Taśmy nadprzewodzące II generacji (2G)

2. 3. 1. Historia

Idea wykonania taśm nadprzewodzących narodziła się niemalże w pierwszych dniach po odkryciu nadprzewodników wysokotemperaturowych w 1986 roku [45] i konsekwentnie była rozwijana przez wiele ośrodków badawczych oraz korporacji. Heine po odkryciu nadprzewodnika bizmutowego Bi2Sr2CuO6+δ [48] opracował metodę PIT (ang. powder-in-tube) [117]. W bardzo krótkim czasie Sumitomo Electric wykorzystała tę samą technologię dla homologicznego odpowiednika Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ, który po dzień dzisiejszy jest sprzedawany na całym świecie. Na przestrzeni lat z wyścigu wyłoniła się pierwsza generacja taśm nadprzewodzących (1G), którą były wysokotemperaturowe nadprzewodniki na bazie bizmutu BSCCO w osłonie srebra [118]. Taśmy BSCCO są to materiały kompozytowe składające się z włókien nadprzewodnikowych o dużej sztywności

oraz otaczającej je plastycznej osnowy/matrycy wykonanej ze srebra i jego stopów (rys. 2.11.) [117,118].

Rys. 2.11. Schemat taśmy nadprzewodzącej pierwszej generacji [119].

Dużym problemem technologicznym oprócz potrzeby wykorzystania drogiego srebra było osłabienie własności użytkowych taśm po ostatniej obróbce cieplnej, m.in. właściwości wytrzymałościowych BSCCO oraz niepełne wypełnienie przestrzeni między osnową a włóknami. Najpoważniejszą piętą achillesową taśm 1G było przede wszystkim jak na ironię wypełnienie matrycy srebrnej miedzianem bizmutowym. Pierwotnie przemysł kierował się tylko wysokością Tc. Niestety bardzo duża anizotropia własności BSCCO [44] i niekorzystne położenie Hirr ograniczało użycie kabli 1G w wielu zastosowaniach. Ze względów bezpieczeństwa niemożliwe było wykorzystywanie dużych gęstości prądu krytycznego [61] i zaczęto zmierzać ku wykorzystaniu nadprzewodników o odpowiednim polu nieodwracalności, czyli mniejszej anizotropii własności. Z tego powodu Fujikura (1992) zdecydowała się na wytworzenie kabli z miedzianów, które w swoim składzie chemicznym mają metale ziem rzadkich (REBa2Cu3O7), głównie YBCO. Są one

pozbawione problemów, które dotyczyły BSCCO [120]. Niestety wtedy już dobrze opanowana technologia PIT była nieprzydatna do użycia w produkcj kabli YBCO. Skuteczne okazały się metody cienkowarstwowe i są wykorzystywne do dnia dzisiejszego [61]. Należą do nich przede wszystkim metody PLD, MOCVD, osadzanie wspomagane działem jonowym IBAD (ang. ion-beam-assisted deposition), osadzanie na pochylone podłoże ISD (ang. inclined substrate deposition) [69] oraz reaktywne współosadzanie RCE-DR (ang. reactive coevaporation deposition and reaction) [121]. Produkty uzyskane tymi metodami znane są pod nazwą kabli nadprzewodzących drugiej generacji (2G) lub z angielskiego CC – coated conductor [61]. Składają się one z szeregu warstw (rys. 2.12), pełniących wyspecjalizowane funkcje – warstwy stabilizatora, odpowiadające za parametry mechaniczne i termiczne taśmy, podłoże decydujące o jej parametrach elektrycznych oraz warstwy nadprzewodnika [122]. Obecnie taśmy drugiej generacji są wykonywane na skalę przemysłową w wielu krajach (np. American Superconductor, Bruker Energy, Fujikura, Furukawa, MetOx, Sumitomo Electric Industries, SuperPower, SuNam, SuperOx i Theva). Zapotrzebowanie na kable oraz ilość inwestycji w tej tematyce z roku na rok dynamicznie wzrasta [123–125].

Rys. 2.12. Schemat taśmy nadprzewodzącej drugiej generacji [126].

