Ю. И. ГОРИНА, Г. А. КАЛЮЖНАЯ, В. В.РОДИН,

Н. Н. СЕНТЮРИНА, В. А. СТЕПАНОВ, С. Г. ЧЕРНООК

Физический институт им. РАН, Москва

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ

НА КРИТИЧЕСКУЮ ТЕМПЕРАТУРУ

МОНОКРИСТАЛЛОВ СВЕРХПРОВОДНИКА Bi2+xSr2–yCuO6+d

Методом свободного роста внутри газовых каверн в растворе-расплаве KCl выращены чистые (без легирования La) высококачественные монокристаллы низкотемпературной фазы Bi2+xSr2–yCuO6+d (Bi2201) от оптимально допированных с Тс max = 9–10 К до несверхпроводящих. Качество кристаллов проверяли измерениями магнитной восприимчивости и сканирующей электронной микроскопией. Состав исходной шихты Bi:Sr:Cu = = 1,7:2,3:2,5 с избытком Cu и условия ее отжига обеспечивали ее сверхпроводимость и создание ростовой каверны при последующем выращи­вании кристаллов в расплавленной соли KCl. Пластинчатые кристаллы (0,5–2) мм ´ (0,4–1) мм ´ (1–10) мкм были получены в условиях роста при пониженных, по сравнению с методом самофлюса, температурах (tкр = 835–855°С), малых вертикальных градиентах температуры в каверне (ΔТ = 1,5–3 0/см) и скорсти охлаждения (Vохл = 0,1 – 0,6 0/час). Кристаллы имели избыток Bi и дефицит Sr относительно номинального состава 2201 с большим разбросом этих величин катионного “беспорядка” даже в кристаллах с одной и той же Тс.

В работе [1] для перелегированной керамики Bi 2201 была пред­ложена модель “баланса” мест в катионной подрешетке и формула [Bi2–yCuy][Sr2–(x+y)Bix+y] CuO6+δ, учитывающая возможность замещения Sr на Bi, где (x + y) есть Bi на местах Sr.

На рис. 1 приведена зависимость Тс от избытка Bi(x+y) для трех групп образцов с различными tкр. Во всех группах образцов Тс кристаллов уменьшается с ростом tкр, как было установлено ранее [2].

На рис. 2 показано, что отношение Bi/Sr для наших кристаллов прямо пропорционально (x + y), т. е. в терминах “баланса” мест Флеминга необходимо учитывать не только число атомов Bi на местах Sr, но и Cu на местах Bi. Известно, что избыток Bi+3 в чистом Bi2201 действует как La+3, переводя кристалл в недолегированное состояние.

Другой путь уменьшения концентрации носителей в Bi2201 связан с изменением содержания кислорода в кристаллах в процессе их роста. Наблюдаемая обратная зависимость Тс от tкр связана с уменьшением О в кристаллах по мере увеличения tкр.

Рост кристаллов происходил в квазизамкнутых кавернах внутри расплава при пониженном парциальном давлении О, в основном определяемом разложением избытка CuO в подпитывающей шихте по реакции CuO®Cu2O + O2­, Po2 ~ 9 мм. рт. ст. при 850°С.

Ренгенофазовые исследования показали, что с увеличением tкр в процессе роста из-за разницы в плотности шихты (d = 7,3 г/см3) и Cu (d = 6,3 г/см3) происходило расслоение раствора – расплава с кристаллизацией на поверхности CuO и перелегированной по О фазы Bi2201 с c = 24,72 Ǻ, так что шихта на дне тигля, подпитывающая газофазный рост кристаллов в каверне, становилась недолегированной с c = 24,57 Ǻ.

Таким образом, сложный характер зависимости Тс от химического состава в монокристаллах Bi2201 мы объясняем влиянием газовой атмосферы и состава подпитывающей шихты в процессе роста из каверны.


Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект ) и Президиума РАН (проекты “Квантовая макрофизика” и ”Сильнокоррелированные системы” комплексной программы Президиума РАН на 2005 г.)

Список литературы

1. Fleming R. M., Sunshine S. A., Schneemeyer L. F. et al // Phys C. 1991. V.173. P.37-50.

2. Gorina J. I., Kaljuzhnaia G. A., Sentjurina N. N., Stepanov V. A. // Solid. mun. 2003. V.126. P.557-561.