구리 초전도체

Cuprate superconductor

구리 산화물(CuO2) 층과 다른 금속 산화물 층이 번갈아 만들어지는 고온 초전도 재료 패밀리입니다. 이 층은 전하 저장고 역할을 합니다.주변 압력에서, 구리 초전도체는 알려진 가장 높은 온도 초전도체입니다.그러나 초전도 현상이 일어나는 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다.

역사

초전도체 연대표.구리산염은 청다이아몬드, 이붕화 마그네슘 등 BCS 초전도체는 녹색 원으로, 철계 초전도체는 노란색 사각형으로 표시된다.구리산염은 현재 가장 높은 온도인 초전도체로 전선이나 자석에 적합합니다.

최초의 구리 초전도체는 1986년 IBM 연구원 게오르그 베드노르츠와 칼 알렉스 뮐러에 의해 비스토이치 구리 산화물인 구리 랜턴에서 발견되었다.이 물질의 임계 온도는 35K로 이전 기록인 23K를 훨씬 [1]웃돌았습니다.이 발견은 1986년과 [2]2001년 사이에 수천 권의 출판물을 발표하면서 큐프레트에 대한 연구가 급격히 증가했습니다.베드노르츠와 뮐러는 발견된 [3]지 불과 1년 후인 1987년에 노벨 물리학상을 받았다.

1986년부터 많은 구리 초전도체가 확인되었으며, 위상 다이어그램에서 임계 온도 대 산소 구멍 함량 및 구리 구멍 함량 세 그룹으로 나눌 수 있다.

구조.

고온 초전도체 BSCCO-2212의 단위전지

구리 산화물은 산화동 초전도면으로 구성된 층상 물질로, 란타넘, 바륨, 스트론튬 등의 이온을 포함하는 층에 의해 분리되며, 전하 저장고 역할을 하며 전자 또는 구멍을 구리 산화물 평면에 도핑합니다.따라서 이 구조는 스페이서 층에 의해 분리된 초전도2 CuO 층의 초격자로 설명되며, 이로 인해 종종 페로브스카이트 구조와 밀접한 관계가 있는 구조가 된다.초전도성은 인접한 CuO2 평면 사이에 약한 결합만 있는 구리 산화물(CuO2) 시트 내에서 발생하므로 2차원 물질의 특성에 가깝습니다.전류는2 CuO 시트 내에서 흐르며, 수직 방향보다 CuO2 평면에 평행한 전도율이 훨씬 높은 일반 전도 및 초전도 특성에서 큰 이방성을 생성합니다.

임계 초전도 온도는 화학 성분, 양이온 치환 및 산소 함량에 따라 달라집니다.초전도 물질의 화학식은 일반적으로 초전도도에 필요한 도핑을 설명하기 위한 소수점을 포함한다.각 초전도 블록에 포함된 원소와 인접한 구리 산화물 층의 수에 따라 분류할 수 있는 여러 종류의 구리 초전도체 패밀리가 있습니다.예를 들어 YBCO 및 BSCCO는 각 초전도 블록(n)의 층수에 따라 Y123 및 Bi2201/Bi2212/Bi2223으로 칭할 수 있다.초전도 전이 온도는 최적의 도핑 값(p=0.16)과 각 초전도 블록의 최적 층 수(일반적으로 n=3)에서 정점에 도달하는 것으로 밝혀졌다.

비도프 "부모" 또는 "모" 화합물은 충분히 낮은 온도에서 장거리 반강자성 질서를 가진 Mott 절연체입니다.단일 밴드 모델은 일반적으로 전자 특성을 설명하기에 충분한 것으로 간주됩니다.

구리 초전도체는 보통 산화 상태가 3+와 2+인 구리 산화물을 특징으로 합니다.예를 들어 YBaCuO는237 Y(Ba2+)(2Cu3+)(Cu2+)(2O2−)7라고3+ 한다.구리 2+ 및 3+ 이온은 체커보드 패턴으로 배열되는 경향이 있는데, 이는 전하 [8]순서라고 알려져 있습니다.모든 초전도 큐레이트는 스페이서 층에 의해 분리된 초전도 CuO2 층의 초격자로 묘사되는 복잡한 구조를 가진 층상 물질로, 스페이서 내의 다른 층과 도판트 사이의 미스핏 변형은 고온 초격자 시나리오에서 고유한 복잡한 이질성을 유도한다.ctivity.

