Перовскитоподобный рутено-купрат на основе празеодима в качестве магнитоупорядоченного сверхпроводящего материала

 

Изобретение относится к получению нового сложного перовскитоподобного рутено-купрата на основе празеодима. Результат изобретения: получение нового соединения, обладающего сверхпроводящими и магнитными свойствами. Высокочистые порошки оксидов рутения, празеодима, церия, меди и карбоната стронция в количестве, соответствующем стехиометрии, гомогенизировали в ацетоне. Смесь прокаливали при 960°С в течение 8 ч на воздухе и прессовали. Синтез проводили при 1010°С в смеси воздуха и азота в течение 8 ч. Осуществляли двукратный отжиг при 1050°С на воздухе в течение 10 ч. Перовскитоподобный рутено-купрат на основе празеодима имеет формулу RuSr₂ (Pr_0,7Се_0,3)Cu₂O₁₀ .

Изобретение относится к получению нового сложного перовскитоподобного рутено-купрата на основе празеодима, являющегося перспективным материалом во многих областях техники. В частности, данный сложный перовскитоподобный купрат на основе празеодима после обработки в кислороде под давлением может использоваться в электронике и вычислительной технике (сверхпроводящие квантовые интерферометры, сверхпроводящие элементы памяти) и медицине (сверхпроводящие томографы).

Аналогичные перовскитоподобные купраты общего состава RuSr₂(Ln,Ce)₂Cu₂O _10-δ (Nd, Sm, Eu, Gd) являются высокотемпературными сверхпроводниками, обладающими, кроме того, магнитным упорядочением [G.M.Kuz'micheva, A.S.Andreenko, E.P.Khlybov, I.E.Kostyleva and Yu-V.Esaulova, Physica C, 383, 315 (2002)], [L.Bauemfeind, W.Widder and H.F.Braun, Physica C, 254, 151(1995)].

Из всех перовскитоподобных купратов наиболее широкое применение в накопителях энергии, в электромагнитах, токовводах, токоограничителях находят перовскитоподобные купраты на основе меди - CuYBa₂Cu₂O _7-δ . Это объясняется высокотемпературной сверхпроводимостью этой фазы.

Однако перовскитоподобным купратам на основе меди присущ ряд серьезных недостатков. Так, недостаточно высокой является устойчивость к воздействию влаги, наблюдается высокая чувствительность сверхпроводящих свойств к содержанию кислорода, инконгруэнтное плавление.

Задачей данного изобретения было получение нового сложного перовскитоподобного рутено-купрата на основе празеодима состава RuSr₂(Рr_0,7 Се_0,3)₂Сu₂O₁₀, который был получен твердофазным спеканием исходных компонентов. Присутствие в составе соединения ионов рутения предопределяет возможность проявления не только сверхпроводящих, но и магнитных свойств [I.Felner, U.Asaf, Y.Levi and O.Millo, Phys. Rev В.55. R3374 (1997)].

Образцы весом 2 г были получены в муфельной печи в алундовых тиглях. Стехиометрическая смесь исходных компонентов, соответствующая составу RuSr₂(Рr_0,7Се _0,3)₂Сu₂O₁₀, прокалена в порошке при 960° С в течение 8 ч на воздухе, затем спрессованный в таблетку диаметром 10 мм полученный образец синтезировался при 1010° С в смеси воздуха и азота в течение 8 ч, а затем осуществлялся 2-кратный отжиг при 1050° С на воздухе в таблетках в течение 10 ч. Полученный образец шихтового состава RuSr ₂(Рr_0,7Се_0,3)₂Сu₂ O₁₀ (образец I) затем был отожжен в кислороде при 400° С в течение 4 ч. (образец II).

В качестве исходных материалов для приготовления шихты использовались высокочистые порошки оксидов рутения, празеодима, церия, меди и карбоната стронция. Вещества взвешивались в следующем весовом соотношении: оксид рутения - 15,82 вес.%, оксид празеодима - 28,32 вес.%, оксид церия - 12,30 вес.%, оксид меди - 18,92 вес.%, карбонат стронция - 35,11 вес.% (при нагревании происходит разложение согласно реакции: SrСО₃→ SrО+СO₂. Оксид стронция - 24,64 вес.%). Исходные вещества тщательно перемешивали в ацетоне для гомогенизации.

Состав и строение фазы с шихтовым составом RuSr₂ (Рr_0,7Се_0,3)₂Сu₂O ₁₀, входящей в состав образца I, определены полнопрофильным рентгеновским методом:

Тетрагональная сингония

Пространственная группа: I4/mmm

Параметры ячейки: а=3,862(2); с=28,515(30)

Объем ячейки: 425,30А³

Молекулярная масса: 875,129

Число формульных единиц в ячейке: 2

Плотность: 6,832 г/см³

В структуре фаз общего состава RuSr ₂(Pr,Ce⁴⁺)₂Cu₂O ₁₀ "атомы" (Рr, Се⁴⁺) расположены не в центре тетрагональных призм, "атомы” Ru находятся в искаженном октаэдре, атомы Sr и Сu расположены в дефектных кубооктаэдрах и в тетрагональных пирамидах соответственно.

Съемка поликристаллического образца проведена на автоматическом рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М (CuKα ₁) при сканировании с шагом 0,02° по 2Θ и экспозицией 15с. Параметры ячейки нового сложного перовскитоподобного рутено-купрата на основе тербия определены и уточнены методом наименьших квадратов с использованием программы PoowTool (внешний стандарт - порошок α -Аl₂О₃: а=4,7588(1), с=12,993(2)А из Американского бюро стандартов). Уточнение состава и структуры выполнены методом Ритвельда по программе DBWS-9411 [Young R.A., Sakthivel A., Moss T.S., Paiva-Santos С.O. "Rietveld analysis of X-Ray and neutron powder diffraction patterns". User's guide to program DBWS-9411. 30 March 1995]. Обработка массива экспериментальных данных осуществлена по программе PROFILE FITTING V 4.0. Для описания формы пика выбрана функция псевдо-Войта или Пирсона при 8.0 FWHM, где FWHM-средняя ширина пика на половине высоты. После уточнения коэффициента приведения к абсолютной шкале, нуля счетчика, фона, параметров элементарной ячейки и смещения образца следовал этап уточнения структурных и профильных параметров путем постепенного добавления профильных параметров при уточняемом фоне. Структурные параметры уточнялись в несколько этапов: сначала только координаты атомов, затем тепловые параметры в изотропном приближении при фиксированных позиционных, далее заселенности позиций при фиксированных позиционных и тепловых. На заключительной стадии уточнялись одновременно тепловые параметры и заселенности позиций при фиксированных остальных параметров для каждого атома.

Микроструктура полученного соединения определена с использованием сканирующего электронного микроскопа QUANTA-400.

Электрические измерения выполнены стандартным четырехконтактным методом в интервале температур 4,2-300 К. Образец шихтового состава RuSr₂(Рr _0,7Се_0,3)₂Сu₂O₁₀ (образец I) проявил полупроводниковые свойства, а образец II оказался сверхпроводником с температурой перехода в сверхпроводящее состояние при Т_с~20К.

Магнитные измерения были выполнены с использованием емкостного сенсорного магнетометра, размещенного в сверхпроводящем соленоиде. Магнетизация образцов была измерена в магнитных полях при 140 КЭ при температуре 4.2 К. Образец II имел магнитное упорядочение при Т_m~90 К.

Формула изобретения

Перовскитоподобный рутено-купрат на основе празеодима RuSr ₂(Pr_0,7Ce_0,3)Cu₂O ₁₀ в качестве магнитоупорядоченного сверхпроводящего материала.