然以在主要表面3230内形成槽3310的方式描述了本发明的各方面，但如将会理解的那样，可以在衬底3220上形成包括ELR材料3210的适当表面的凸起(bump)、角或突出以实现相同的形状。根据本发明的各种实施方式，可以将c膜3200改性以形成各种经改性的c膜。例如，参照图35，可以将改性材料3520(即，改性材料1020、改性材料1380)成层到主要表面3230上且进入形成于未经改性的c膜3230 (例如c膜3200)的主要表面内的槽3310中和因此到各种适当表面3510上以形成经改性的c膜3500。适当表面3510可以包括以上讨论的任何适当表面。尽管在图35中以垂直于主要表面3230的方式说明了适当表面3510，但这不是必要的，如将从本说明书理解的。在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520成层到主要表面3230上且进入槽3310，如图35所示。在一些实施方式中，如图36所示，可以使用各种技术(例如各种抛光技术)从主要表面3230移除改性材料3520以形成经改性的c膜3600，使得改性材料3520仅保持于槽3310中。在一些实施方式中，可以通过将改性材料3520仅成层于槽3310中来实现经改性的c膜3600。换句话说，在一些实施方式中，可以将改性材料3520仅成层于槽3310中和/或适当表面3510上，而不将改性材料3520成层到主要表面3230或可以进行成层使得改性材料3520不会结合于或以其它方式粘附于主要表面3230(例如使用各种掩蔽技术)。在本发明的一些实施方式中，可使用各种选择性沉积技术将改性材料3520直接成层到适当表面3510上。在槽3310中和/或主要表面3230上的改性材料3520的厚度可以根据本发明的各种实施方式而变化。在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520的单 一单元层(即，具有基本等于改性材料3520的单个单元的厚度的层)成层到槽3310的适当表面3510上和/或主要表面3230上。在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520的两个或更多个单元层成层到槽3310的适当表面3510之中或之上和/或主要表面3230上。根据本发明的各种实施方式的经改性的c膜3500，3600 (即用改性材料3520改性的c膜3200)可以用于获得一种或多种相对于那些未经改性的c膜3200的改善的工作特性。如图37所示，在本发明的一些实施方式中，可以通过化学蚀刻将未经改性的c膜3200的主要表面3230改性，以便暴露或以其它方式增加在主要表面3230上可以获得的适当表面3510的面积。在本发明的一些实施方式中，表征主要表面3230内的适当表面3510的增加面积一种方式可以基于c膜3200的主要表面3230的均方根(RMS)表面粗糙度。在本发明的一些实施方式中，作为化学蚀刻的结果，c膜3200的主要表面3230可以包括具有约Inm至约50nm的表面粗糙度的经蚀刻的表面3710。RMS表面粗糙度可以使用例如原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)或SEM确定，且可以基于R范围的统计，其中R范围可以是晶粒尺寸的半径(r)的范围，如将会理解的那样。在化学蚀刻后，c膜3700的经蚀刻的表面3710可以对应于ELR材料3210的适当表面3510。如图38所示，在化学蚀刻后，可以将改性材料3520成层到c膜3700的经蚀刻的表面3710上以形成经改性的c膜3800。改性材料3520可覆盖基本上所有的表面3710，且改性材料3520的厚度可以根据本发明各种实施方式而变化。在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520的单一单元层成层到经蚀刻的表面3710上。在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520的两个或更多个单元层成层到蚀刻表面3710上。在本发明的一些实施方式中，可以使用ELR材料的晶体结构的取向不同于c膜3200的膜。例如，参考图39，根据本发明的各种实施方式，作为对取向垂直于主要表面3230的c轴的(如同c膜3200)的代替，膜3900可以具有取向垂直于主轴3240的c轴与取向垂直于主要表面3230的ELR材料3910的b轴。