CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN SƠ LƢỢC VỀ SIÊU DẪN
1.4. Tìm hiểu một số loại SDNĐC điển hình
1.4.1. Vài nét về lịch sử các Oxit siêu dẫn
Lần đầu tiên trong lịch sử phát hiện ra chất siêu dẫn có trong oxit đó là chất SrTiO3 do Schooley, Hosler và Cohen tìm thấy năm 1964 với nhiệt độ chuyển pha Tc = 0,25 K và các hạt tải điện tử là n = 3.1019 /cm3 [22]. Hiện tƣợng này không nằm trong khuôn khổ của lý thuyết BCS. Sau mƣời bảy năm, khi pha tạp Nb vào SrTiO3 thì nồng độ điện tử đƣợc nâng lên n = 1021/cm3 và nhiệt độ chuyển pha Tc = 1,3 K. 9 tháng sau, nhóm Matthias đã tìm thấy siêu dẫn trong NaxWO3 với x = 0,3, n = 1022/cm3 và Tc = 0,57 K . Năm 1965 hiện tƣợng siêu dẫn cũng đƣợc tìm thấy trong TiO và NbO với các nhiệt độ chuyển pha tƣơng ứng 0,65K và 1,25K. Năm 1973 Johnson và đồng nghiệp đã tìm ra siêu dẫn trong LiTi2O4 với Tc = 11 K. Năm 1975 Sleight và đồng nghiệp đã tìm ra siêu dẫn có trong hệ Perovskite BaPb1-x BixO3 , với x = 0,25 thì n = 2,4.1021/cm3 và Tc =11,2 K. Sau đó ngƣời ta thay K+ vào Ba2+ trong chất cách điện BaBiO và tìm thấy Tc= 30K trong hợp chất Ba-K-Bi-O.
Nhiệt độ chuyển pha của các hợp chất này chƣa cao nhƣng nó mở ra một hƣớng mới là có thể tìm kiếm vật liệu siêu dẫn ngay trong hợp chất gốm chứ không phải chỉ ở kim loại nguyên chất và hợp kim. [2]
Trong suốt những năm từ 1911-1985, chất lỏng He là môi trƣờng duy nhất dùng để nghiên cứu vật liệu siêu dẫn, điều này dẫn đến những hạn chế trong nghiên cứu và ứng dụng đối với nhiều phịng thí nghiệm trên thế giới. Việc tạo He lỏng rất phức tạp và tốn kém. Để khắc phục đƣợc hạn chế này, các nhà khoa học cần phải tìm ra các chất siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha trong vùng nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ sôi của Hêli lỏng. Kỹ thuật nhiệt độ thấp cho phép có thể tạo ra nhiệt độ thấp bằng việc hóa lỏng các chất khí thơng dụng nhƣ: hiđrơ có nhiệt độ sôi ở dạng lỏng là (20 K); Neon (27 K), Nitơ (77 K); Khơng khí (~ 80 K) và Oxy (90 K). Nhƣng phổ biến nhất là sử dụng chất lỏng Nitơ vì khí Nitơ chiếm 78% thể tích khơng khí và qui trình hóa lỏng khí đảm bảo an tồn và khơng q phức tạp.
Phát hiện của Muller và Bednorz về hợp chất SDNĐC chứa oxit Cu đầu tiên có nhiệt độ chuyển pha cao hơn nhiệt độ hóa lỏng của He. Đây là một bƣớc tiến rất quan trọng mở ra một lĩnh vực mới đó là siêu dẫn nhiệt độ cao. Sau K. A. Muller và J. G. Bednorz [8], các nhà khoa học trên toàn thế giới đã tiến hành nghiên cứu và công bố các kết quả về siêu dẫn nhiệt độ cao trong vùng nhiệt độ Nitơ lỏng. Những vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao không ngừng đƣợc phát hiện và nhiệt độ chuyển pha ngày càng đƣợc nâng cao. (Hình 1.2)
Tháng 1 năm 1987 nhóm nghiên cứu của C. W. Chu [9] lần đầu tiên đã tạo đƣợc siêu dẫn có Tc = 90 K ở hợp chất LaBa2Cu3O7 . Ông và đồng nghiệp cũng đã chỉ ra rằng: nếu chế tạo gốm oxit La-Sr-Cu-O trong môi trƣờng áp suất cao thì nhiệt độ chuyển pha Tc cũng tăng lên. Tháng 3 năm 1987 khi thay thế La bằng Y ngƣời ta đã phát hiện ra hợp chất siêu dẫn YBa2Cu3O7-x (gọi là Y-123)có nhiệt chuyển pha Tc > 90 K. Cấu trúc pha siêu dẫn của Y-123 đƣợc
xác định tại phịng thí nghiệm Geophysical Lab đó là cấu trúc lớp với sự xắp xếp trật tự một cách tuần hoàn (Y-BaO-CuO2-CuO-CuO2-BaO) với hai lớp CuO2 đƣợc ngăn cách bằng một chuỗi tuyến tính CuO/l ơ mạng. Tiếp theo là hàng loạt các hợp chất siêu dẫn mới đƣợc nghiên cứu khi thay thế Y bằng các nguyên tố thuộc dãy đất hiếm (RE) nhƣ La, Nd, Sm, Eu, Ho, Er và Lu. Sự thay thế này không thấy làm thay đổi TC. Tại thời điểm này một số nhóm nghiên cứu trên thế giới cũng độc lập tìm ra siêu dẫn RE - 123 có Tc > 90 K (nhƣ nhóm Muller- Thụy Sỹ, nhóm Tanaka- Nhật, nhóm Paul Chu- Mỹ và Zhong- Xian- Zhao- Bắc Kinh) .