KR910001306B1 - Superconductive compound of k2nif4 structural type having high transition temperature and method for fabricating same - Google Patents

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Abstract

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Description

고전이온도를 갖는 K2NiF4구조형태의 초전도성 화합물 및 이의 제조방법Superconducting Compound of K2NiF4 Structure with High Transition Temperature and Its Manufacturing Method

제1도는 본 발명의 높은 Tc(임계온도)를 갖는 초전도체의 dc 전도도를 측정하기 의해 사용되는 대표적인 회로구성도.1 is a representative circuit diagram used by measuring the dc conductivity of a superconductor having a high Tc (critical temperature) of the present invention.

제2도는 조성물 BaxLa5-xCu5O5(3-y)에 있어서 X(Ba)=1(2개의 상부곡선,왼쪽눈금) 및 X(Ba)=0.75 (하부곡선, 오른쪽눈금)를 갖는 샘플에 대한, 온도 상관 저항 및 조성물을 흐르는 잔류밀도의 영향을 도시한도.2 shows X (Ba) = 1 (two upper curves, left scale) and X (Ba) = 0.75 (lower curve, right scale) for composition Ba x La 5-x Cu 5 O 5 (3-y) . Shows the effect of temperature correlation resistance and residual density flowing through the composition on a sample having:

제3도는 X(Ba)=1을 갖는 조성물 BaxLa5-xCu5O5(3-y)에 있어서 상이한 어닐링조건(즉, 온도 및 산소분압)에 대한, 저온상관 저항도.3 shows low temperature correlation resistance for different annealing conditions (ie, temperature and partial pressure of oxygen) for compositions Ba x La 5-x Cu 5 O 5 (3-y) with X (Ba) = 1.

제4도는 조성물을 흐르는 상이한 전류밀도에 대하여 측정한 X(Ba)=0.75를 갖는 조성물 BaxLa5-xCu5O5(3-y)의 저온저항도.4 shows the low temperature resistance of composition Ba x La 5-x Cu 5 O 5 (3-y) with X (Ba) = 0.75 measured for different current densities flowing through the composition.

본 발명은 신규한 부류의 초전도체(superconductor), 특히 비교적 높은 전이온도 아래에서 초전도체 특성을 갖는 K2NiF4구조형태의 성분 및 이들 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel class of superconductors, in particular components of the K 2 NiF 4 structure with superconductor properties under relatively high transition temperatures and methods of preparing these compounds.

초전도성은 한정된 온도에서 재질의 전기 저항의 완전한 손실로서 통상 정의된다. 이러한 현상은 많은 재질에서 일어나는 것으로 알려져 있다. 원소의 약 1/4, 및 1000종 이상의 합금 및 성분들이 초전도체인 것으로 밝혀졌다. 초전도성은 금속상태의 재질의 특성으로 생각되며, 모든 공지된 초전도체는 이들을 초전도시키는 조건하에서 금속성을 띤다. 몇몇 통상의 비-금속성 재질은, 예를 들어 초전도체가 되기 전에 이들을 금속으로 전환시키는 매우 높은 압력하에서 초전도성을 띠게 된다.Superconductivity is usually defined as the complete loss of electrical resistance of a material at defined temperatures. This phenomenon is known to occur in many materials. About one quarter of the elements, and more than 1000 alloys and components, have been found to be superconductors. Superconductivity is considered to be a property of materials in the metallic state, and all known superconductors are metallic under the conditions of superconducting them. Some conventional non-metallic materials become superconducting under very high pressures, for example, before they become superconductors and convert them into metal.

초전도체는 플래즈마 및 핵물리학, 핵공명 내과진단, 및 고속열차의 자기적 부상(magnetic levitation)과 관련하여 사용하기 위한 강한 자석의 코일-형성용 재질로서, 장거리에 걸친 전력의 생성 및 에너지-절약수송의 경우 매우 관심있는 재질이다. 예를 들면, 원자핵융합반응에 의해 전력을 생성시키는 데에는 단지 자석을 초전도시킴으로써 제공될 수 있는 매우 큰 자장을 필요로 한다. 또한, 초전도체는 컴퓨터 및 고속 신호처리 및 데이타 통신 분야에도 적용된다. 초전도체의 이점은 아주 명백하지만 지금까지 알려진 모든 초전도성 재질의 통상적인 단점은 전형적으로 낮은 켈빈(Kelvin)(절대온도 : °K)과 거의 비슷한 매우 낮은 전이온도(통상 "임계온도" : Tc라 칭함)에 있다. 가장 높은 Tc를 갖는 원소는 니오브(9.2°K)이고, 가장 높은 것으로 알려진 Tc는 대기압에서 Nb3Ge의 경우 23°K이다. 따라서, 대부분의 공지된 전도체는 냉각용 액체 헬륨 및 또한 정교한 기술을 필요로 하며 주요한 문제로서 비용 및 에너지면에서 상당한 투자를 필요로 한다.Superconductors are strong magnet coil-forming materials for use in connection with plasma and nuclear physics, nuclear resonance medical diagnostics, and magnetic levitation of high-speed trains. In the case of transportation, it is a very interesting material. For example, generating power by atomic fusion requires a very large magnetic field that can only be provided by superconducting a magnet. Superconductors also find application in computers and high-speed signal processing and data communications. The advantages of superconductors are quite obvious, but the common disadvantage of all the superconducting materials known so far is a very low transition temperature (commonly referred to as "critical temperature": Tc), which is almost similar to low Kelvin (absolute temperature: ° K). Is in. The element with the highest Tc is niobium (9.2 ° K) and the highest known Tc is 23 ° K for Nb 3 Ge at atmospheric pressure. Thus, most known conductors require liquid helium for cooling and also sophisticated techniques and require significant investment in cost and energy as a major problem.

그러므로, 본 발명의 목적은 높은 Tc의 초전도체용 조성물, 및 필요한 비용을 현저히 감소시키고 에너지를 절약할 수 있도록 액체 헬륨으로 냉각시키지 않아도 될 정도의 높은 임계온도를 나타내는 화합물을 제조하는 방법을 제안하는데 있다.Therefore, it is an object of the present invention to propose a method for preparing a composition for a high Tc superconductor and a compound having a high critical temperature such that it does not need to be cooled with liquid helium to significantly reduce the required cost and save energy. .