Taśmy 2G znajdują zastosowanie jako kable do transportu prądu elektrycznego, urządzenia do indukowania zmiennego pola magnetycznego, w fizyce wielkich energii, w przemyśle zbrojeniowym (railgun), medycznym (rezonans magnetyczny),

transportowym (MagLev), energetycznym (tokamak, fuzja termojądrowa) [127] itp. Druga generacja kabli nadprzewodzacych, po przełomowym odkryciu samorganizujących się nanokolumn BaZrO3 [128], przeistoczyła się w trzecią generację – nadprzewodniki otrzymały "inteligentne" dwuwymiarowe defekty, które bardzo skutecznie polepszają kotwiczenie wirów6 pola magnetycznego w kierunku c (prostopadłym do płaszczyzn miedziowo-tlenowych).

Obecnie (2018 rok) taśmy drugiej generacji są bardzo drogie i nie zostały zrealizowane wszystkie cele pozwalające wyeliminować ten problem poprzez zastosowanie tańszej i wydajniejszej technologii. Na przykład Departament Energii Stanów Zjednocznonych Ameryki wycenił, że taśmy 2G powinny kosztować 10 dolarów za każdy metr kabla, który jest w stanie przetransportować prąd o natężeniu 1000 A [63]. Obniżenie cen utożsamia się z wprowadzeniem wielu linii produkcyjnych, redukcją ilości podwarstw buforowych i zwiększeniem prędkości osadzania warstw YBCO. Uznaje się, że najważniejszym parametrem ekonomicznym świadczącym o przewadze jednych taśm nad drugimi jest stosunek ceny do wydajności ($ kA-1 m-1) [63,129].

2. 3. 2. Technologia RABiTS

Jak wcześniej wspomniano, niemalże od samego początku, gdy odkryto nadprzewodnictwo w miedzianach, starano się je zastosować do przewodzenia wielkich gęstości prądu w temperaturze co najmniej 77 K. Pierwsze próby wykazały, że chaotycznie zorientowane polikrystaliczne nadprzewodniki nie mogą przewodzić gęstości prądów krytycznych większych niż 500 A/cm2. Dla uporządkowanych warstw nadprzewodzących gęstości te przekraczały nawet 1 MA/cm2 [87]. Tak duża różnica była spowodowana wielkością kąta dezorientacji pomiędzy ziarnami w materiałach polikrystalicznych [130]. Gęstość prądów krytycznych systematycznie maleje, gdy kąt zorientowania granic ziaren się zwiększa. Spowodowało to potrzebę znalezienia rozwiązania, aby taśmy nadprzewodzące wykazywały dobre uporządkowanie we wszystkich kierunkach i jednocześnie nie posiadały innych granic ziaren, niż małego kąta. Pierwszym podejściem rozwiązującym powyższy problem było wykorzystanie techniki IBAD. Dzięki tej metodzie możliwe było naniesienie architektur buforowych na metalach i stopach w postaci sekwencji warstw tlenkowych. Na takiej architekturze można było

6 W wysokim polu magnetycznym nadprzewodniki wysokotemperaturowe nie są jednorodnymi materiałami pod względem własności nadprzewodzących. Miejsca w których w stanie mieszanym pojawiają się obszary nie wykazujące własności nadprzewodzących nazywa się wirami. Dookoła wirów pole magnetyczne zakrzywia się w inny sposób niż w nadprzewodzącej objętości materiału.

osadzić uporządkowane warstwy nadprzewodzące, których gęstości prądów krytycznych wyniosły aż 1 MA/cm2 w temperaturze 77 K [131–135]. Niestety, technika IBAD nie należy do grupy metod o dużej wydajności, a proces wytwarzania architektury buforowej ze względu na stan skomplikowania musiał być dokładnie kontrolowany. Ówcześnie nie pozwalało to technice wyjść z zastosowaniem poza laboratoria badawcze. Wtedy właśnie grupa z Oak Ridge National Laboratory (USA), a głównie Amit Goyal i M. Parans Paranthaman pokazali zupełnie inne podejście. Skomplikowany proces osadzania można uprościć, gdy odpowiednio wcześniej przygotuje się podłoże [136–138]. W 1996 roku Norton i inni [136] pokazali, że można przygotować taśmę niklową o teksturze sześciennej, która umożliwi naniesienie warstw nadprzewodzących o unikalnej jakości. Owa publikacja zapoczątkowała pojawienie się technologii RABiTS (ang. Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate) i epokę rozkwitu taśm nadprzewodzących drugiej generacji.

