簡介
編輯鈦銅氧 (YBCO) 是一族具有高溫超導性的結晶化合物; 它包括有史以來發現的xxx種在液氮沸點 (77 K) 約 93 K 時變得超導的材料。
許多 YBCO 化合物具有通式 YBa2Cu3O7-x(也稱為 Y123),盡管存在具有其他 Y:Ba:Cu 比率的材料,例如 YBa2Cu4Oy (Y124) 或 Y2Ba4Cu7Oy (Y247)。 目前,還沒有公認的高溫超導理論。
它是更普遍的稀土鋇銅氧化物 (ReBCO) 的一部分,其中存在其他稀土而不是釔。
歷史
編輯1986 年 4 月,在蘇黎世 IBM 工作的 Georg Bednorz 和 Karl Müller 發現某些半導體氧化物在相對較高的溫度下變得超導,特別是鑭鋇銅氧化物在 35 K 時變得超導。這種氧化物是一種缺氧鈣鈦礦 -相關材料被證明是有前途的,并刺激了對具有更高超導轉變溫度的相關化合物的研究。
繼 Bednorz 和 Müller 的發現之后,位于亨茨維爾的阿拉巴馬大學和休斯頓大學的一個團隊發現 YBCO 的超導轉變臨界溫度 (Tc) 為 93 K。xxx批樣品是 Y1.2Ba0.8CuO4,但這 是黑色和綠色兩相的平均組成。 華盛頓卡內基研究所的工作人員發現黑相(原來是超導體)的成分為 YBa2Cu3O7?δ。
YBCO 是xxx種被發現在 77 K(液氮的沸點)以上變得超導的材料,而大多數其他超導體需要更昂貴的致冷劑。 盡管如此,YBCO 及其許多相關材料尚未取代需要液氦進行冷卻的超導體。
綜合
編輯相對純的 YBCO 首先是通過在 1000 至 1300 K 的溫度下加熱金屬碳酸鹽的混合物而合成的。
4 BaCO3 + Y2(CO3)3 + 6 CuCO3 + (1/2?x) O2 → 2 YBa2Cu3O7?x + 13 CO2
YBCO 的現代合成使用相應的氧化物和硝酸鹽。
YBa2Cu3O7?x 的超導特性對其氧含量 x 的值很敏感。 只有0≤x≤0.65的材料在Tc以下是超導的,當x~0.07時,材料在最高溫度95K或最高磁場中超導:B垂直120T,B平行250T CuO2 平面。
除了對氧的化學計量敏感外,YBCO 的性質還受所用結晶方法的影響。 必須小心燒結 YBCO。 YBCO 是一種結晶材料,當通過仔細控制退火和淬火溫度速率使晶粒邊界對齊時,可以獲得最佳的超導性能。
自從 Wu 及其同事發現 YBCO 以來,已經開發了許多其他合成 YBCO 的方法,例如化學氣相沉積 (CVD)、溶膠-凝膠和氣溶膠方法。 然而,這些替代方法仍然需要仔細燒結才能生產出優質產品。
然而,自從發現氟的來源三氟乙酸 (TFA) 可以防止不需要的碳酸鋇 (BaCO3) 的形成以來,新的可能性已經開啟。 CSD(化學溶液沉積)等路線開辟了廣泛的可能性,特別是在制備長 YBCO 帶方面。 這條路線將獲得正確相位所需的溫度降低到 700 °C 左右。 這一點,以及不依賴于真空,使這種方法成為獲得可擴展 YBCO 磁帶的非常有前途的方法。
結構
編輯YBCO 在由層組成的缺陷鈣鈦礦結構中結晶。 每層的邊界由共享 4 個頂點的方形平面 CuO4 單元的平面定義。 飛機有時會稍微起皺。 垂直于這些 CuO4 平面的是共享 2 個頂點的 CuO2 帶。 釔原子位于 CuO4 平面之間,而鋇原子位于 CuO2 帶和 CuO4 平面之間。
雖然 YBa2Cu3O7 是一種具有特定結構和化學計量的明確定義的化合物,但每個分子式單元中氧原子少于七個的材料是非化學計量化合物。 這些材料的結構取決于氧含量。 這種非化學計量由化學式 YBa2Cu3O7?x 中的 x 表示。 當 x = 1 時,Cu(1) 層中的 O(1) 位點是空的,結構是四方的。 YBCO 的四方結構是絕緣的,不具有超導性。 稍微增加氧含量會導致更多的 O(1) 位點被占用。 對于 x < 0.65,形成沿晶體b軸的Cu-O鏈。
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