본 발명은 종전의 공지된 초전도체 재질에서의 온도보다 더 높은 온도에서 초전도성을 나타내는 신규 조성물 및 이들 조성물의 사용 및 제조방법에 관한 것이다. 이들 조성물은 26°K보다 높은 온도에서 초전도전류(즉, 저항이 거의 0인 상태의 조성물에서의 전류)를 흐르게 할 수 있다. 통상적으로, 이 조성물은 혼합 전이금속옥사이드 시스템으로서 전이금속옥사이드는 다가작용을 나타낼 수 있다는 점에 특징이 있다. 이들 조정물은 층-타입 결정성 구조, 종종 회티탄석류를 함유하며 희토(rare earth) 또는 희토류 원소를 함유할수 있다. 희토류 원소(때로는 희토원소에 가까운 원소라 불리움)는 자신을 희토원소로 만드는 특성을 갖는 원소이다. 예를 들면 La와 같은 주기율표의 IIIB족 원소이다. 조성물중의 희토(또는 희토류) 부위 또는 전이금속 부위는 치환될 수 있다. 예를 들면, 회토 부위는 주기율표 IIA족중에서 선택된 알칼리토원소, 또는 희토 또는 희토류 원소와 알칼리토 원소의 배합물을 함유할 수도 있다. 적합한 알칼피토 원소의 예로는 Ca, Sr 및 Ba이 있다. 전이금속부위는 혼합 원자가 작용을 나타내는 전이금속을 함유할 수 있으며 하나이상의 전이금속물을 함유할 수 있다. 적합한 전이금속중 특히 우수한 예로는 구리가 있다. 이하 명백하게 되는 바와 같이, 산화구리 기본 시스템은 높은 Tc의 초진도체로서의 독특하며 탁월한 특성을 제공한다.The present invention relates to novel compositions that exhibit superconductivity at temperatures higher than those in previously known superconductor materials, and to methods of using and preparing these compositions. These compositions are capable of flowing a superconducting current (i.e., current in the composition with almost zero resistance) at temperatures above 26 ° K. Typically, this composition is characterized as a mixed transition metal oxide system in that the transition metal oxide can exhibit multifunctional action. These modifiers contain layer-type crystalline structures, often ash titanium, and may contain rare earth or rare earth elements. Rare earth elements (sometimes called elements close to rare earth elements) are elements that have the property of making themselves rare earth elements. For example, it is a group IIIB element of the periodic table such as La. The rare earth (or rare earth) moiety or transition metal moiety in the composition may be substituted. For example, the clay site may contain alkaline earth elements selected from the group IIA of the periodic table, or a combination of rare earth or rare earth elements and alkaline earth elements. Examples of suitable alkapito elements are Ca, Sr and Ba. The transition metal moiety may contain a transition metal exhibiting mixed valence action and may contain one or more transition metals. Particularly good examples of suitable transition metals are copper. As will be apparent below, the copper oxide base system provides unique and excellent properties as a high Tc superconductor.

높은 Tc를 갖는 초전도성 조성물의 예로는 일반식 RE-TM-O(여기에서, RE는 히토 또는 희토류 원소이고, TM은 비자성 전이금속이며 O는 산소이다)의 조성물이 있다. 전이금속원소의 예로는 Cu, Ni, Cr등이 있다. 특히, 다가 상태를 나타낼 수 있는 전이금속이 매우 적합하다. 희토원소는 전형적으로 Ce, Nd등을 포함하여 주기율표의 58 내지 71번 원소이다. 알칼리 토원소(AE)가 또한 존재하는 경우, 조성물은 일반식 RE-AE-TM-O로 나타내어진다.An example of a superconducting composition having a high Tc is a composition of the general formula RE-TM-O, where RE is a histo or rare earth element, TM is a nonmagnetic transition metal and O is oxygen. Examples of transition metal elements include Cu, Ni, and Cr. In particular, transition metals which can exhibit a polyvalent state are very suitable. Rare earth elements are typically elements 58 to 71 of the periodic table, including Ce, Nd and the like. If alkaline earth elements (AE) are also present, the composition is represented by the general formula RE-AE-TM-O.

(AE, RE) : TM의 비는 통산적으로 약 1 : 1이나, (AE, RE) : TM의 비가 2 : 1인 경우의 예에 의해 알 수 있는 바와 같이 변동될 수 있다. 물론 최종 조성물중에 존재하는 산소의 양은 가공조건에 따라 조정할 수있으며 시스템의 원자가 조건을 만족시키도록 하는 양이다.The ratio of (AE, RE): TM is about 1: 1 in total, but the ratio of (AE, RE): TM can be varied as can be seen by example when the ratio of 2: 1. Of course, the amount of oxygen present in the final composition can be adjusted to the processing conditions and is such that the valence conditions of the system are satisfied.

본 발명의 초전도성 조성물을 제조할 수 있는 방법은, 희토 또는 희토류, 알칼리토 및 전이금속원자를 함유하는 분말의 혼합, 이들 재질의 공침전 및 산소 또는 공기중에서의 가열단계를 포함하는, 공지된 세라믹 제조원리를 사용할 수 있다.Processes capable of preparing the superconducting compositions of the present invention include known ceramics, including mixing rare earth or rare earth, alkaline earth and powders containing transition metal atoms, coprecipitation of these materials and heating in oxygen or air. The principle of manufacture can be used.

본 발명에 따른 특히 적합한 초전도성 재질은 전이 금속으로서 구리를 함유하는 것이다. 구리는 Cu2+또는 Cu3+혼합 원자가 상태로 존재할 수 있다. 전체 조성물중에서 구리에 의해 추측되는 상태는 존재하는 산소의 양 및 결정성 구조에서의 특정 치환체에 따라 달라진다. 매우 높은 Tc는 전도성 및 다른 측정치에 의해 나타내진 바와 같이, 혼합 원자가 상태를 나타내는 산화구리시스템에서 발견되었다. 희토 또는 희토류 원소 및 알칼리토 원소를 함유하는 산화구리시스템은 26°K 보다 높은 Tc를 나타내는 초전도성-다층화 산화구리와 통상적인 부류중 유일한 예이다.A particularly suitable superconducting material according to the invention is one containing copper as the transition metal. Copper may be present in Cu 2+ or Cu 3+ mixed valence state. The state assumed by copper in the overall composition depends on the amount of oxygen present and the particular substituents on the crystalline structure. Very high Tc was found in copper oxide systems exhibiting mixed valence states, as indicated by conductivity and other measurements. Copper oxide systems containing rare earth or rare earth elements and alkaline earth elements are the only examples of superconducting-multilayered copper oxides having a Tc higher than 26 ° K and a common class.

본 발명은 칼륨 니켈 플루오라이드 K2NiF4로부터 공지된 종류의 층-타입의 구조를 갖는 화합물의 사용을 제안한다. 이 구조는 특히 통상의 조성물 RE2TMO4[여기에서, RE는 희토원소(란탄족원소)를 나타내며 TM은 소위 전이금속을 나타낸다]의 산화물로 존재한다. 본 발명의 특징은 화합물중 RE 부위가 하나의 알칼리 토족의 금속 또는 이알칼리 토족의 원소들의 배합물에 의해 부분적으로 치환되며, 산소함량이 부족하다는데 있다.The present invention proposes the use of compounds having a layer-type structure of a kind known from potassium nickel fluoride K 2 NiF 4 . This structure is particularly present as an oxide of the conventional composition RE 2 TMO 4 , wherein RE represents a rare earth element (lanthanoid element and TM represents a so-called transition metal). It is a feature of the present invention that the RE moiety in the compound is partially substituted by a combination of metals of one alkaline earth group or elements of an alkali group and lacks oxygen content.

이들 화합물은 통상의 조성 RE2-xAExTMO4-y(x<0.3 및 y<0.5)를 갖는다. 또한 x<0.3 및 0.1≤y≤0.5 범위가 바람직하다.These compounds have the usual composition RE 2-x AE x TMO 4-y (x <0.3 and y <0.5). Also preferred are the ranges x <0.3 and 0.1 ≦ y ≦ 0.5.