Tabela 4. Obecny stan rozwoju technologii RABiTS i postęp w pracach na świecie [63,139]

Producent Podłoże (technika osadzania) Prąd krytyczny Ic w temperaturze 77 K [A/cm]

Długość taśmy [m] Uwagi

Fujikura (Japonia) IBAD-MgO; REBCO (PLD)

572 816 osiągnięto w lutym

2011 AMSC (USA) RABiTS; REBCO

(TFA-MOD) 466 540 osiągnięto w październiku 2010 SWCC Showa Cable Systems (Japonia) RABiTS; REBCO (TFA-MOD) 310 500 osiągnięto w maju 2008 SuperPower/Furakawa (USA/Japonia) IBAD-MgO; REBCO (MOCVD) 282 1065 osiągnięto w sierpniu 2009 SUNAM (Korea Płd.) IBAD-MgO;

REBCO (RCE)

275 470 osiągnięto w

październiku 2010 PLD (ang. pulsed laser deposition) – osadzanie za pomocą lasera impulsowego,

REBCO (ang. rare earth barium copper oxide; REBa2Cu3O7-δ) – nadprzewodniki (miedziany) na bazie metali ziem rzadkich,

TFA-MOD (ang. trifluoro acetate-based metal-organic deposition) – osadzanie z fazy metaloorganicznej na bazie kwasu trifluorooctowego,

MOCVD (ang. metal-organic chemical vapour deposition) - osadzanie z par chemicznych związków metaloorganicznych,

Obecnie w USA główny nacisk w rozwoju CC upatruje się w rozwijaniu technologii pozwalającej na wydajne uzyskiwanie dobrej jakości podłoży metalicznych i osadzaniu podwarstw buforowych [63]. Szybki rozwój technologii i jego wykorzystanie w przemyśle spowodował trudny do opanowania przyrost publikacji i raportowania nowych architektur, czy też pobijania kolejnych rekordów w wielkości prądu krytycznego (Ic)7. W tym wyścigu wyłoniło się kilku liderów, którzy za pomocą różnych sposobów przygotowania podłoża oraz cienkich warstw uzyskali akceptowale parametry dla taśm nadprzewodzących z punktu widzenia zastosowania przemysłowego (tabela 4).

Rys. 2.13. Zakres zastosowania taśm nadprzewodzących ze względu na temperaturę i wielkość zewnętrznego pola magnetycznego podczas pracy wymienionych układów. FCL (ang. fault current limiter) to nadprzewodnikowy ogranicznik prądu; SMES (ang. superconducting magnetic energy storage) to nadprzewodnikowy zasobnik energii i MRI/NMR (ang. magnetic resonance imaging/nuclear magnetic resonance) to obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego/spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego [142].

Ze względu na temperaturę pracy i wielkość zewnętrznego pola magnetycznego

7 Prąd krytyczny – maksymalna wielkość prądu elektrycznego jaki można transportować z wykorzystaniem materiału nadprzewodzącego bez utraty jego unikalnych własności.

można wyróżnić kilka obszarów interesujących z przemysłowego punktu widzenia (rys. 2.13). Na przykład zwykłe kable do transportu prądu pracują w temperaturach bliskich temperaturom krytycznym typowych miedzianów, ale za to w niskich polach magnetycznych (głównie w wyindukowanym przez siebie tzw. self-field). Pozwala to na wykorzystanie tańszych ośrodków chłodzących, przy jednoczesnym zachowaniu dużych gęstości prądu krytycznego. Inne wymagania postawione będą taśmom nadprzewodzącym, które mają być zastosowane np. do magazynowania energii. W tym przypadku temperatura pracy będzie dużo niższa, ale taśmy będą narażone na działanie w wysokich polach magnetycznych, co jest dużym wyzwaniem dla samych podłoży metalicznych. Uważa się, że w tego typu zastosowaniach możliwe i bezpieczne jest wykorzystywanie podłoży, które nie są ferromagnetyczne. Obecnie komerycyjnie oferowane podłoża na bazie niklu nie znajdą zastosowania w tym obszarze [140–142].

2. 3. 2. 1. Istota procesu

Obecnie najbardziej popularne technologie wytwarzania taśm drugiej generacji to RABiTS [143], IBAD [144] i ISD [145,146] oraz ich połączenia. Technologia RABiTS jest dobrze opanowana w przemyśle, co było głównym powodem jej wielkiego sukcesu i coraz to większej liczby unowocześnień.

