Structura Supraconductorilor Cu Temperature Critică Ridicată

15
Structura supraconductorilor cu temperature critică ridicată Brașovean Laurențiu Fizică Tehnologică An IV

description

Structura Supraconductorilor Cu Temperature Critică Ridicată

Transcript of Structura Supraconductorilor Cu Temperature Critică Ridicată

  • Structurasupraconductorilor cu temperature criticridicat

    Braovean LaureniuFizic TehnologicAn IV

  • Cuprins

    Introducere

    Temperaturile critice ale Supraconductorilor

    Clasificarea supraconductorilor cu temperature critice nalte

    Tipuri de supraconductori

    Structuri de supraconductori

    Descoperiri noi

    Bibliografie

    2

  • Introducere

    Supraconductorii au dou proprieti unice care i pot face din punctdevedere tehnologic foarte importani:

    n primul rnd rezistena lorelectric nul permitetransportul de curent frpierderi.

    In al doilea rndsupraconductorii resping tot fluxul magnetic din interiorullor i sunt expulzai de un cmpmagnetic.

    3

  • Temperaturile critice ale Supraconductorilor

    In 1908 KammerlingOnnes a reusit sa lichefiezeheliul, ceea ce a deschis drumul a numeroase experiente asupracomportamentului materialelor la temperatura joas.

    n 1911 Onnes msurndvariaia conductivitii mercuruluin funcie de temperatur, a fostsurprins s constate c la 4,2 K rezistena se anuleaz brusc .

    Timp de 20 de ani s-au pus n eviden mai mult de 20 de elemente metalice i de aliaje care pot prezenta fenomenul de supraconductibilitate.

    4

  • Cercetrile inaugurate de Bednorz si Mller asupra roluluivalenelor mixte ale metalelor de tranziie i-au determinat pe acetias-i ndrepte atenia spre o nouaclas de compui, compuii oxidicisupraconductori.

    Pornind de la compuiioxidici de cupru coninnd La i Ba, prin variaia raportului La3+ i Ba2+

    au obinut pentru ceramica de tipul

    LaMCuO, unde M=Ba, Sr, Ca la temperatura de 35 K fenomenul de supraconductibilitate.

    In februarie 1987, nlocuindLa cuY a fost obinut Tc=90K.

    Temperaturile critice ale Supraconductorilor

    Faza supraconductoare a noului compus YBa2Cu3O7 (YBCO) cu deficit de oxigen avea structura perovskitic.

    5

  • Clasificarea supraconductorilor cu temperature critice nalte

    Aceast descoperire, n care temperatura de tranziie este deasupra temperaturiiazotului lichid (77K), a dus la apariia unei noi clase de supraconductori denumiisupraconductori de temperaturi nalte (HTS) care se pot clasifica in trei clase :

    Compui oxidici necuprai cu structurperovskitic,de tipul BaBiO3.

    Compuii oxidici cuprai perovskitici de tipul ABX3, din care fac parte sistemeleYBaCuO, BiSrCaCuO, TlBaSrCaCuO iHgBaSrCaCuO.

    Compui oxidici cuprai cu structurpseudo-perovskitic de tipul A2BX4 din care fac parte compuii M2CuO4, cu M=Nb, Ce, Sr.

    6

  • Structuri de supraconductori

    7

    Structura atomic determin legtura chimic i o serie de proprieti fizice. O mic schimbare n structur aduce adesea schimbri majore n proprietile electroniceale solidului. Investigarea structurii cristaline, influenele temperaturii, presiunii icompoziiei, joac un rol deosebit att n nelegerea mecanismului supraconductibiliti de temperatur nalt ct i n modalitilor posibile pentru obinerea de noi compui.

    Pornind de la familiile perovskiilorABX3 i a pseudo-perovskiilor A2BX4 , unde A i B sunt cationi iar X este anion,structuraperovskiticn ABX3 este un cub n care atomii de tip A,ocup colurile cubului,atomii de tip B ocup centrul cubului (A i B sunt metalici), iar X ocup centrul feelor.

  • 8Structura familiilor de cuprai conin plane CuO2 care sunt foarte importante,acestea formnd reele infinite, uni-,bi- sau tridimensionale.

    Formulele generale sunt (AX)mBnX3n sau (AX)mBnX3n1, cu B = Cu. Din acestea se pot ndeprta civa atomi de tipul X = O, formndu-se locuri vacante de oxigen. O astfel deconstrucie permite conversia materialului ntr-un metal i un posibil supraconductor.

    Reprezentarea schematic a modului de formare a reelei cristaline a compuilor YBa2Cu3O7n (n= 0 sau 1)care este un compus supraconductor cu deficit de oxygen .

  • 9Atomul de ytriu are coordinaie de ordinul 8 i este situat n centrul uneiprisme, n timp ce atomul de bariu are coordinaie 10, cu doi atomi de oxigen lips. Atomii de cupru sunt situai n dou poziii neechivalente, astfel Cu(1) are coordinaieplanar,n care unitatea CuO2 formeaz lanuri pe direcia axei b, iar atomii Cu(2), au coordinaie piramidal CuO5, cu patru atomi de oxigen n plan (O(2) i O(3)) i unoxigen apical O(1).