类似地，膜3900可以具有取向垂直于主轴3240的c轴与取向垂直于主要表面3230的ELR材料3910的a轴。在本发明的一些实施方式中，膜3900可以具有取向垂直于主轴3240的c轴与平行于c平面的任何线，所述c平面沿着主轴3240取向。如图39所示，在本发明的这些实施方式中，膜3900包括晶体结构的C轴取向垂直于主轴3240和平行于主要表面3930的ELR材料3910，且本文通称为a_b膜3900。尽管图39说明了在特定取向的晶体结构的其它两个轴，但这种取向不是必要的，如将会理解的那样。如所示，a-b膜3900可以包括任选衬底3220 (如同c膜3200)。在本发明的一些实施方式中，a-b膜3900是a膜，其ELR材料3910的晶体结构的c轴的取向如图39所示,且a轴垂直于主要表面3930。通过各种技术包括Selvamanickam,V.等人，"High Current Y-Ba-Cu-OCoated Conductor using Metal Organic ChemicalVapor Deposition and Ion Beam Assisted Deposition, " Proceedings of the2000Applied Superconductivity Conference, Virginia Beach, Virginia, September17-22,2000中记载的那些形成a膜，通过引用将其并 入本文。在一些实施方式中，可以在由如下材料形成的衬底 3220 上生长 a 膜LGS0，LaSrAlO4, NdCaAlO4, Nd2CuO4、或 CaNdA104。可以使用其它的衬底材料，如将会理解的那样。在本发明的一些实施方式中，a-b膜3900是b膜，其ELR材料3910的晶体结构的c轴的取向如图39所示，且b轴垂直于主要表面3930。根据本发明的各种实施方式，a-b膜3900的主要表面3930对应于适当表面3510。在使用a-b膜3900的一些实施方式中，形成ELR材料3910的适当表面可以包括形成a_b膜3900。因此，对于包括a-b膜3900的本发明的实施方式，可以将改性材料3520成层到a_b膜3900的主要表面3930上以产生经改性的a-b膜4000，如图40所示。在本发明的一些实施方式中，改性材料3520可以覆盖a-b膜3900的主要表面3930的全部或部分。在本发明的一些实施方式中，如上文所述，改性材料3520的厚度可以变化。更特别地，在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520的单一单元层成层到a-b膜3900的主要表面3930上；在本发明的一些实施方式中，可以将改性材料3520的两个或更多个单元层成层到a-b膜3900的主要表面3930上。在本发明的一些实施方式中，可以将a-b膜3900开槽或以其它方式改性，如上文关于c膜3200所论述的，从而例如增加ELR材料3910的适当表面3510的整体面积，要在其上将改性材料3520成层。将理解，不同于利用a-b膜3900，本发明的某些实施方式可利用晶体结构以类似于a-b膜3900的方式取向的ELR材料3210的层。在发明的某些实施方式中(未示出)，可随后将缓冲或绝缘材料成层到任何上述膜的改性材料3520上。在这些实施方式中，缓冲或绝缘材料和衬底与ELR材料3210，3910及其间的改性材料3520形成"夹层结构"。可以将缓冲或绝缘材料成层到改性材料3520上，如将会理解的那样。可以将任何上述材料成层到任何其它材料上。例如，可以将ELR材料成层到改性材料上。同样，可以将改性材料成层到ELR材料上。此外，成层可以包括将一种材料组合、形成、或沉积到其它材料上，如将会理解的那样。成层可以使用任何公知的成层技术，包括但不限于脉冲激光沉积，蒸发包括共蒸发，电子束蒸发和活化反应蒸发，溅射包括磁控溅射，离子束溅射和离子辅助溅射，阴极弧沉积，CVD,金属有机化合物CVD，等离子体增强CVD，分子束外延，溶胶-凝胶工艺，液相外延和/或其它成层技术。在本发明的各种实施方式中，可以设置ELR材料3210，3910，改性材料3520，缓冲或绝缘层的多个层和/或衬底1120。图41说明了根据本发明各种实施方式的这些层的各种示例性设置。在本发明的一些实施方式中，给定的层可以包含还充当缓冲或绝缘层或衬底的改性材料3520。