초전도 메커니즘

큐프레트의 초전도성은 BCS 이론으로 설명되지 않고 관례적이지 않은 것으로 간주됩니다.구리산 초전도성을 위한 가능한 페어링 메커니즘은 여전히 상당한 논쟁과 추가 연구의 주제이다.도핑 시 나타나는 저온 반강자성 상태와 저온 초전도 상태(주로 Cu 이온의2+ dx2-y2 궤도 상태)의 유사성은 전자-폰 결합이 구리율에서 덜 관련이 있음을 시사한다.페르미 표면에 대한 최근 연구는 스핀파가 존재하는 반강자성 브릴루인 구역의 4개 지점에서 보금자리가 발생하고 이 지점들에서 초전도 에너지 갭이 더 크다는 것을 보여주었다.대부분의 구리율에서 관찰된 약한 동위원소 효과는 BCS 이론에서 잘 설명된 기존 초전도체와 대조된다.

적용들

BSCCO 초전도체는 이미 대규모 응용 분야를 가지고 있다.예를 들어, 77K 초전도선에서 수십 킬로미터의 BSCCO-223이 [9]CERN의 대형 강입자 충돌기의 전류 리드에 사용되고 있습니다(그러나 주요 필드 코일은 주로 니오브-주석에 기반한 금속 저온 초전도체를 사용합니다).

「 」를 참조해 주세요.

참고 문헌

레퍼런스

  1. ^ J. G. Bednorz; K. A. Mueller (1986). "Possible high TC superconductivity in the Ba-La-Cu-O system". Z. Phys. B. 64 (2): 189–193. Bibcode:1986ZPhyB..64..189B. doi:10.1007/BF01303701.
  2. ^ Mark Buchanan (2001). "Mind the pseudogap". Nature. 409 (6816): 8–11. doi:10.1038/35051238. PMID 11343081.
  3. ^ 노벨상 자서전
  4. ^ Wu, M. K.; Ashburn, J. R.; Torng, C. J.; Hor, P. H.; Meng, R. L.; Gao, L.; Huang, Z. J.; Wang, Y. Q.; Chu, C. W. (1993), "Superconductivity at 93 K in a New Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure", Ten Years of Superconductivity: 1980–1990, Dordrecht: Springer Netherlands, pp. 281–283, retrieved October 14, 2021
  5. ^ Sheng, Z. Z.; Hermann A. M. (1988). "Bulk superconductivity at 120 K in the Tl–Ca/Ba–Cu–O system". Nature. 332 (6160): 138–139. Bibcode:1988Natur.332..138S. doi:10.1038/332138a0.
  6. ^ Schilling, A.; Cantoni, M.; Guo, J. D.; Ott, H. R. (1993). "Superconductivity above 130 K in the Hg–Ba–Ca–Cu–O system". Nature. 363 (6424): 56–58. Bibcode:1993Natur.363...56S. doi:10.1038/363056a0.
  7. ^ Lee, Patrick A. (2008). "From high temperature superconductivity to quantum spin liquid: progress in strong correlation physics". Reports on Progress in Physics. 71: 012501. arXiv:0708.2115. Bibcode:2008RPPh...71a2501L. doi:10.1088/0034-4885/71/1/012501.
  8. ^ Li, Xintong; Zou, Changwei; Ding, Ying; Yan, Hongtao; Ye, Shusen; Li, Haiwei; Hao, Zhenqi; Zhao, Lin; Zhou, Xingjiang; Wang, Yayu (January 12, 2021). "Evolution of Charge and Pair Density Modulations in Overdoped ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{CuO}}_{6+\ensuremath{\delta}}$". Physical Review X. 11 (1): 011007. doi:10.1103/PhysRevX.11.011007.
  9. ^ Amalia Ballarino (November 23, 2005). "HTS materials for LHC current leads". CERN.