본 발명의 초전도성 조성물은 통상적으로 혼합원자가 및 층-유사 결정성구조를 갖는 전이금속 산화물이며, 공지의 초전도성 재질의 Tc보다 높은 Tc를 나타낸다. 이들 조성들은 또한 층-유사 구조중에 희토부위를 함유할 수 있으며, 이 부위에는 희토 및 희토류 원자, 및 알칼리 토 치환체(예 : Ca, Sr 및 Ba)가 존재할 수 있다. 산소는 시스템의 원자가 조건을 만족시키도록 하는 양으로 존재할 수 있으며, 산소의 양은 초전도성 조성물을 제조하기 위해 사용되는 가공단계의 기능에 다소 좌우된다. 이들 조성물중에 산소는 비-화학량론적양으로 존재할 수 있다. 산화물 형태의 원소의 원자가 상태는 화학자들에게 잘 알려진 방법으로 최종 생성물로써 측정한다. 예를 들면, 전이금속 Cu는 몇몇 조성물중에 Cu2+및 Cu3+상태 둘다로 존재할 수 있다.Superconducting compositions of the invention are typically transition metal oxides having mixed valences and layer-like crystalline structures, and exhibit a Tc higher than that of known superconducting materials. These compositions may also contain rare earth sites in layer-like structures, where rare earth and rare earth atoms, and alkaline earth substituents (eg, Ca, Sr and Ba) may be present. Oxygen may be present in an amount to satisfy the valence conditions of the system, and the amount of oxygen depends somewhat on the function of the processing steps used to make the superconducting composition. Oxygen may be present in these compositions in non-stoichiometric amounts. The valence state of the element in oxide form is measured as the final product in a manner well known to chemists. For example, the transition metal Cu may be present in both Cu 2+ and Cu 3+ states in some compositions.

본 발명에 따른 층-형태 구조를 갖는 초전도성 화합물의 예는 통상의 조성 RE2TMO4여기에서, RE는 희토(란탄족) 또는 희토류 원소를 나타내고 TM은 전이금속을 나타낸다)의 산화물이다. 이들 화합물에 있어서, RE부위는 하나 또는 그 이상의 알칼리 토족의 원소로 부분적으로 치환될 수 있다. 이들 특정 화합물에 있어서, 산소함량은 부족하다.An example of a superconducting compound having a layer-shaped structure according to the present invention is an oxide of the usual composition RE 2 TMO 4 wherein RE represents a rare earth (lanthanide) or rare earth element and TM represents a transition metal. In these compounds, the RE site may be partially substituted with one or more elements of alkaline earth groups. In these specific compounds, the oxygen content is insufficient.

상기 기재 내용에 부합되는 하나의 화합물은 란탄 구리 옥사이드 La2CuO4[여기에서, IIIB족 원소에 속하는 La는 하나의 이웃하는 IIA족 원소, 즉 알칼리 토금속 예를 들면 바륨, (또는 IIA족 원소들의 배합물)에 의해 부분치환된다]이다. 또한 화합물의 산소함량은 화합물이 La2-x,BaxCuO4-y(여기에서, x≤0.3이고 y<0.5이다)의 조성을 갖도록 하기에는 불충분하다.One compound consistent with the above description is lanthanum copper oxide La 2 CuO 4 [wherein La belonging to group IIIB element is one neighboring group of IIA element, ie alkaline earth metal such as barium, (or group IIA element) Partly substituted). In addition, the oxygen content of the compound is insufficient for the compound to have a composition of La 2-x , Ba x CuO 4-y (where x≤0.3 and y <0.5).

상기 주어진 일반식에 부합되는 다른 하나의 화합물은 란탄이 스트론튬에 의해 부분치환된 일반식 La2-xSrxNiO4-Y의 란탄 니켈 옥사이드이다. 또다른 하나의 예는 세륨이 칼슘에 의해 부분치환된 일반식 Ce2-xCaxNiO4-y의 세륨 니켈 옥사이드이다. 또한, 다른 하나의 예로는 희토원소가 란탄이고 전이금속이 크롬인 화합물 및 희토원소가 네오디뮴이고 전이금속이 구리인 화합물이 있다. 또한, 란탄(또는 세륨)이 희토원소로서 사용되고 니켈이 전이금속으로서 사용되며 바륨이 란탄(또는 세슘)을 부분치환시키기 위해 사용된 화합물도 본 발명의 화합물의 예에 속한다.Another compound conforming to the general formula given above is lanthanum nickel oxide of the general formula La 2-x Sr x NiO 4-Y in which lanthanum is partially substituted by strontium. Another example is cerium nickel oxide of the general formula Ce 2-x Ca x NiO 4-y in which cerium is partially substituted by calcium. Still other examples include compounds in which the rare earth element is lanthanum and the transition metal is chromium and compounds in which the rare earth element is neodymium and the transition metal is copper. Also included are examples of compounds of the present invention wherein lanthanum (or cerium) is used as the rare earth element, nickel is used as the transition metal and barium is used to partially replace the lanthanum (or cesium).

이하에는, 현재까지 가능한 모든 시스템중 가장 아해하기 쉬운 것이 Ba-La-Cu-O이기 때문에 La2CuO4중의 란탄에 대한 부분치환체로서의 바륨에 대해 주로 기술할 것이다. Ba-La-Cu-O 시스템의 화합물 몇몇은 문헌[C. Michel and B. Raveau, Rev. Chim Min. 21(1984) 407 및 C. Michel, L. Er-Rakh. and B. Raveau, Mat, Res. BuIl., Vol. 20, (1985) 667-671]에 기술되어 있다. 그러나, 이들 문헌에는 초전도성이 밝혀져 있지 않으며 또한 초전도성을 밝히기 위한 노력도 하지 않았다.In the following, barium as a partial substituent for lanthanum in La 2 CuO 4 will mainly be described, since Ba-La-Cu-O is the most controversial of all the systems available to date. Some of the compounds of the Ba-La-Cu-O system are described in C. Michel and B. Raveau, Rev. Chim Min. 21 (1984) 407 and C. Michel, L. Er-Rakh. and B. Raveau, Mat, Res. Bu Il., Vol. 20, (1985) 667-671. However, these documents do not disclose superconductivity, and no effort has been made to reveal the superconductivity.

본 발명에 따라 수행한 실험은 희토원소가 IIA족 원소중의 하나 또는 그 이상의 다른 원소, 즉 알칼리토금속에 의해 부분치환된 화합물이 고온 Tc 초건도성을 가짐을 밝혀냈다. 실제로, Sr2+에 의한 La2CuO4-y의 Tc는 Ba2+및 Ca2+에 의해 발견된 것보다 높으며, 이의 초전도성-유도된 반자성은 Ba2+및 Ca2+에 의해 발견된 것보다 크다.Experiments conducted in accordance with the present invention have shown that compounds in which the rare earth element is partially substituted by one or more other elements of group IIA elements, namely alkaline earth metals, have high temperature Tc super-dryness. Indeed, the Tc of La 2 CuO 4-y by Sr 2+ is higher than that found by Ba 2+ and Ca 2+ , and its superconductivity-induced diamagnetics are those found by Ba 2+ and Ca 2+ . Greater than

사실, 단지 몇몇의 산화물만이 초전도성을 나타내는 것으로 알려져 있으며, 이들중에는 문헌[D.C. Johnston. H. Pakash, W.H. Zachariasen and R. Visvanathan, Mat. Res. Bull. 8(1973) 777]에 기록된 13.7°K와 같이 높은 초전도성 개시점을 갖는 Li-Ti-O 시스템이 있다. 기타 공지된 초전도성 산화물로는 각각 문헌[A. Baratoff and G. Binnig, Physics 108 B(1981) 1335, A.W. Sleight. J.L. Gillson and F.E. Bierstedt, Solid State Commun. 17(1975) 27]에 기술된 Nb-도프된 SrTiO3및 BaPb1-xBixO3가 포함된다.In fact, only a few oxides are known to exhibit superconductivity, among them DC Johnston. H. Pakash, WH Zachariasen and R. Visvanathan, Mat. Res. Bull. 8 (1973) 777, there is a Li-Ti-O system with a high superconductivity starting point, such as 13.7 ° K. Other known superconducting oxides are described in A. A. Baratoff and G. Binnig, Physics 108 B (1981) 1335, AW Sleight. JL Gillson and FE Bierstedt, Solid State Commun. 17 (1975) 27, including Nb-doped SrTiO 3 and BaPb 1-x Bi x O 3 .