    Astfel apar planele 2D de CuO2 perpendiculare pe axa c, oxigenul fiind uordeplasat de la planul ideal.Atomii de oxigen din aceast structur prezint patru poziii O1a, O2b,O3b i O4c, i o poziie posibil O(5) la (1/2, 0, 0) care este goal de obicei la temperatura camerei.

    Din studiile de difracie de neutroni, reiese c n compusulYBa2Cu3O7 (n=0) poziia O(4) este ocupat.

  • 10

    Odata cu creterea temperaturii, oxigenul este pierdut n mod constanti sistemul trece din faza ortorombic (supraconductoare) n cea tetragonal (normal).

    n condiii normale faza ortorombic este stabil pentru 0

  • 11

    Structura fazei tetragonale depinde si de modul n care oxigenul este nlturat. Rcirea brusc la peste 500oC pstreaz faza tetragonal cu poziiile dezordonate ale oxigenului O(1) n planele Cu(1)-O(1) n timp ce nclzirea moderat, n vid, menine faza ortorombic pn la n=0.

    n funcie de concentraia de oxigen (parametrul n) sunt posibile urmtoarele dou modificri ale fazei ortorombice: orto I n= 0 pentru YBa2Cu3O7 cu Tc = 93 K, dac lanurile Cu(1)-O(1) sunt golite alternativ orto II n= 0,5 pentru YBa2Cu3O6,5 cu Tc = 60 K,fazele sunt mai complicate n cazul n care lanurile umplute pe jumtate alterneaz cu lanuri umplute pe sfert.Din aceast cauz lanurile Cu(1)-O(1) joac un rol important n proprietile electronice ale supraconductibilitii.

    La modul general, pentru compusul Y2Ba4Cu6+nO14+n, o sa avem nfuncie de parametrul n urmtoarele tipuri de structuri din sistemulYBaCuO: n = 0, Y2Ba4Cu6O14 2YBa2Cu3O7 Y123 cu Tc = 93K; n = 1, Y2Ba4Cu7O15 Y247 cu Tc = 45K; n = 2, Y2Ba4Cu8O16 2YBa2Cu4O8 n Y124 cu Tc = 80K.

  • Structura cristalin a compuilor BSCCO

    12

    Alt categorie important a clasei oxizilor perovkitici cuproi supraconductori este cea a structurilor din sistemul Bi-Sr-Ca-Cu-O. Aceti compui au formula general A2B2Can1CunO2n+4, unde A=Bi i B=Sr, i prezint treifaze supraconductoare n funcie de valoarea n (care d numrul planelor de CuO2):

    Faza 2201 pentru n=1, avem Bi2Sr2CuO6 cu Tc < 23K;

    Faza 2212 pentru n=2, avem Bi2Sr2CaCu2O8 cu Tc = 85K;

    Faza 2223 pentru n=3, avem Bi2Sr2Ca2Cu3O10 cu Tc = 110K.

    Caracteristica comun oxizilor supraconductori pe baz de bismut este structura lor stratificat. Fiecare strat este de tipul MO (M=Bi sau Sr), MO2 (M=Cu) sau M (M=Ca). Astfel, fiecare plan de cationi coine ioni de oxigen (aproape) n acelai plan, excepie facnd calciul.

  • 13

    n acest material ntlnim dou structuri comune: structura perovskitic de tipul (SrO CuO2 Ca CuO2 SrO) i structura de tip rock salt ce conine straturile duble de (BiO)-(BiO).n consecin cele trei faze supraconductoare pe baz de bismut conin straturi duble de BiO i 1, 2 sau 3 straturi consecutive de CuO2:

    faza 2201 are un singur strat de CuO2 cu secvent de mpachetare BiO SrO CuO2 SrO BiO;

    faza 2212 conine dou straturi de CuO2 cu secvent de mpachetare BiO SrO CuO2 Ca CuO2 SrO BiO;

    faza 2223 conine trei straturi de CuO2 cu secvent de mpachetare BiO SrO CuO2 Ca CuO2 Ca CuO2 SrO BiO.

  • Descoperiri noi

    14

    Conform site-ului Superconductors.ORG , temperature critica a fost atinsa la 350K ,adica 77 Celsius, cu descoperireacompusului Tl7Sn2Ba2MnCu10O20+ . Aceasta temperatur critic extrem de ridicat, a fost obtinut prin inlocuirea cu mangan a atomilor de titan din compusul anunat in ianuarie 2014 ca fiind un supraconductor cu temperatura critica de 65 Celsius.

    Aceasta substituire creste constanta dielectrica (K) a anionului din structura H212 cu doua ordine de marime.

  • V MULUMESC !

    Bibliografie

    15

    Introducere n fizica supraconductorilor Caner V. Supraconductibilitate la temperaturi nalte (Simion Simon,

    Mircea Crisan) Studies of High Temperature Superconductors: advances in

    Research and Application

    http://www.superconductors.org http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html http://www.apph.tohoku.ac.jp/low-temp-lab/e-

    newmate.html