RE=Sm, Gd, Dy, Ho, Eu, Yb - Revista Colombiana de Física

Revista Colombiana de Física, vol. 41, No. 3, Octubre 2009
Efectos de la Sustitución Parcial del Y por RE
(RE=Sm, Gd, Dy, Ho, Eu, Yb) en el REe0.5Y0.5Ba2Cu3o7−δ
Superconductor
Effects of partial substitution of Y by RE (RE=Sm, Gd, Dy, Ho, Eu, Yb)
in REe0.5Y0.5Ba2Cu3o7−δ Superconductor
E. W. Barrera Bello, D. A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas
Grupo de Física de Nuevos Materiales, Departamento de Física,
Universidad Nacional de Colombia, A.A. 14490, Bogotá DC
Recibido 22 de oct. 2007; Aceptado 2 de sep. 2009; Publicado en línea 30 de oct. 2009
Resumen
En este trabajo reportamos la síntesis y caracterización del compuesto superconductor RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd,
Dy, Ho, Yb). Medidas de resistividad eléctrica fueron realizadas a través del método de cuatro puntas para observar la temperatura crítica de la transición normal-superconductor del compuesto RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb). El
análisis del efecto que tiene dopar el RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ con tierras raras en el sitio del Itrio se efectuó teniendo en cuenta
la variación de la temperatura crítica en función del radio iónico de cada elemento trivalente perteneciente a la familia de
las tierras raras para este caso Sm, Gd, Dy, Ho, Eu y Yb.
Palabras claves: temperatura crítica, cuprato, elementos trivalentes.
Abstract
Synthesis and conductivity characterization of the RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−d (RE=Sm, Gd, Dy, Ho, Eu, Yb) superconducting
materials are reported. Samples were produced by the standard solid state reaction method. The x-ray diffraction data permit to establish the crystalline appropriated distribution of rare earth and yttrium. DC resistivity measurements reveal the
improvement of the critical temperature (Tc) when substitution of exact 50-50 mix of rare earth (Sm, Gd, Dy, Ho, Eu, Yb)
and Yttrium is performed. The Tc was determined by the criterion of the maximum in the temperature derivative of electrical resistivity for the analyzed samples.
Key Words: Critical temperature, cuprato, trivalent elements.
PACS: 74.40.+k; 74.72.-h; 74.25.Fy
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atómicos de los elementos de la mezcla [4]. El interés en la
1. Introducción
Desde el descubrimiento del YBa2Cu3O7−δ (YBCO) en 1987 física de los superconductores granulares se ha renovado
[1], varias sustituciones en diferentes sitios del compuesto desde el descubrimiento de los superconductores de alta
YBa2Cu3O7−δ han sido realizadas con el fin de mejorar sus temperatura crítica (SATC), cuyos efectos granulares son
propiedades superconductoras. Es de especial interés la evidentes en la policristalinidad de las muestras y por causa
sustitución de Itrio por elementos trivalentes pertenecientes del desorden de maclado en monocristales. En el presente
a la familia de tierras raras, ya que son compuestos con trabajo se muestran resultados experimentales y análisis de
temperaturas críticas cercanas a la temperatura crítica del la variación de la temperatura crítica de las muestras suYBa2Cu3O7−δ. [2,3]. Una mezcla exacta 50-50 de Itrio y una perconductoras de RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd, Dy,
tierra rara pesada reporta un incremento en Tc en el Ho, Yb).
Lu0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ, esto debido a la aparición de la disparidad de peso planar originada por la diferencia de pesos
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E. W. Barrera Bello et al.: Efectos de la Sustitución Parcial del Y
Resistividad (mΩ·cm)
50
Y
Dy
Sm
Eu
Tb
Gd
Ho
Yb
40
20
10
0
0
50
100
Figura 1: Patrón de rayos x característico de la estructura ortorrómbica de la perovskita RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd, Dy,
Ho, Yb).
3. Resultados y discusión
En la figura 1 se presenta el patrón de difracción de rayos x
del compuesto superconductor RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm,
Eu, Gd, Dy, Ho, Yb), dicho patrón permitió determinar la
estructura de este compuesto correspondiente a una celda
perovskita ortorrómbica, para Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb. En
la figura 2(a) se presenta la transición resistiva de las muestras, en una curva de resistividad eléctrica en función de la
temperatura. En la figura 2(b), se muestra la derivada
numérica de la resistividad eléctrica con respecto a la temperatura. El pico de mayor temperatura está asociado a la
transición de apareamiento y el pico de menor temperatura
está asociado a la transición de coherencia [5].