존스톤(Johnston)등에 의해 x-ray 분석을 수행한 결과, Li-Ti-O 시스템중에 높은 임계온도론 갖는 3 개의 상이한 결정상(이들중 하나는 첨정석 구조를 가짐)이 존재함이 밝혀졌다. 또한, Br-La-Cu-O 시스템도 다수의 결정상을 나타내는데, 즉 비 (non)-Jahn-Teller Cu3+와 Jahn-Teller Cu2+이온사이에 편력 전자 상태를 갖는 혼합-원자가 구리성분을 갖는다.X-ray analysis by Johnston et al. Revealed that there are three different crystal phases (one of which have spinel structures) with high critical temperature theory in Li-Ti-O systems. The Br-La-Cu-O system also exhibits a number of crystal phases, i.e., mixed-atomic copper components having a polarized electron state between non-Jahn-Teller Cu 3+ and Jahn-Teller Cu 2+ ions. Have

이 사실은 구리 대신에 니켈이 사용된 시스템에도 마찬가지로 적용되며, Ni3+는 Jahn-Teller 성분이고 Ni2+는 비 -Jahn-Teller 성분이다.The same applies to systems in which nickel is used instead of copper, where Ni 3+ is a Jahn-Teller component and Ni 2+ is a non-Jahn-Teller component.

결정을 전도하는데 있어서 Jahn-Teller폴라론의 존재는 케이. 에이치. 호에크(K. H. Hoeck), 에이치. 니키쉬(h. Nickisch) 및 에이치. 토마스(H. Thomas)에 의해 문헌[Helv. Phys. Acta 56(1983) 237]에 이론적으로 가정되어 있다. 플라론은 전자-포논(phonon)간에 큰 인력을 가지며, 따라서 높은 임계온도에서 초전도성이 쉽게 나타날 수 있다.The presence of Jahn-Teller Polaron in deciding the decision is K. H. K. H. Hoeck, H. H. Nickisch and H. By H. Thomas, Helv. Phys. Acta 56 (1983) 237 is theoretically assumed. Flarons have a large attraction between electron-phonons and therefore can easily exhibit superconductivity at high critical temperatures.

통상적으로, X-ray 분석을 하면 Ba-La-Cu-O 시스템은 문헌[J. G. Bednorz and K. A. M

Figure kpo00001
ller, Z. Phys. B-Condensed Matter 64(1986) 189-193]에 기록된 바와 같이 다음과 같은 3개의 개개의 결정상을 나타낸다 : -K2NiF4구조에 관계하며, 일반식 La2-xBaxCuO4-y(여기에서, x≪1이고 y≥0이다)의 조성을 갖는 층-타입 회티탄석류인 제1상 ; -비-전도성 CuO인 제2상 ; 및 -출발조성이 엄격히 독립적인 것으로 나타나는 일반식 La1-xBaxCuO3-y의 조성을 갖는 거의 입방형 회티탄석인 제3상.Typically, X-ray analysis shows that Ba-La-Cu-O systems are described in JG Bednorz and KA M.
Figure kpo00001
ller, Z. Phys. B-Condensed Matter 64 (1986) 189-193, as shown in the following three individual crystalline phases: -K 2 NiF 4 structure, relating to the general formula La 2-x Ba x CuO 4-y A first phase, which is a layer-type gray titanium pomegranate with a composition of x <1 and y ≧ 0; A second phase which is a non-conductive CuO; And-a third phase which is a substantially cubic gyrite titaniumite having a composition of the general formula La 1-x Ba x CuO 3-y , in which the starting composition appears to be strictly independent.

이들 3개의 상중, 제1상은 고-Tc 초전도성에 관계하는 것으로 나타나며, 임계온도는 상중의 바륨농도에 관계함을 나타낸다. 명확하게는, Ba2+치환은 Cu2+와 Cu3+의 혼합-원자가 상태가 중성 전하를 유지하게끔한다. 산소부족(y)은 도프된 정자(crystallites)와 도프되지 않은 정자에서 도두 동일한 것으로 추측된다.Of these three phases, the first phase is shown to be related to high-Tc superconductivity, and the critical temperature is related to the barium concentration in the phase. Clearly, the Ba 2+ substitution causes the mixed-atom state of Cu 2+ and Cu 3+ to maintain a neutral charge. Oxygen deficiency (y) is assumed to be the same for both doped crystallites and undoped sperm.

La2CuO4및 LaCuO3모두는 바륨의 부재하에 높은 온도에서 금속성 전도체가 된다. 실제는, 둘다 LaNiO3와 같은 금속이다. 이들이 금속성 특성을 가짐에도 불구하고, Ba-La-Cu-O타입의 재질은 RE2TMO4타임의 다른 화합물과 마찬가지로 세라믹이며, 이들의 제조방법은 공지된 세라믹 제조원리를 다소 따른다. 예를 들면, 본 발명에 따른 Ba-La-Cu-O의 제조방법은 전형적으로 바륨, 란탄 및 구리의 각각의 길산엮의 수용액을 제조하여 이들을 적절한 비율로 공침전시키고, 공침전물을 옥살산에 가하여 각각 옥살레이트의 충분한 혼합물을 형성시키고, 침전을 분해하고 침전을 1 내지 8시간동안 500 내지 1200℃로 가열시켜 고체-상 반응을 야기시키고, 생성된 생성물을 약 4Kbar의 압력에서 압착시켜 펠릿을 형성시킨 다음, 펠릿을 소결시키기 위해 30분 내지 3시간동안 500 내지 900℃로 재가열시키는 단계를 포함한다.Both La 2 CuO 4 and LaCuO 3 become metallic conductors at high temperatures in the absence of barium. In reality, both are metals such as LaNiO 3 . Although they have metallic properties, Ba-La-Cu-O type materials are ceramics like other compounds of RE 2 TMO 4 thyme, and their manufacturing methods follow somewhat known ceramic manufacturing principles. For example, a method for preparing Ba-La-Cu-O according to the present invention typically prepares an aqueous solution of each of gilsan strands of barium, lanthanum and copper, coprecipitates them in an appropriate ratio, and adds the coprecipitates to oxalic acid Each forms a sufficient mixture of oxalates, decomposes the precipitate and heats the precipitate to 500-1200 ° C. for 1-8 hours to cause a solid-phase reaction and the resulting product is compressed at a pressure of about 4 Kbar to form pellets. And then reheat to 500-900 ° C. for 30 minutes to 3 hours to sinter the pellets.

스트론튬 또는 칼슘에 의해 란탄의 부분치환을 목적하는 경우에, 이의 특정 질산염이 상기 기술된 예의 질산바륨 대신 사용됨은 본 분야의 전문가들에게 명백할 것이다. 또한, 구리를 다른 전이금속으로 치환시키고자 하는 경우에는 이의 질산염이 사용된다.In the case of partial replacement of lanthanum with strontium or calcium, it will be apparent to those skilled in the art that certain nitrates thereof are used in place of the barium nitrate of the examples described above. In addition, nitrates thereof are used when copper is to be replaced with another transition metal.