可以使用其它设置或设置的组合，如从阅读此说明书所理解的那样。此外，在本发明的一些实施方式中，在给定的设置中，ELR材料的各种层可以具有彼此不同的取向。例如，在一种设置中ELR材料的一个层可以具有沿着主轴3240取向的晶体结构的a轴，而在该设置中ELR材料的另一层可以具有沿主轴3240取向的晶体结构的b轴。根据本发明的各种实施方式，在给定的设置内，可以使用其它取向。图42说明了根据本发明的各种实施方式产生经改性的ELR材料的方法。在操作4210中，在ELR材料之上或之内形成适当表面3510。在其中ELR材料以c膜3200的ELR材料3210存在的本发明的一些实施方式中，可以通过使c膜3200的主要表面3230之上或之内的适当表面3510暴露形成适当表面3510。在本发明的一些实施方式中，可以通过使用如上所述的任何湿法或干法加工技术或其组合将主要表面3230改性来使ELR材料3210的适当表面暴露。在本发明的一些实施方式中，可以通过如上所述的化学刻蚀使主要表面3230改性。在其中ELR材料以a-b膜3900的ELR材料3910存在的本发明的一些实施方式(有或没有衬底3220)中，通过将ELR材料3910成层(以适当的方向，如上所述)到表面上 形成适当表面3510，这可以包括或可以不包括衬底3220。在本发明的一些实施方式中，适当表面3510包括与ab平面平行的ELR材料的表面。在本发明的一些实施方式中，适当表面3510包括平行于b平面的ELR材料的面。在本发明的一些实施方式中，适当表面3510包括平行于a平面的ELR材料的面。在本发明的一些实施方式中，适当表面3510包括平行于不同ab平面的ELR材料的一个或多个面。在本发明的一些实施方式中，适当表面3510包括基本不垂直于ELR材料的c轴的一个或多个面。在本发明的一些实施方式中，可以进行各种任选操作。例如，在本发明的一些实施方式中，可以将适当表面3510或ELR材料退火。在本发明的一些实施方式中，该退火可以是炉退火或快速热处理(RTP)退火工艺。在本发明的一些实施方式中，可以在预定时间段、温度范围和其它参数范围内在一个或多个退火操作中进行这种退火。此外，如将会理解的，退火可以在化学气相沉积(CVD)室进行，且可以包括使适当表面3510经受预定时间的温度和压力的任意组合，这可增强适当表面3510。采用或不采用等离子体增强，可以在气体气氛中进行这种退火。在操作4220中，可以将改性材料3520成层到一个或多个适当表面3510上。在本发明的一些实施方式中，可以使用各种成层技术，包括上文所述各种技术，将改性材料3520成层到适当表面3510上。图43显示了可以根据本发明的各种实施方式在操作4220过程中进行的额外加工的实施例。在操作4310中，可以抛光适当表面3510。在本发明的一些实施方式中，如上文所述，可以使用一种或多种抛光剂。在操作4320中，可以使用任何公知的掩蔽技术将不同于适当表面3510的其它表面进行掩蔽。在本发明的一些实施方式中，可以将不同于适当表面3510的所有表面进行掩蔽。在本发明的一些实施方式中，可以将不同于适当表面3510的一个或多个表面进行掩蔽。在操作4330中，可以使用如上所述的任何公知的成层技术将改性材料3520成层(或在一些实施方式中，如图43所示，沉积到)到适当表面3510上。在本发明的一些实施方式中，可以使用MBE将改性材料3520沉积到适当表面3510上。在本发明的一些实施方式中，可以使用PLD将改性材料3520沉积到适当表面3510上。在本发明的一些实施方式中，可以使用CVD将改性材料3520沉积到适当表面3510上。在本发明的一些实施方式中，可以将约40nm的改性材料3520沉积到适当表面3510上,虽然已经试验了少至I. 7nm的某些改性材料3520(例如钴)。在本发明的各种实施方式中，可以使用显著更少量的改性材料3250，例如约几个人。在本发明的一些实施方式中，可以在真空下在室中将改性材料3520沉积到适当表面3510上，该真空可以具有5X 10_6乇或更小的压力下。可以使用各种室，包括用于加工半导体晶片的那些。在本发明的一些实施方式中，可以在CVD反应器中进行本文描述的CVD工艺,例可以从Genus, Inc. (Sunnyvale, Calif.)以商业标识7000获得的反应室，可以从 Applied Materials, Inc. (Santa Clara, Calif.)