CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN SƠ LƢỢC VỀ SIÊU DẪN
1.4. Tìm hiểu một số loại SDNĐC điển hình
1.4.2. Siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Oxit – Cu
Từ năm 1988 đến nay, hàng loạt các oxit siêu dẫn chứa Cu và Oxy đƣợc phát hiện (ngoài La(RE) -214 và Y(RE) -123) còn có các hợp chất SDNĐC điển hình sau đây [2] :
Bi2Sr2 Can-1CunO2n+4 (Gọi tắt là Bi-22(n-1)n; với n = 1, 2, 3,...). Tl2Ba2Can-1CunO2n+4 (Gọi tắt là Tl-22(n-1)n; với n = 1, 2, 3,..). HgBa2Can-1CunO2n+2+σ (Gọi tắt là Hg-12(n-1)n; với n = 1,2 ,3 ,...). CuBa2Can-1CunO2n+2+σ (Gọi tắt là Cu-12(n-1)n; với n = 1, 2, 3,...). A1-xBxCuO2 (A = kim loại kiềm, B = kim loại đất hiếm hoặc vacancy).
Các vật liệu siêu dẫn này có nhiệt độ chuyển pha đã vƣợt quá 120 K và cấu trúc của chúng cũng đặc biệt hơn. Sau đây là một số đặc trƣng điển hình của các họ siêu dẫn trên :
+ Hệ siêu dẫn NĐC Bi-22(n-1)n: Hệ vật liệu này do Maeda và đồng nghiệp phát hiện vào tháng 1/1988. Điển hình là: Bi2Sr2Can-1CunO2n+4 (gọi tắt là BSCCO system). Đây là loại vật liệu siêu dẫn đa phần có Tc ≥ 105 K. Cấu trúc tinh thể gồm 3 pha ứng với n = 1, 2, 3. đƣợc xác định là cấu trúc lớp theo trật tự xắp đặt: BiO2-SrO-CuO2-(Ca)-CuO2-..-(Ca)-CuO2-SrO, với n lớp CuO2 đƣợc ngăn cách bằng (n-1) lớp Ca.
+ Hệ Tl-22(n-1)n: Hệ siêu dẫn chứa Tl do Shung và Herman công bố cuối năm 1987. Điển hình là hợp chất Tl2Ba2Can-1CunO2n+4 . Cấu trúc tinh thể của hệ siêu dẫn NĐC này giống nhƣ hệ siêu dẫn NĐC chứa Bi. Ngoài ra khi thay thế nguyên tố phi từ hóa trị 3 (Tl) cho siêu dẫn (RE) – 123 nhƣ (TlBa2Cu3Ox) thì có Tc ≥ 90 K.
Tháng 2/1988, Shung và Herman đã thay Ca cho Ba và đƣơc một hợp chất Tl-Ba-Ca-Cu-O hay (TBCCO), hợp chất này có cấu trúc giống nhƣ siêu dẫn Bi-2223 với hai lớp kép (TlO2) và có Tc = 90 K, 110 K và 125 K khi n = 1, 2, 3.
+ Hệ Hg-12(n-1)n: Năm 1991 Putilin và đồng nghiệp đã tạo ra hợp chất
HgBa2Can-1CunO4+σ .Với n = 1, hợp chất có Tc = 94 K. Schilling và đồng nghiệp thay n = 2, 3 trong Hg-12(n-1)n đã làm tăng Tc = 133 K-134 K ở áp suất cao 16 GPa và 164 K ở 30 GPa.
Cấu trúc đƣợc xắp đặt là: HgOσ-BaO-CuO2-(Ca)-CuO2-..-(Ca)-CuO2- BaO. Với n lớp CuO2 đƣợc ngăn cách bằng (n-1) lớp Ca, cấu trúc nay giống với cấu trúc TlBa2Can-1CunO2n+σ.
+ CuBa2Can-1CunO2n+2+σ: Công thức chung AmX2Can-1CunO2n+m+2+σ với m = 1 hoặc 2, X = Ba hoặc Sr, n = 1, 2, 3 tăng theo sự thay đổi của A trong bảng hệ thống tuần hồn. Từ nhóm VB (Bi), nhóm IIIB (Tl) đến nhóm IIB (Hg) trong bảng hệ thống tuần hồn, có khả năng làm tăng Tc bằng cách thay đổi A đến nhóm IB nhƣ Au hoặc Ag nên Tc đạt đƣợc 124 K trong hệ này. Cấu trúc của loại vật liệu này còn chƣa xác định đƣợc.
+ Hệ A1-xBxCuO2: Năm 1988, khi nghiên cứu trên hợp chất
(Ca0,86Sr0,15)CuO2 một số tác giả đã phát hiện ra rằng số lớp (Can-xCunO2n-2) là vô tận. Khi Smith và đồng nghiệp pha tạp eletron trong hợp chất Sr1-yNdyCu2 dƣới áp suất 2,4 Gpa thì Tc ≈ 40 K [12]. Và các nhà khoa học cũng phát hiện ra Tc tăng theo số lớp CuO2. Tiếp theo, Takano và đồng nghiệp đã tìm ra hợp chất (Sr1-xCax)0,9CuO2 có siêu dẫn ở Tc = 110 K dƣới áp suất 6 Gpa. Thành
phần định tính của hợp chất đã gợi mở cho sự pha tạp lỗ trống trong các mẫu siêu dẫn.