금속옥사이드의 다른 전구체, 예를 들어 탄산염 또는 수산화물이 공지된 원리에 따라 선택될 수 있다. 출발조성물중의 개개 화합물의 함량은 최종생성물중에 존재하는 상의 형성에 중요한 역할을 함이 실험에 의해 밝혀졌다. 상기 언급된 바와 같이, 통상적으로 수득된 최종 Ba-La-Cu-O 시스템은 상기 3개의 상을 함유하며, 제2상은 단지 매우 소량으로 존재하고, 스트론튬 또는 칼슘(및 아마도 베릴륨)에 의한 란탄의 부분치환은 각각 최종 La2-xSrxCuO4-y또는 La2-xCaxCuO4-y(여기에서, X<0.3)를 나타내는 단지 하나의 상만을 초래한다.Other precursors of metal oxides, for example carbonates or hydroxides, can be selected according to known principles. It has been found by experiment that the content of the individual compounds in the starting composition plays an important role in the formation of the phase present in the final product. As mentioned above, the final Ba-La-Cu-O system usually obtained contains these three phases, and the second phase is only present in very small amounts, the lanthanum by strontium or calcium (and possibly beryllium) Partial substitution results in only one phase each representing a final La 2-x Sr x CuO 4-y or La 2-x Ca x CuO 4-y , where X <0.3.

각각의 (Ba, La) 및 Cu 함량이 1 : 1인 경우에, 최종생성물에 상기 3개의 상이 형성됨을 기대할 수 있다. 상기 제2상, 즉 CuO 상의 양은 무시할 수 있다하더라도 다른 두상의 상대적 용량은 La2-xBaxCuO4-y착화합물중의 바륨의 함량에 좌우된다. 1 : 1 비율 및 x=0.02인 경우에, 위치전이의 개시가 관찰되는데, 즉 온도가 감소함에 따라 저항은 증가하며, 초전도성은 나타나지 않았다.When each (Ba, La) and Cu content is 1: 1, it can be expected that the three phases are formed in the final product. Although the amount of the second phase, ie the CuO phase, can be neglected, the relative capacity of the other two phases depends on the content of barium in the La 2-x Ba x CuO 4-y complex. In the case of a 1: 1 ratio and x = 0.02, the onset of the positional transition was observed, i.e. the resistance increased with decreasing temperature, and no superconductivity appeared.

동일한 1 : 1 비율에서 x=0.1인 경우에, 매우 높은 임계온도인 35°K에서 저항 강하현상이 일어난다.For x = 0.1 at the same 1: 1 ratio, a resistance drop occurs at a very high critical temperature of 35 ° K.

출발조성물중의 (BA, La)대 Cu비가 2 : 1인 경우에, 초전도성에 관계하는 것으로 추측되는 La2xCuO4: Ba상의 조성은 CuO상은 나타나지 않고, 단지 두개의 상만이 존재하는 결과에 따른다. 바륨함량이 x=0.15인 경우에는, 각각 Tc=26°K에서 저항력 강하현상이 일어난다.When the ratio of (BA, La) to Cu in the starting composition is 2: 1, the composition of the La 2x CuO 4 : Ba phase, which is assumed to be related to superconductivity, results from the absence of the CuO phase and only two phases. . When the barium content is x = 0.15, a resistive drop occurs at Tc = 26 ° K, respectively.

Ba-La-Cu-O 착화합물의 제조방법은 침전을 위해 승온에서, 수시간 동안 열처리를 2회 수행한다. 본 발명에 따라 실험을 수행하는 경우, 900℃에서 분해시키고, 5시간 동안 반응시키고 다시 900℃에서 1시간 동안 소결시킬 때 가장 좋은 결과가 얻어짐이 밝혀졌다.In the method for preparing the Ba-La-Cu-O complex, two times of heat treatment are performed at elevated temperature for precipitation for several hours. When experiments were carried out according to the invention it was found that the best results were obtained when they were decomposed at 900 ° C., reacted for 5 hours and sintered again at 900 ° C. for 1 hour.

2:1 조성의 경우에는, 조성물의 융점이 과량의 산화구리의 부재하에서 보다 높기 때문에 다소 높은 온도가 허용된다. 그러나, 고온처리에 의해 1-상 화합물을 수득할 수는 없다.In the case of a 2: 1 composition, rather high temperatures are allowed because the melting point of the composition is higher in the absence of excess copper oxide. However, it is not possible to obtain one-phase compounds by high temperature treatment.

dc 전도도의 측정은 300 내지 4.2°K 사이에서 수행한다. 0.5A/cm2의 전류밀도에서 x<0.3을 갖는 바륨-도프된 샘플의 경우에는, 저온에서 저항의 증가와 함께 고온 금속성작용이 발견된다. 여전히 낮은온도에서, 저항의 급강하(>90%)가 일어나는데, 보다 높은 전하밀도의 경우에는 부분적으로 억제된다. 상기 특징적인 강하현상은 어닐링조건, 즉 온도와 산소 분압의 함수로서 고려된다. 예를 들면, 공기중에서 어닐링된 샘플의 경우에는, 편력(itinerant)작용으로부터 국부(localized)작용으로의 전이가 아주 명백한 것으로 발견되지 않았으나, 약간의 감압대기하에서의 어닐링은 저항의 증가 및 보다 확실한 편재효과를 야기시킨다. 동시에, 저항 강하의 개시점은 보다 높은 임계온도를 향해 이동된다. 그러나, 보다 긴 어닐링시간은 초전도성을 완전히 파괴시킨다.The measurement of dc conductivity is performed between 300 and 4.2 ° K. In the case of barium-doped samples with x <0.3 at a current density of 0.5 A / cm 2 , high temperature metallization is found with an increase in resistance at low temperatures. At still lower temperatures, a sharp drop in resistance (> 90%) occurs, which is partially suppressed for higher charge densities. This characteristic drop phenomenon is considered as a function of annealing conditions, ie temperature and oxygen partial pressure. For example, for samples annealed in air, the transition from initiator action to localized action has not been found to be very obvious, but annealing under a slight depressurization atmosphere results in increased resistance and a more pronounced ubiquitous effect. Cause. At the same time, the starting point of the resistance drop is moved toward a higher threshold temperature. However, longer annealing times completely destroy the superconductivity.

대표적인 Ba-La-Cu-O 조성물의 dc 전도도를 측정하여 이들의 저온작용을 결정하고 이들은 높은 Tc를 관찰한다. 이러한 측정은 제1도에 도식된 잘 알려진 4점 탐사침 기술(four-point probe technique)을 사용하여 수행한다. Bax, La5-x, Cu5O5(3-y)의 직사각형 샘플(10)을 소결된 펠릿으로부터 절단하고, 약 0.5미크론 두께의 금-증착 전극(12A) 및 (12B)에 장치한다. 인듐선(14A) 및 (14B)는 각각 전극(12A) 및 (12B)에 접촉시킨다. 연속 유동 항냉기 (Leybold-Hereaus) (16)내에 샘플을 넣고 300 내지 412°K 온도범위에서 측정한다.The dc conductivities of representative Ba-La-Cu-O compositions are measured to determine their low temperature action and they observe high Tc. This measurement is performed using the well-known four-point probe technique shown in FIG. Rectangular samples 10 of Ba x , La 5-x , Cu 5 O 5 (3-y) are cut from the sintered pellets and placed in gold-deposited electrodes 12A and 12B about 0.5 microns thick. . Indium wires 14A and 14B are in contact with electrodes 12A and 12B, respectively. The sample is placed in a continuous flow chiller (Leybold-Hereaus) 16 and measured at a temperature range of 300 to 412 ° K.