Rys. 2.14. Niepełne figury biegunowe a) {111} i b) {200} zrekrystalizowanej taśmy niklowej zredukowanej do 90% grubości z wyraźną teksturą sześcienną [147] (KW – kierunek walcowania, KP – kierunek poprzeczny).

regularnej ściennie centrowanej (czasami z niewielkimi mikrododatkami stopowymi) o bardzo dużej redukcji końcowej (>85%). Tak uzyskane taśmy poddaje się wygrzewaniu celem rekrystalizacji, której efektem powinna być czysta, ostra tekstura sześcienna (rys. 2.14). Specjalnej obróbce termomechanicznej najczęściej poddaje się nikiel, miedź oraz ich stopy. Ostra tekstura sześcienna, która pojawia się po wyżarzaniu pozwala na heteroepitaksjalny wzrost warstw buforowych, których najważniejszym zadaniem jest powstrzymanie dyfuzji różnych pierwiastków pomiędzy cienkimi warstwami i podłożem (rys. 2.15). Dodatkowo powinny one redukować różnicę w rozszerzalności cieplnej.

Rys. 2.15. Uproszczony schemat technologii RABiTS. Proces rozpoczyna się od walcowania na zimno przypadkowo zorientowanego wsadu metalicznego (np. niklu). Po wyżarzaniu rekrystalizującym otrzymuje się teksturę sześcienną w taśmie. Na tak przygotowaną taśmę nanosi się najczęściej tlenkowe podwarstwy buforowe, które odwzorowywują uzyskaną teksturę i pozwalają uzyskać warstwy nadprzewodzące o bardzo dobrej jakości [147].

2. 3. 2. 2. Taśmy na bazie niklu

Początek historii kabli nadprzewodzących drugiej generacji rozpoczyna się w roku 1996, gdy grupa naukowców z ORNL (ang. Oak Ridge National Laboratory, USA) publikuje w czasopiśmie Science ciekawą wizję otrzymania uporządkowanych warstw nadprzewodzących na walcowanych taśmach [136]. W tamtym okresie pojawiło się zapotrzebowanie na tanie przewody o własnościach niemożliwych do osiągniecia nawet za pomocą kabli nadprzewodzących pierwszej generacji. Jedyną ówcześnie znaną metodą wytwarzania kabli z wysokotemperaturowych nadprzewodników była metoda IBAD. Niestety nie sprawdzała się ona w warunkach przemysłowych, o skutkowało badaniami nad innymi technikami wytwarzania. Po wyselekcjonowaniu kilku najlepszych technik, badania nad technologią RABiTS nabrały tempa. Zaczęto poszukiwać przede wszystkim skutecznych podwarstw umożliwiających nanoszenie nadprzewodnika YBCO na czysty nikiel [148–150]. Wykazano, że taką architekturą cienkowarstwową dla taśm niklowych jest układ warstw CeO2/YSZ/Y2O3 [151].

Równolegle czysty nikiel stopowano innymi pierwiastkami celem znalezienia odpowiedniego składu chemicznego dla funkcjonalnej i komerycyjnej taśmy. Motywowane to było ferromagnetyzmem niklu. Głównym zadaniem postawionym przed specjalistami zajmującymi się taśmami metalicznymi było opracowanie składu chemicznego podłoża na bazie niklu, którego temperatura Curie będzie niższa od temperatury pracy kabla nadprzewodzącego. Pozwoliłoby to wyeliminować istnienie strat energetycznych spowodowanych istnieniem histerezy zmiennoprądowej [141]. Najbardziej obiecującym podłożem okazały się stopy niklu z wolframem (obecnie najpopularniejsze taśmy wykorzystywane w przemyśle). Jednoznacznie wykazano, że dodawanie wolframu powoduje obniżenie tempetury Curie, ale jednocześnie utrudnia uzyskanie ostrej tekstury sześciennej w taśmach. Z tego powodu wybór podłoża dla architektury cienkowarstwowej musiał być kompromisem pomiędzy tymi dwoma właściwościami. Optymalny skład to taśma niklowa z 5 %at. dodatkiem wolframu (Ni-5W). Przy takim składzie łatwo można wytworzyć teksturę sześcienną, niestety istnieje pewne namagnesowanie w temperaturze pracy kabli. Jest to ciągle nierozwiązany problem w technologii wytwarzania kabli nadprzewodzących, który hamuje rozwój i ich wykorzystanie w innych zastosowaniach niż transport prądu dużej gęstości oraz prądu zmiennego. Dużą nadzieję w ominięciu tego problemu upatruje się taśmach na bazie miedzi.