以商业标识 5000 获得的反应室，或可以从Novelus, Inc. (San Jose, Calif.)以商业标识Prism获得的反应室。但是,可以使用适合于进行分子束外延、PLD或CVD的任何反应室。图44说明了根据本发明的各种实施方式形成经改的ELR材料的方法。特别地，图44说明了形成a-b膜3900和/或使a_b膜3900改性的方法。在任选操作4410中，将缓冲层沉积到衬底3220上。在本发明的一些实施方式中，缓冲层包括PBCO或其它适当的缓 冲材料。在本发明的一些实施方式中，衬底3220包括LSGO或其它合适的衬底材料。在操作4420中，可以以如上文关于图39的适当取向将ELR材料3910成层到衬底3220上。将会理解，取决于任选操作4410，将ELR材料3910成层到衬底3220或缓冲层上。在本发明的一些实施方式中，ELR材料3910的层是两个或更多个单元层厚。在本发明的一些实施方式中，ELR材料3910的层是几个单元层厚。在本发明的一些实施方式中，ELR材料3910的层是若干单元层厚。在本发明的一些实施方式中，ELR材料3910的层是多个单元层厚。在本发明的一些实施方式中，使用I BAD方法将ELR材料3910成层到衬底3220上。在本发明的一些实施方式中，将ELR材料3910成层到衬底3220上，同时经受磁场从而改善ELR材料3910内的晶体结构的对齐。在任选操作4430中，使用上文所述的各种技术将ELR材料3910的适当表面3510(其关于a-b膜3900，对应于主要表面3930)进行抛光。在本发明的一些实施方式中，在不将杂质引入到ELR材料3910的适当表面3510上的情况下完成抛光。在本发明的一些实施方式中，在不破坏清洁室的情况下完成抛光。在操作4440中，将改性材料3520成层到适当表面3510上。在任选的操作4450中，将覆盖材料例如但不限于银成层于整个改性材料3520上方。附图中的流程图、说明和方框图说明了根据本发明的各种实施方式的方法和产品的实施方式的结构、功能和操作。还应注意，在一些替代性实施方式中，方块中注释的功能可以以附图中注释的顺序之外出现。例如，事实上，相继显示的两个方块可以基本同时实施，或有时可以以相反的顺序实施该方块，取决于所涉及的功能。此外，尽管前述说明针对于本发明的各种实施方式，但注意到其它变化和修饰对于本领域技术人员是显而易见的，且可以在不背离本发明的精神或发明的范围的情况下作出。此外，关于本发明的一个实施方式说明的各种特征可以与本文中说明的各种其它特征或其它实施方式结合或组合使用，即使上文并未明确表示。
权利要求
1.改善ELR膜的工作特性的方法，该ELR膜包含具有晶体结构的ELR材料，该方法包括 将改性材料成层到ELR膜的适当表面上以产生经改性的ELR膜，其中相对于没有改性材料的ELR膜的工作特性，经改性的ELR膜具有得到改善的工作特性。
2.权利要求I的方法，其中将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将改性材料沉积到ELR材料的适当表面上。
3.权利要求I的方法，其中将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将改性材料成层到基本不平行于ELR材料的晶体结构的c平面的ELR材料的面上。
4.权利要求3的方法，其中将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将改性材料成层到平行于ELR材料的晶体结构的ab平面的ELR材料的面上。
5.权利要求4的方法，其中将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将改性材料成层到平行于ELR材料的晶体结构的a平面或b平面的ELR材料的面上。
6.权利要求I的方法，其中将改性材料成层到ELR膜的适当表面上包括将铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、铍、镓或硒成层到ELR膜的适当表面上。
7.权利要求I的方法，进一步包括在ELR膜之上或之内形成适当表面。
8.权利要求7的方法，其中在ELR膜之上或之内形成适当表面包括使ELR膜之上或之内的适当表面暴露。
9.权利要求7的方法，其中在ELR膜之上或之内形成适当表面包括以使得ELR材料的晶体结构的特定轴沿着衬底的主轴取向的方式将ELR材料成层到衬底上，其中特定轴是ELR材料的晶体结构的c平面内的直线。
