[논문]<tex>$(Ru_{0.8}Nb_{0.2})Sr_2(Gd_{1.5-x}Nd_xCe_{0.5})Cu_2O_z$</tex> 계의 합성 및 초전도 특성

이호근; 배수민

[국내논문] $(Ru_{0.8}Nb_{0.2})Sr_2(Gd_{1.5-x}Nd_xCe_{0.5})Cu_2O_z$ 계의 합성 및 초전도 특성
Synthesis and Superconductivity in $(Ru_{0.8}Nb_{0.2})Sr_2(Gd_{1.5-x}Nd_xCe_{0.5})Cu_2O_z$ System 원문보기

Progress in superconductivity, v.10 no.2, 2009년, pp.128 - 132

이호근 (Kangwon National University) , 배수민 (Kangwon National University)

Abstract ▼ AI-Helper

Polycrystalline samples of $(Ru_{0.8}Nb_{0.2})Sr_2(Gd_{1.5-x}Nd_xCe_{0.5})Cu_2O_z$($ 0{\leq}x{\leq}1.25$) have been synthesized by a solid-state reaction route. The X-ray diffraction data revealed that the Nd solubility limit can be placed between x=0.5 and x=0.75. The superconducting transition temperature decreased with increasing Nd content, confirming that Nd entered the lattice. Room-temperature thermoelectric power measurements showed that all the samples are in the underdoped state and the partial substitution of Nd for Gd resulted in a decrease in the carrier density on the superconducting layers.

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AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 현재 Nd에 근거한 Ru-1222 계의 특성은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 Nd에 근거한 RuNd-1222계의 합성 가능성과 Nd 치환에 따른 초전도 특성을 이해하기 위해 (Ru_0.8Nb_0.2)Sr₂(Gd_1.5-xNd_xCe_0.5)Cu₂O_z 구성 시편을 합성하여 용해한계 및 초전도 특성에 대해 연구했다.
상온 열기전력 측정결과는 Nd 치환에 따른 임계온도의 감소 원인은 Nd 치환으로 구리 평면의 홀 농도의 감소에 기인함을 지시해 주었으며, 홀 농도의 감소는 Nd 치환에 따른 산소량의 결핍과 연관되는 것으로 논의되었다. 본 연구의 결과는 또한 Nd에 근거한 단일상의 Ru-1222 초전도체를 합성하기 위해서는 Ru 또는 Sr 자리 양이온의 치환이 고려되어야 함을 지시해주었다.

제안 방법

시편은 고상반응법으로 합성했으며 3N 이상의 고순도 RuO₂, Nb2O₃, SrCO₃, BaCO₃, Gd₂O₃, Nd₂O₃ 및 CuO 분말을 이용해 (Ru_0.8Nb_0.2)Sr₂(Gd_1.5-xNd_xCe_0.5)Cu₂O_z의 명목구성으로 혼합한 후 잘 갈고 먼저 1010 ℃의 질소 분위기에서 7-10 h 열처리했다. 그 후 시편을 다시 갈고 페럿 형태로 만든 후 1050 ℃ 12 h, 1060 ℃ 15 h 그리고 1080 ℃ 15 h 산소 분위기에서 열처리 했으며, 1080 ℃ 열처리 후 서냉과정 중 350 ℃에서 산소분위기에서 5 h 열처리 후 상온으로 온도를 내렸다.
시편의 상 형성 및 구조는 고분해 X-선 회절 장치를 이용했으며, 비저항 특성은 4 단자 접점법으로 상온에서 부터 약 10 K 까지 측정되었다. 상온의 열기전력은 미분 방법 [7]으로 측정했다.
(Ru_0.8Nb_0.2)Sr₂(Gd_1.5-xNd_xCe_0.5)Cu₂O_z 구성 시편을 고상반응법으로 합성하여 Nd 치환 따른 상 형성 및 초전도 특성을 조사했다. X-선 회절 데이터는 이 계의 Nd 치환 용해한계는 x = 0.