전극(12A) 및 (12B)를 전원(18)과 가변 저항기(20)를 포함하는 회로에 연결한다. 인듐 도선(22A) 및 (22B)을 샘플(10)과 접촉되도록 누르고 은 페인트(24)로 고정시킨다. 도선(22A) 및 (22B)를 전압판독계(26)에 연결한다. 전류 및 전압을 정확히 측정하면, 샘플(10)의 저항을 알 수 있다. 이러한 측정을 위해 사용되는 형태로서, 온도 변화, 데이타 획득 및 처리를 위해 컴퓨터-조절 완전자동계를 제공하는 컴퓨터를 사용한다.Electrodes 12A and 12B are connected to a circuit comprising a power source 18 and a variable resistor 20. Indium conductors 22A and 22B are pressed into contact with sample 10 and fixed with silver paint 24. The wires 22A and 22B are connected to the voltage reading system 26. By accurately measuring the current and voltage, the resistance of the sample 10 can be known. As the form used for such measurements, a computer is provided that provides a computer-controlled fully automatic system for temperature changes, data acquisition and processing.

제2도에서는, 조성물 BaxLa5-xCu5O5(3-y)에서의 저항 (ρ, Ω-cm 단위)의 저온 의존성을 x의 상이한 두값에 대해 도시하였다. 상부 두곡선에 대해서, x(Ba)의 값은 1이고 왼쪽 세로 눈금을 사용한다. 하부 곡선에 대해서는, x의 값은 0.75이고 오른쪽 저항 눈금을 사용한다. 데이타는 상이한 값의 전류밀도에 대해 취하였다 : 최상부 곡선에 대해서는 0.25A/cm2이고 중간 및 하부 곡선에 대해서는 0.50A/cm2이다.In FIG. 2 the low temperature dependence of the resistance (ρ, Ω-cm units) in the composition Ba x La 5-x Cu 5 O 5 (3-y) is shown for two different values of x. For the upper two curves, the value of x (Ba) is 1 and uses the left vertical scale. For the lower curve, the value of x is 0.75 and the right resistance scale is used. Data were taken for current densities of different values: for the top curve and 0.25A / cm 2 is 0.50A / cm 2 for the middle and lower curves.

X(Ba)<1.0, 예를 들어 x<0.3를 갖는 바륨-도프된(Barium-doped) 샘플의 경우에는, 제2도에서 도시한 바와 같이 저온에서 저항 증가와 함께 고온 금속성 작용을 알 수 있다. 보다 낮은 온도에서 저항의 급강하(제2도 상부곡선, 왼쪽눈금)가 발생하는데 이는 높은 전류 밀도의 경우에는 부분적으로 억제된다. 이 특징적인 강하는 어닐링 조건, 즉 제2도에서 보여준 온도와 산소 분압의 함수로서 고려된다. 공기중에서 어닐링된 샘플의 경우에는, 80°K 범위에서의 최소 저항에 의해 지적된 바와 같이 편력작용으로부터 국부작용으로의 전이가 매우 명백한 것으로 발견되지 않았다. 그러나 약간 감소시킨 대기하에서의 어닐링은 저항의 증가 및 더욱 현저한 국부효과를 유도한다. 동시에, 저항 강하의 개시점은 30°K 부분으로 향해 이동한다. 900℃에서 처리된 샘플에 대해 기록한 곡선(4) 및 (5)(제3도)는 보다 낮은 온도에서 소울더(shoulder)의 발생을 보여주며, 곡선(6)에서 더욱 뚜렷하다. 1040℃의 어닐링 온도에서, 고 전도상은 거의 사라진다. 긴 어닐링시간 및/또는 고온은 통상적으로 초전도성을 파괴한다.For barium-doped samples with X (Ba) <1.0, for example x <0.3, the high temperature metallic action with increasing resistance at low temperatures can be seen as shown in FIG. . At lower temperatures, a sharp drop in resistance (Figure 2 upper curve, left scale) occurs, which is partially suppressed for high current densities. This characteristic drop is considered as a function of the annealing conditions, ie the temperature and oxygen partial pressure shown in FIG. For samples annealed in air, the transition from biasing to localization was not found to be very obvious, as indicated by the minimum resistance in the 80 ° K range. However, slightly reduced annealing in the atmosphere leads to increased resistance and more pronounced local effects. At the same time, the starting point of the resistance drop moves toward the 30 ° K part. Curves 4 and 5 (FIG. 3) recorded for samples treated at 900 ° C. show the occurrence of shoulders at lower temperatures, more pronounced in curve 6. At the annealing temperature of 1040 ° C., the high conducting phase almost disappears. Long annealing times and / or high temperatures typically destroy superconductivity.

구리의 혼합-원자가 상태는 전자-포논 결합에 대해 중요하다. 따라서 전자의 농도는 Ba/La비에 의해 변한다. 보다 낮은 Ba 농도 0.75를 갖는 샘플에 대한 대표적인 곡선은 제2도(오른쪽 눈금)에 도시되어 있다. 이의 저항은 3배정도 이상 감소하는데, 이는 제4도의 확장된 온도 눈금상에 나타난 바와 같이 주요부분이 35°K 근방에서 개시하여 13°K 이하에서 초전도도를 가짐을 입증해준다. 또한 제4도는 과립상 화합물에 대한 전형적인 전류밀도의 영향을 보여준다. 7.5, 2.5 및 0.5A/cm2의 전류 밀도를 초전도성 조성물을 통해 통과시킨다.The mixed-atomic state of copper is important for electron-phonon bonds. Therefore, the concentration of electrons is changed by the Ba / La ratio. Representative curves for samples with lower Ba concentrations of 0.75 are shown in FIG. 2 (right scale). Its resistance is reduced by more than three times, demonstrating that the main part starts at around 35 ° K and has superconductivity below 13 ° K, as shown on the extended temperature scale of FIG. Figure 4 also shows the effect of typical current densities on granular compounds. Current densities of 7.5, 2.5 and 0.5 A / cm 2 are passed through the superconducting composition.

상온으로부터 샘플을 냉각시키면, 저항 데이타는 우선 금속-형 감소를 보여준다. 저온에서 증가상태로의 변화는 Ca 화합물의 경우 및 Ba-치환된 샘플에 대해 일어난다. 이 증가는 저항 강하를 수반하며, Ca 및 Ba 화합물의 경우에 각각 22±2°K 및 33±2°K에서 초전도도의 개시를 보여준다. Sr 화합물에 있어서, 저항력은 40±1°K에서 저항 강하에 대해 금속-형 감소로 남아 있게 된다. 그러나, 국부 효과의 존재는 알칼리-토 이온 농도 및 샘플의 제조방법, 다시말해 어닐링 조건에 많이 의존하며, 또한 궁극적인 농도에 의존한다. 저농도의 Ca, Sr 및 Ba를 갖는 모든 샘플은 저항 강하가 일어나기 전에 국부화의 강한 경향을 보여준다.Upon cooling the sample from room temperature, the resistance data first shows a metal-type decrease. The change from low temperature to increase occurs for Ca compounds and for Ba-substituted samples. This increase is accompanied by a drop in resistance and shows the initiation of superconductivity at 22 ± 2 ° K and 33 ± 2 ° K for Ca and Ba compounds, respectively. For the Sr compound, the resistivity remains a metal-type decrease with respect to the resistive drop at 40 ± 1 ° K. However, the presence of local effects depends a lot on the alkaline-earth ion concentration and the method of preparing the sample, ie the annealing conditions, and also on the ultimate concentration. All samples with low concentrations of Ca, Sr and Ba show a strong tendency of localization before resistance drops occur.