2. 3. 2. 3. Taśmy na bazie miedzi

Czysta miedź ma liczbę atomową równą 29, a jej masa atomowa wynosi 63,5463. W związkach chemicznych miedź jest jedno- lub dwuwartościowa, nie wykazuje odmian alotropowych i krystalizuje w sieci ściennie centrowanej układu regularnego A1 o parametrze 0,3617 nm. Temperatura topnienia miedzi wynosi 1084,88°C, a wrzenia ok. 2595°C. Miedź ma gęstość 8,93 g/cm3 w temperaturze 20 °C. Wytrzymałość miedzi na rozciąganie wynosi 200÷250 MPa, a granica plastyczności 35 MPa. W wyniku obróbki plastycznej na zimno wytrzymałość miedzi zwiększa się do 400÷450 MPa. Miedź cechuje duża przewodność cieplna – 411 W/(m K) i elektryczna – 59,77 MS/m ⋅ [152].

Ze względu na to, że popularne taśmy niklowe Ni-3W i Ni-5W w temperaturze pracy były ferromagnetyczne – co powodowało powstawanie strat energetycznych – zaczęto szukać niemagnetycznej alternatywy [140]. Wiele lat przed narodzinami technologii RABiTS zaobserwowano, że można w prosty sposób wytworzyć ostrą teksturę sześcienną w miedzi [153–155], jednakże już niewielkie domieszki innych pierwiastków powodowały zmianę tekstury rekrystalizacji np. na typu mosiądzu, czy Goss'a [156]. Eliminacja strat przesyłowych nie była jedyną zaletą zastąpienia taśm niklowych miedzianymi. Taśmy na bazie miedzi posiadają dużo większą przewodność cieplną i są tańsze. Nawet gdy są zanieczyszczone lub umocnione wydzieleniami to nadal ich przewodność elektryczna znacząco przewyższa tą, którą posiadają taśmy niklowe. Wszystkie te zalety w przypadku możliwości zastosowania przewodzącej architektury buforowej pozwoliłyby na ograniczenie grubości warstwy stabilizacyjnej, co jest jednym z najważniejszych problemów technologicznych do wyeliminowania. Redukcja grubości stabilizatora (rys. 2.12) pozwoliłaby zwiększyć najważniejszy parametr użytkowy taśm nadprzewodzących, tzw. inżynierską gęstość prądów krytycznych JE. Jest to gęstość prądów krytycznych w odniesieniu do całkowitego pola powierzchni przekroju całego przewodu [157]. Taśmy miedziane mają także kilka wad, które obecnie nie pozwalają na ich szerokie zastosowanie. Głównymi problemami są: słaba odporność na utlenianie i duża różnica w rozszerzalności cieplnej pomiędzy miedzią a podwarstwami buforowymi. Tam gdzie nie będzie można zastosować taśm na bazie niklu t.j. w przypadku przesyłu prądu zmiennego i budowy nowej generacji elektromagnesów dostrzega się szansę na komercjalizację taśm miedzianych [142].

Problem z utlenianiem taśm miedzianych rozwiązano poprzez wykorzystanie podwarstwy azotku tytanu [157,158]. Bez tej podwarstwy miedź może dyfundować, aż do

powierzchni nadprzewodnika tworząc wydzielenia Cu2O [157]. Niestety TiN ma tendencję do rozpadu w atmosferze utleniającej, dlatego kolejna podwarstwa koniecznie musi być nanoszona przy niskim ciśnieniu parcjalnym tlenu. Tlenek magnezu jest jednym z nielicznych materiałów, którego energia tworzenia (-249 kcal/mol O2) jest niższa niż tlenku tytanu (-213 kcal/mol O2) w temperaturze 500 °C [158]. Dodatkowo, struktura krystaliczna MgO jest w pełni zgodna z TiN, a dokładniej posiada taką samą sieć krystaliczną oraz bardzo podobny parametr sieci (minimalne niedopasowanie rzędu f = 0,5%). MgO dobrze zabezpiecza przed dyfuzją tlenu chroniąc zarówno taśmę miedzianą jak i azotek tytanu [159]. Optymalna grubość warstw azotku tytanu i tlenku magnezu dla której zachowują one swoje własności nie została zbadana. Grubości cienkich warstw zawierały się w bardzo dużym zakresie od 80 do nawet 600 nm [157– 159]. Na tak przygotowaną dwuwarstwę nanosi się jeszcze podwarstwę LaMnO3. Jej jedyna funkcja to ułatwianie wzrostu epitaksjalnego dla warstw YBCO i jest niezbędna tylko przy wytwarzaniu wysokiej jakości kabli nadprzewodzących [157,158,160].