대상 데이터

본 연구는 한국학술진흥재단의 지원(KRF-2007-C00204)으로 수행되었다. 본 연구의 수행 중 실험에 도움을 준 이재민, 문종우, 이상민 군 들에게 감사를 표하며, X-선 회절 측정에서는 강원대학교 공동실험실습관의 장치가 이용되었다.

이론/모형

시편의 상 형성 및 구조는 고분해 X-선 회절 장치를 이용했으며, 비저항 특성은 4 단자 접점법으로 상온에서 부터 약 10 K 까지 측정되었다. 상온의 열기전력은 미분 방법 [7]으로 측정했다.

성능/효과

5)Cu₂O_z 구성 시편의 X-선 회절 분석 결과를 보여준다. 시편의 X-선 회절 피이크는 정방(tetragonal)구조로 밀러지수 메김할 수 있었으며, Nd을 치환한 경우 치환량 x가 0.5까지 증가될 때 관측되는 X-선 회절 양상은 Nd를 치환하지 않은 시편의 경우와 거의 유사함을 알 수 있다. 그러나 Nd의 치환량 x가 0.
079Å)을 이용한 시편에 비해 오히려 작게 관측됨이 보고되어 있다. 특히 RuSr₂Gd_1-xNd_xCu₂O_zz 구성 시편의 X-선 회절 분석결과는 단일상이 형성되지 않으며, Rietveld 법으로 분석한 결과 Ru 자리에 일부의 Cu가 치환되고 Sr 자리에 약 5 %의 Nd가 치환될 수 있음을 보여 주었다. 그러므로 Nd 치환으로 c 축의 길이가 감소될 수 있는 요인으로는 (1)Sr 자리에 Nd의 일부 치환, (2)Ce 조성의 변화, (3)Ru 자리, Sr 자리 및 Gd 자리 양이온 치환에 따른 산소량변화 등을 들 수 있다.
5)Cu₂O_z 구성 시편을 고상반응법으로 합성하여 Nd 치환 따른 상 형성 및 초전도 특성을 조사했다. X-선 회절 데이터는 이 계의 Nd 치환 용해한계는 x = 0.5-0.75 임을 보여주었으며, Nd 치환량이 증가할수록 임계온도는 감소했다. 상온 열기전력 측정결과는 Nd 치환에 따른 임계온도의 감소 원인은 Nd 치환으로 구리 평면의 홀 농도의 감소에 기인함을 지시해 주었으며, 홀 농도의 감소는 Nd 치환에 따른 산소량의 결핍과 연관되는 것으로 논의되었다.
75 임을 보여주었으며, Nd 치환량이 증가할수록 임계온도는 감소했다. 상온 열기전력 측정결과는 Nd 치환에 따른 임계온도의 감소 원인은 Nd 치환으로 구리 평면의 홀 농도의 감소에 기인함을 지시해 주었으며, 홀 농도의 감소는 Nd 치환에 따른 산소량의 결핍과 연관되는 것으로 논의되었다. 본 연구의 결과는 또한 Nd에 근거한 단일상의 Ru-1222 초전도체를 합성하기 위해서는 Ru 또는 Sr 자리 양이온의 치환이 고려되어야 함을 지시해주었다.