명백하게는, 초전도도의 개시점, 즉 임계온도치 Tc는 다른 인자들 가운데서 최종 화합물의 산소 함량에 좌우된다. 특정 산소 부족은 재질이 높은 Tc 작용을 갖도록 하는데 필수적인 것 같다. 본 발명에 따르면, La2CuO4: Ba 착화합물을 만들기 위해 상술한 방법은 어닐링단계에 의해 보완될 수 있는데 이 단계중에 최종 생성물의 산소 함량을 조절할 수 있다. 물론, La2CuO4: Ba 화합물의 생성과 연관하여 언급된 것은 일반식 RE2TMO4: AE(예 : Nd2NiO4: Sr)의 다른 화합물에도 마찬가지로 적용된다.Clearly, the starting point of superconductivity, i.e. the critical temperature value Tc, depends on the oxygen content of the final compound, among other factors. Specific oxygen deficiency seems to be essential for the material to have a high Tc action. According to the present invention, the above-described method for making La 2 CuO 4 : Ba complex can be supplemented by an annealing step during which the oxygen content of the final product can be controlled. Of course, what is mentioned in connection with the production of La 2 CuO 4 : Ba compounds applies equally to other compounds of the general formula RE 2 TMO 4 : AE (eg Nd 2 NiO 4 : Sr).

분해와 반응 및/또는 소결을 위한 열처리를 비교적 저온, 즉 950℃ 미만에서 수행할 경우, 최종 생성물을 감압대기하에 약 900℃에서 약 1시간동안 어닐링시킨다. 이러한 어닐링 단계의 순수효과는 RE2TMO4착화합물의 매트릭스중의 특정 위치로부터 산소원자를 제거하여 이의 결정성 구조내에 뒤틀림을 유발시키는 것이라 추정된다. 이러한 경우에 어닐링을 위한 O2분압은 10-1내지 10-5바아(bar) 범위일 것이다.When the heat treatment for decomposition and reaction and / or sintering is carried out at relatively low temperatures, ie below 950 ° C., the final product is annealed at about 900 ° C. for about 1 hour under reduced pressure atmosphere. It is assumed that the net effect of this annealing step is to remove oxygen atoms from specific positions in the matrix of the RE 2 TMO 4 complex to cause distortion in its crystalline structure. In this case the O 2 partial pressure for annealing will range from 10 −1 to 10 −5 bars.

열처리를 위해 비교적 고온을 사용할 경우, 어닐링 단계는 약간 산화성 대기하에서 수행하는 것이 유리하다. 이것은 고온에 의하거나 계의 결정성 구조의 너무 심한 뒤틀림을 초래하는 계로부터의 산소원자의 추정된 과도한 제거를 보상하려는 것이다.When using relatively high temperatures for heat treatment, the annealing step is advantageously carried out in a slightly oxidizing atmosphere. This is to compensate for the estimated excessive removal of oxygen atoms from the system by high temperature or causing too much distortion of the crystalline structure of the system.

온도와 함수로서, Sr2+및 Ca2+-도프된 La2CuO4-y세라믹의 저항력 및 대자율(Susceptibility) 측정은 Ba2+-도프된 샘플과 같은 일반적인 경향을 보여준다 : 저항 강하 ρ(T), 및 약간 낮은 온도에서의 반자성에 대한 교차(crossover) . 실질적으로 Sr2+함유샘플은 Ba2+및 Ca2+함유 샘플보다 더 높은 개시점을 얻는다. 더욱이, 반자성 대자율은 Ba 샘플에 대한 것보다 약 3배 크다. Sr2+의 이온 반경이 La3+의 이온반경과 거의 일치하므로, 크기효과가 초전도성을 유발시키는 것은 아닌것같다. 이와는 반대로, Ba2+및 Ca2+에 관한 데이타가 보여주는 바와 같이 반대의 경우일 수도 있다.As a function of temperature, the resistivity and susceptibility measurements of Sr 2+ and Ca 2+ -doped La 2 CuO 4-y ceramics show the same general trend as Ba 2+ -doped samples: resistance drop ρ ( T), and crossover for diamagnetics at slightly lower temperatures. Substantially Sr 2+ containing samples get a higher starting point than Ba 2+ and Ca 2+ containing samples. Moreover, the diamagnetic mass ratio is about three times larger than that for Ba samples. Since the ion radius of Sr 2+ closely matches that of La 3+ , the size effect does not seem to cause superconductivity. Conversely, this may be the opposite case as the data for Ba 2+ and Ca 2+ show.

조사되는 도판트 이온(dopant ion)의 각각에 대한 가장 높은 Tc'은 실온에서 이들의 농도에 대해 발생하는데, RE2-xTMxO4-y구조는 치환에 의해 증진된 실질적 전자-포논 상호작용과 관련되는 사방-정방 구조상전이와 밀접한 관계를 갖는다. 희토 금속의 알칼리 토 치환은 아주 중요하며, egJahn-Teller 궤도 없이 TM 이온을 사실상 생성시키는 것 같다. 따라서, 이러한 J.-T. 궤도, 즉 페르미 에니지에 가까운 J.-T. 홀의 부재는 아마 Tc 증진에 대해 중요한 역할을 하게 된다. 본 발명의 예로는 초전도성 조성물중에 상이한 전이금속 원소를 사용하여 주어지는 반면, 혼합 원자가를 갖는 산화구리 조성물은 26°K 초과의 온도에서 초전도 특성을 갖는, 독특하고 특히 중요한 특성을 나타낸다. 이들 혼합 원자가 구리 조성물은 희토 원소, 및/또는 알칼리 토 원소로 치환할 수 있는 희토류 원소를 함유할 수 있다. 이들 조성물중의 산소량은 제조방법에 따라 변화될 수 있고 조성물의 원자가 요구량을 충족시키는 양이다. 이들 구리를 기본으로한 조성물은 종종 회티탄석 형태의 층-유사 구조를 갖는다. 발생할 수 있는 몇몇 결정 구조형의 더욱 상세한 설명은 다음 문헌을 참고로 한다[Michel and Raveau in Rev. Chim. Min. 21, 407(1984) 및 C. Michel et al, Mat. Res. Bull., Vol. 20, 667 내지 671(1985)].The highest Tc 'for each of the dopant ions to be irradiated occurs for their concentration at room temperature, with the RE 2-x TM x O 4-y structure being substantially electron-phonon interaction enhanced by substitution. It is closely related to the tetragonal to tetragonal structural transitions associated with the action. Alkaline earth substitution of rare earth metals is very important and seems to virtually produce TM ions without the e g Jahn-Teller trajectory. Thus, such J.-T. Orbit, i.e. J.-T. The absence of holes probably plays an important role in Tc enhancement. Examples of the present invention are given using different transition metal elements in superconducting compositions, while copper oxide compositions with mixed valences exhibit unique and particularly important properties, having superconducting properties at temperatures above 26 ° K. These mixed valence copper compositions may contain rare earth elements, and / or rare earth elements that may be substituted with alkaline earth elements. The amount of oxygen in these compositions can vary depending on the method of preparation and is an amount that meets the valence requirements of the composition. Compositions based on these coppers often have a layer-like structure in the form of gray titanium. For a more detailed description of some of the crystal structure types that may occur, reference is made to Michel and Raveau in Rev. Chim. Min. 21, 407 (1984) and in C. Michel et al, Mat. Res. Bull., Vol. 20, 667-671 (1985).