10.权利要求9的方法，其中特定轴是a轴或b轴。
11.权利要求10的方法，其中将ELR材料成层到衬底上包括将ELR材料成层到MgO、SrTiO3^ LaSrGaO4 或其组合上。
12.权利要求8的方法，其中使ELR膜的适当表面暴露包括蚀刻ELR膜的主要表面以增加主要表面的表面积。
13.权利要求8的方法，其中使ELR膜的适当表面暴露包括在ELR膜的主要表面中产生图案，由此使ELR膜的一个或多个适当表面暴露。
14.权利要求13的方法，其中在ELR膜的主要表面中产生图案包括在ELR膜的主要表面中刻出槽。
15.权利要求14的方法，其中将改性材料成层到ELR膜的适当表面包括将改性材料沉积在槽中。
16.权利要求I的方法，其中ELR材料包含超导材料。
17.权利要求16的方法，其中超导材料包括混合价态的铜氧化物钙钛矿。
18.权利要求16的方法，其中超导材料包括铁的磷属元素化物或二硼化镁。
19.改善ELR膜的工作特性的方法，所述ELR膜的主轴长于它的其它两个轴之一，所述ELR膜的主要表面的面积大于它的其它正交的面之一，所述ELR膜包含具有晶体结构的ELR材料，该方法包括 在ELR膜的主要表面中产生至少一个槽，由此使ELR材料的面暴露，经暴露的面是平行于ELR材料的晶体结构的ab平面的面；和将改性材料沉积到经暴露的面上。
20.权利要求19的方法，其中在ELR膜的主要表面中产生至少一个槽包括产生深度基本等于ELR材料的厚度的至少一个槽。
21.权利要求19的方法，其中在ELR膜的主要表面中产生至少一个槽包括产生深度小于ELR材料的厚度的至少一个槽。
22.权利要求19的方法，其中将改性材料沉积到经暴露的面上包括将改性材料的单一单元层沉积到经暴露的面上。
23.权利要求19的方法，其中将改性材料沉积到经暴露的面上包括将改性材料的两个或更多个单元层沉积到经暴露的面上。
24.权利要求19的方法，其中至少一个槽的宽度大于10nm。
25.权利要求19的方法，其中在ELR膜的主要表面中产生至少一个槽包括在膜的主要表面中产生至少一个槽，其基本在ELR膜的主轴方向。
26.ELR膜，包含 包含ELR材料的第一层；和 包含结合于第一层的ELR材料的改性材料的第二层， 其中相对于没有改性材料的ELR材料的工作特性，结合于改性材料的ELR材料具有得到改善的工作特性。
27.权利要求26的ELR膜，其中得到改善的工作特性包括更高的转变温度。
28.权利要求26的ELR膜，进一步包含第三层，该第三层包含衬底材料。
29.权利要求28的ELR膜,其中第一层相邻于衬底层。
30.权利要求28的ELR膜，其中第二层相邻于衬底层。
31.权利要求26的ELR膜，还包含缓冲或绝缘层。
32.权利要求31的ELR膜，其中第一层相邻于缓冲或绝缘层。
33.权利要求31的ELR膜，其中第二层相邻于缓冲或绝缘层。
34.权利要求26的ELR膜，还包含结合到第二层的ELR材料的第三层。
35.权利要求26的ELR膜，还包含结合到第一层的改性材料的第三层。
36.权利要求28的ELR膜，其中衬底材料包含多晶材料、多晶金属、合金、哈斯特洛伊金属、海恩斯金属或因科内尔金属。
37.权利要求26的ELR膜，其中改性材料包含铬、铜、铋、钴、钒、钛、铑、铍、镓、硒、或其它材料。
38.权利要求26的ELR膜，其中ELR材料包含超导材料。
39.权利要求38的ELR膜，其中超导材料包含混合价态的铜氧化物钙钛矿。
40.权利要求38的ELR膜，其中超导材料包括铁的磷属元素化物材料。
全文摘要
通过将改性材料沉积到ELR膜的适当表面上以产生经改性的ELR膜可以改善超低电阻(“ELR”)膜的工作特性。在本发明的一些实施方案中，ELR膜可以是“c膜”的形式。这种工作特性可以包括在提高的温度在ELR状态中工作，携带额外的电荷，以改善的磁性工作，以改善的力学性能或其它改善的工作特性工作。在本发明的一些实施方式中，ELR材料是混合价态铜氧化物钙钛矿，例如但不限于YBCO。在本发明的一些实施方式中，改性材料是易于与氧结合的导电材料，例如但不限于铬。
文档编号H01L29/66GK102714216SQ201080054808
公开日2012年10月3日 申请日期2010年10月2日 优先权日2009年10月2日
发明者D·J·吉尔伯特, T·S·卡勒 申请人:阿姆巴托雷有限责任公司