후속연구

Ru-1222 계의 경우 열 중량법으로 산소량을 결정할 경우 생성되는 CeO_x의 산소량이 일정하지 않아 시편의 산소량 측정이 용이하지 않다 [6]. 그러나 중성자 회절 분석 등의 방법으로 산소량을 정확히 측정하면 Nd 치환에 따른 c축 변화요인을 보다 명확히 밝힐 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Ru-1212,1222계의 희토류 원소의 구조분석이나 자기질서도 분석이 힘든 이유는?	그런데 Ru-1212및Ru-1222계의 초전도체를 보통의 상압하에서 합성할 경우 희토류 원소가 주로 Sm, Eu 및 Gd 일 경우에만 초전도 상(phase)이 단일상으로 형성되며, 그 외의 경우는 단일상 형성이 어려운 것으로 알려지고 있다 [3]. 그런데 이들 희토류 원소들은 중성자 흡수계수가 매우 크기 때문에 중성자회절실험을 통한 정밀한 구조분석 및 자기질서도의 분석이 용이하지 않다. 특히 Ru1212 계의 경우는 중성자 흡수계수가 적은 고가의 희토류 동위원소를 이용하여 합성된 시편을 이용하여 자기 질서도 특성이 보고 [4]되어 있으나 Ru-1222 계의 경우는 현재까지 자기질서도 특성이 알려져 있지 않다. 그러므로 중성자 흡수계수가 적은 희토류 원소를 전부 또는 부분적으로 포함한 단일상 Ru-1222 계의 합성은 이 계의 자기적 구조 및 특성을 이해하는 데 매우 중요하다고 볼 수 있다.
	류테늄 - 구리산화물에 대한 연구가 활발한 이유는?	1997년 이후 류테늄 - 구리산화물(ruthenocuprates), 즉 RuSr2RCu2O8(Ru-1212)와 RuSr2(R2-yCey)Cu2O10(Ru-1222) (R은 주로 Gd, Eu 또는 Sm 임)계에서 초전도 특성과 강자성 특성이 공존함이 알려지면서 [1, 2] 이들 물질에 대한 연구가 최근 활발히 연구되어 오고 있다. 그 이유는 전통적으로 초전도 특성은 강한 자기장에 의해 약화되므로 두 효과가 공존하기 어렵기 때문이다.
	(Ru0.8Nb0.2)Sr2(Gd1.5-xNdxCe0.5)Cu2Oz 구성 시편을 고상반응법으로 합성하여 Nd 치환 따른 상 형성 및 초전도 특성을 조사한 결과는?	5)Cu2Oz 구성 시편을 고상반응법으로 합성하여 Nd 치환 따른 상 형성 및 초전도 특성을 조사했다. X-선 회절 데이터는 이 계의 Nd 치환 용해한계는 x = 0.5-0.75 임을 보여주었으며, Nd 치환량이 증가할수록 임계온도는 감소했다. 상온 열기전력 측정결과는 Nd 치환에 따른 임계온도의 감소 원인은 Nd 치환으로 구리 평면의 홀 농도의 감소에 기인함을 지시해 주었으며, 홀 농도의 감소는 Nd 치환에 따른 산소량의 결핍과 연관되는 것으로 논의되었다. 본 연구의 결과는 또한 Nd에 근거한 단일상의 Ru-1222 초전도체를 합성하기 위해서는 Ru 또는 Sr 자리 양이온의 치환이 고려되어야 함을 지시해주었다.

참고문헌 (12)

I. Felner, U. Asaf, Y. Levi, O. Millo, “Coexistence of
C. Bernhard, J. L. Tallon, Ch. Niedermayer, Th.

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L. Bauernfeind, W. Widder and H. F. Braun,

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G. M. Kuz’micheva, A. I. Kurbakov. I. E. Kostyleva,

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H. K. Lee and G. V. M. Williams, “Effect of Nb

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H. K. Lee, “Superconductivity in the $(Pb,V)Sr_2(Ca,Tb)Cu_2O_z$ system”, J. Korean Phys. Soc. 36, 384-386 (2000).

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S. D. Obertelli, J. R. Cooper and J. L.Tallon,
R. D. Shannon, “Revised Effective Radii and
P. Mele, C. Artini, R. Masini, G. A. Costa, A. Hu, N.

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Z. Sun, S. Y. Li, Y. M. Xiong and X. H. Chen,

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L. Shi, G. Li, X. J. Fan, S. J. Feng, X. -G. Li

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