Szczegółowy przegląd literaturowy przeprowadzony przez autora ujawnił, że dla badanej architektury do tej pory bezsprzecznie udowodniono:

– azotek tytanu jest najlepszym kandydatem na warstwę zalążkową, ze względu na idealne dopasowanie parametru sieci względem MgO i możliwość bezpiecznego osadzania na miedzi [158],

– azotek tytanu skutecznie blokuje dyfuzję miedzi, a tlenek magnezu blokuje przenikanie tlenu do podłoża [160],

– tlenek magnezu chroni przed rozpadem TiN i relaksuje część naprężeń powstałych w wyniku niedopasowania sieci do podłoża, co znacznie ułatwia wzrost kolejnych cienkich warstw [159],

– azotek tytanu i tlenek magnezu tworzące heterostrukturę są ciężko rozróżnialne przy wykorzystaniu rentgenowskich technik dyfrakcyjnych [159,160],

– cała architektura jest stabilna termicznie nawet w temperaturze 740 °C (temperatura dużo wyższa, niż przy osadzaniu warstw nadprzewodzących) [159],

– CuO2 powstające na powierzchni miedzi podczas osadzania powoduje degradację heterostruktury, dlatego niezbędne jest przeciwdziałanie wszelkim możliwościom utlenienia podłoża miedzianego [157–159].

W literaturze można odnależć informacje, że najczęściej na podłoża wykorzystuje się taśmy z czystej Cu [157], czasami z podwarstwą Ni [161], stopu Cu-Ni-Al [158], stopu Cu-Ni-Mn [162], Cu umacnianej cząstkami B4C (metoda metalurgii proszków), stopu Cu-Mn [143], mikro-stopy Cu z Mg, Al i Cr [92], a także stopy Cu z Fe [163] i Ni [164,165]. Należy przede wszystkim zwrócić uwagę, że mimo ciągłości w poszukiwaniu odpowiednich podłoży dla technologii RABiTS, żadna z grup nie zdecydowała się na osadzanie cienkich warstw, na wyżej zaproponowanych taśmach. Więcej o tym zagadnieniu, jak i innych architekturach warstw buforowych można przeczytać w obszernych przeglądach wiedzy przygotowanych przez specjalistów z amerykańskiego ORNL [69,92].

Istnieje duży obszar do zagospodarowania w przemyśle oraz duża część niepoznanych zagadnień naukowych obejmujących zakres wykorzystania CC do zastosowań w wysokich polach magnetycznych. Jest to obszar idealny do zastosowań dla technologii wykorzystującej taśmy na bazie miedzi. Niestety wszystkie badania skupiają się na doborze składu chemicznego samych podłoży poprzez określanie wpływu poszczególnych pierwiastków na utworzone stopy miedzi. Są to badania, które nie wykraczają poza metalurgię metali nieżelaznych. Żadna z grup badawczych na świecie nie pokusiła się o wytwarzanie cienkich warstw na proponowanych przez nich podłożach. Będzie to łatwiejsze, gdy poznany zostanie mechanizm wzrostu podwarstw buforowych na czystej miedzi, a potem na najbardziej rokujących stopach miedzi. Z tego powodu doktorant w tej rozprawie doktorskiej skupił się na tym aspekcie. Wysiłek doktoranta poszedł na wykonanie jak najlepszych podwarstwy buforowych na czystej miedzi i poznaniu mechanizm ich wzrostu w skali atomowej z wykorzystaniem najnowocześniejszej aparatury badawczej. Ze względu na ograniczony czas realizacji rozprawy nie zdecydowano się na wytwarzaniu cienkich warstw nadprzewodzących, gdyż ich osadzanie rządzi swoimi własnymi prawami. Pozostawiono ten obszar do realizacji w późniejszych projektach. Praca doktorska ma być jednym z etapów fascynującej naukowej podróży w świat najnowszych technologii zmieniających otaczającą rzeczywistość.