본 발명은 조성물의 특정 양태에 대해서 기술하지만, 본 발명의 진의 및 범주에 벗어남이 없이 이를 변화시킬 수 있음은 당해 분야의 숙련가에게 자명할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 범위의 조성물은 희토 원소 및 전이금속 원소를 함유하지만, 결정성 구조가 이들 원소의 원자가를 조정할 수 있고 또한 초전도성을 나타내는 층-유사 구조상을 유지시킬 수 있으므로 이들 원소의 비율을 변화시킬 수 있다.While the present invention describes certain embodiments of the composition, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the compositions within the scope of the present invention contain rare earth elements and transition metal elements, but the ratio of these elements because the crystalline structure can adjust the valences of these elements and also maintain a layer-like structural phase exhibiting superconductivity Can change.

또한, 이들 조성물중의 화학량론적 양 또는 비-화학량론적 양 정도의 산소 함량(즉, 산소 결핍 또는 과잉)은 화합물을 생성시키는 동안 환원 또는 산화대기를 사용하고 결정 구조의 희토류 및 전이금속 부위에 도프하는 양을 다르게 사용함으로써 변화될 수 있다. 이러한 형태의 결정성 구조의 뒤틀림 및 망라될 수 있는 수많은 형태는 상기 언급한 마이클 및 레이뷰 간행물(Michel and Raveau publications)을 참고로 하여 용이하게 자명하게 된다. 따라서, 본 발명은 광범위하게는 26°K 초과의 온도에서 초전도성 작용을 나타내는 층-유사 구조를 갖는 혼합된(도프된) 전이금속 산화물에 관한 것이다. 이들 재질중, 다원자가 상태를 갖는 혼합된 산화구리는 높은 Tc 및 바람직한 초전도 특성을 제공한다.In addition, the oxygen content (i.e., oxygen deficiency or excess) in these compositions in stoichiometric or non-stoichiometric amounts can be reduced or doped to rare earth and transition metal sites in the crystal structure while producing compounds. It can be changed by using different amounts. Many of the forms that can be distorted and encompassed by this type of crystalline structure are readily apparent by reference to the aforementioned Michael and Raveau publications. Accordingly, the present invention relates broadly to mixed (doped) transition metal oxides having a layer-like structure exhibiting superconducting action at temperatures above 26 ° K. Among these materials, mixed copper oxides having a polyatomic state provide high Tc and desirable superconducting properties.

Claims (6)

희토원소(RE)가 하나 또는 그 이상의 알칼리 토족의 원소(AE)에 의해 부분적으로 치환되고, 산소 함량은 생성된 결정구조가 뒤틀리고. 일반식 RE2-xAExTMO4-y(여기에서, TM은 전이금속을 나타내며 X<0.3이고 y<0.5이다)의 조성을 갖는 상을 포함하도록 하는 양으로 조정된 26°K 이상의 전이온도를 갖는 RE2TMO4형태의 초진도성 화합물.The rare earth element (RE) is partially substituted by one or more elements of the alkaline earth group (AE), and the oxygen content is distorted in the resulting crystal structure. General formula RE 2-x AE x TMO 4-y , where TM represents a transition metal and has a transition temperature of at least 26 ° K adjusted to an amount to include a phase having a composition of X <0.3 and y <0.5. Superconducting compound in the form of RE 2 TMO 4 . 제1항에 있어서, 희토원소(RE)가 란탄이고 전이금속(TM)이 구리인 화합물.The compound of claim 1, wherein the rare earth element (RE) is lanthanum and the transition metal (TM) is copper. 제1항에 있어서, 바륨이 희토원소에 대한 부분 치환체로서 사용되고 X<0.3이며 0.1≤y≤0.5인 화합물.The compound of claim 1 wherein barium is used as a partial substituent for the rare earth element and X <0.3 and 0.1 ≦ y ≦ 0.5. 제1항에 있어서, 칼슘이 희토원소에 대한 부분 치환체로서 사용되고 x<0.3이며 0.1≤y≤0.5인 화합물.The compound of claim 1 wherein calcium is used as a partial substituent for rare earth elements and x <0.3 and 0.1 ≦ y ≦ 0.5. 제 1 항에 있어서, 스트론튬이 희토원소에 대한 부분치환체로서 사용되고 x<0.3이며 0.1≤y ≤0.5인 화합물.2. A compound according to claim 1 wherein strontium is used as a partial substituent to the rare earth element and x <0.3 and 0.1 ≦ y ≦ 0.5. 희토 및 전이금속성분의 질산염, 및 하나 또는 그 이상의 알칼리 토금속의 수용액을 제조하여 이를 적절한 비율로 공침전시키고 ; 공침전물을 옥살산엔 가하여 각각의 옥살레이트의 밀접 혼합물을 형성시키고 ; 침전을 파괴시키고 침전을 1 내지 8시간동안에 500 내지 1200℃의 온도로 가열시킴으로써 고체-상 반응을 야기시키고 ; 생성된 분말생성물을 냉각시키고 ; 분말을 2 내지 10Kbar의 압력에서 압착시켜 펠릿을 형성시키고 ; 펠릿을 소멸시키기 위해 30분 내지 3시간동안 500 내지 1000℃로 온도를 재조정한 다음 ; 펠릿을 RE2-xTMO4-y(여기에서, x<0.3이며 0.1<y<0.5이다) 형태의 최종 조성을 갖는 최종 생성물의 산소함량을 조정시키는 보호된 대기중, 및 500 내지 1200℃의 온도에서 30분 내지 5시간동안 추가로 어닐링(annealing) 처리시킴을 특징으로하여, 26°K 이상의 전이온도를 갖는 RE2TMO4(여기에서 RE는 희토원소이고 TM은 전이금속이다)형태의 초전도성화합물을 제조하는 방법.Preparing an aqueous solution of rare earth and transition metal nitrates, and one or more alkaline earth metals and coprecipitation them in an appropriate proportion; Co-precipitate is added to oxalic acid to form an intimate mixture of each oxalate; Destroying the precipitate and causing the solid-phase reaction by heating the precipitate to a temperature of 500 to 1200 ° C. for 1 to 8 hours; Cooling the resulting powder product; The powder is pressed at a pressure of 2-10 Kbar to form pellets; Readjust the temperature to 500-1000 ° C. for 30 minutes to 3 hours to dissipate the pellets; The pellet was placed in a protected atmosphere to adjust the oxygen content of the final product having a final composition in the form of RE 2-x TMO 4-y (where x <0.3 and 0.1 <y <0.5). Superconducting compounds of the form RE 2 TMO 4 (where RE is a rare earth element and TM is a transition metal), characterized by further annealing for 30 minutes to 5 hours at How to prepare.
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