Перовскитоподобный рутенокупрат на основе тербия в качестве магнитоупорядоченного сверхпроводящего материала

 

Изобретение относится к получению нового сложного перовскитоподобного рутенокупрата на основе тербия. Результат изобретения: получение нового соединения, обладающего сверхпроводящими и магнитными свойствами. Высокочистые порошки оксидов рутения, тербия, 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 8 ч. Перовскитоподобный рутенокупрат на основе тербия имеет формулу (Ru_0,5 Cu_0,5)Sr₂(Tb_0,7Ce_0,3 )₂Cu₂O₁₀.

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

Аналогичные перовскитоподобные купраты общего состава RuSr₂(Ln,Ce)₂Cu₂O_10-δ (Ln=Dy, Но, Y) являются низкотемпературными сверхпроводниками, обладающими магнитным упорядочением, которые получены из исходных компонентов с использованием техники высоких давлений и температур (давление 6ГПа, температура 1200° С). [V.P.S.Awana and E.Takayama-Muromachi, Physica С, 2003. V.390. Р.101]

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 рутенокупрата на основе тербия состава (Ru_0,5Cu_0,5)Sr ₂(Tb_0,7Ce_0,3)₂Cu₂ O₁₀, который был получен твердофазным спеканием исходных компонентов. Присутствие в составе соединения ионов рутения предопределяет возможность проявления не только сверхпроводящих, но и магнитных свойств, отсутствующих у CuYBa₂Cu ₂O_7-δ . [I.Felner, U.Asaf, Y.Levi, and O.Millo, Phys. Rev B.55. R3374(1997)].

Образцы весом 2 г были получены в муфельной печи в алундовых тиглях. Стехиометрическая смесь исходных компонентов, соответствующая составу (Ru_0,5Cu_0,5)Sr ₂(Tb_0,7Ce_0,3)₂Cu₂ O_10-δ , прокалена в порошке при 960° С в течение 8 ч на воздухе, затем перетертый и спрессованный в таблетку диаметром 10 мм полученный образец синтезировался при 1010° С в смеси воздуха и азота в течение 8 ч. Затем образец перетирался, прессовался в таблетку и осуществлялся 2-кратный отжиг при 1050° С на воздухе в течение 8 ч. После первой стадии отжига образец перетирался и заново прессовался. Образец охлаждался вместе с печью. Полученный образец шихтового состава (Ru_0,5Cu_0,5)Sr ₂(Tb_0,7Ce_0,3)₂Cu ₂O₁₀ (образец I) затем был отожжен в кислороде при 1050° С в течение 8 ч (образец II).

В качестве исходных материалов для приготовления шихты использовались высокочистые порошки оксидов рутения, тербия, церия, меди и карбоната стронция. Вещества взвешивались в следующем весовом соотношении: оксид рутения - 8,00 вес.%, оксид тербия - 30,78 вес.%, оксид церия - 12,41 вес.%, оксид меди - 23,90 вес.%, карбонат стронция - 35,49 вес.% (при нагревании происходит разложение согласно реакции SrCO₃→ SrO+CO₂. Оксид стронция - 24,91 вес.%). Исходные вещества тщательно перемешивали в ацетоне для гомогенизации.

Состав и строение фазы с шихтовым составом (Ru_0,5 Cu_0,5)Sr₂(Tb_0,7Ce _0,3)₂Cu₂O₁₀, входящей в состав образца I, определены полнопрофильным рентгеновским методом:

Тетрагональная сингония.

Пространственная группа: 14/mmm.

Параметры ячейки: a=3,802(2), с=28,470(20)А.

Объем ячейки: 411,54А³.

Молекулярная масса: 806.190.

Число формульных единиц в ячейке: 2.

Плотность: 6.505 г/см³.

В структуре фаз общего состава (Ru,Cu)Sr₂(Tb,Ce⁴⁺)₂ Cu₂O₁₀ "атомы" (Тb,Се⁴⁺ ) расположены не в центре тетрагональных призм, "атомы” (Ru,Cu) 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 (СuКα ₁) при сканировании с шагом 0,02° по 2Θ и экспозицией 15с. Параметры ячейки нового сложного перовскитоподобного рутенокупрата 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 C.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 параметрах 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 (Ru_0,5Cu _0,5)Sr₂(Tb_0,7Ce_0,3) ₂Cu₂O₁₀ (образец I) проявил полупроводниковые свойства, а образец II оказался низкотемпературным сверхпроводником с температурой перехода в сверхпроводящее состояние при Т _с~5 К.

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~95 К.

Формула изобретения

Перовскитоподобный рутенокупрат на основе тербия (Ru_0,7 Cu_0,5)Sr₂(Tb_0,7Ce _0,3)₂Cu₂O₁₀ в качестве магнитоупорядоченного сверхпроводящего материала.