En la figura 2(b), se observa un incremento de la temperatura crítica para los elementos de tierras raras más pesados, un
200
250
300
8,0
Sm62 62
Eu63 63
Gd64 64
Dy66 66
Ho67 67
Yb70 70
10.0
8.0
6.0
6,0
4.0
-1
dρ/dT (mΩ·cm·K )
2. Procedimiento experimental
Las muestras fueron producidas mediante la técnica de
reacción de estado sólido, a partir de polvos precursores
según la fórmula química RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd,
Dy, Ho, Yb), Aldrich (99,9% de pureza). La mezcla fue
calcinada y sinterizada a 960 °C en atmósfera de aire durante 36 horas con 2 repulverizaciones intermedias. Finalmente, después de 48 horas de oxigenación a 450 °C, las muestras fueron enfriadas suavemente hasta temperatura ambiente. La caracterización estructural se efectuó mediante mediciones de difracción de rayos x, resultados que permitieron
identificar la estructura ortorrómbica del compuesto
RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb). Las mediciones de resistividad eléctrica se realizaron a través del
método de las cuatro puntas en un sistema dc, controlando
la temperatura con un equipo LakeShore 332S y un sensor
Pt-100.
150
Temperatura (K)
2.0
4,0
0.0
86
88
90
92
94
96
2,0
0,0
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
TEMPERATURA (K)
Figura 2: (a) Resistividad eléctrica como función de la temperatura (b) Derivada numérica de la resistividad eléctrica con respecto a
la temperatura.
análisis detallado de este incremento de Tc en función del
número atómico y radio iónico se observa en la figura 3.
En la tabla 1 y en la figuras 3 y 4 se observa un comportamiento muy interesante del compuesto RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ
(Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb), a pesar de que las tierras raras
son elementos trivalentes a medida que aumenta el radio
iónico y el peso atómico se observa un pequeño incremento
en Tc, este hecho es atribuido a la sustitución 50-50 en el
sitio de Itrio por una tierra rara mas pesada la cual genera
una disparidad de peso planar que a su vez da origen a dos
efectos: el primero es un efecto de ondulación dentro de la
celda unitaria y el segundo es una diferencia entre las capas
alternas de la estructura haciendo una mas pesada que las
vecinas lo cual aumenta la mediación fonónica haciendo
que la Tc aumente comparada con la del YBCO.
Este trabajo tuvo el apoyo parcial de COLCIENCIAS: proyecto No. 1101-333-18707, División de Investigaciones
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rev. col. fís, vol. 41, No. 3 (2009)
Sede Bogotá (DIB) y Centro de Excelencia en Nuevos
Materiales, contrato No. 043-2005.
95
15
REFERENCIAS
94
9
93
6
92
3
Y
0
35 40 45
Dy Ho
Sm Eu Gd
60
61
62
63
64
65
66
67
Yb
68
69
70
[1]. M. K. Wu, J. R. Ashburn, C. J. Torng, P. H. Hor, R. L.
Meng, L. Gao, Z. J. Huang, Y. Q. Wang and C. W. Chu,
Phys. Rev. Lett. 58, 908, (1987)
Temperatura crítica (K)
Ancho Transición (K)
12
[2] P. H. Hor, R. L. Meng, Y. Q. Wang, L. Gao, Z. J.
Huang, J. Bechtold, K. Forster, and C. W. Chu, Phys. Rev.
Lett. 58, 1891 (1987)
[3] D. W. Murphy, S. Sunshine, R. B. Van Dover, R. J.
Cava, B. Batlogg, S. M. Zahurak, and L. F. Schneemeyer,
Phys. Rev. Lett. 58, 1888 (1987).
91
71
Número Atómico Z
15
[4] Superconductors.ORG.
95
[5] P. Pureur, R. Menegotto Costa, P. Rodrigues Jr., J.
,Schaf, J.V. Kunzler, Phys. Rev. B 47, 11420 (1993).
93
5
92
0
Ho Y
Yb
1,00
1,02
1,04
1,06
Gd
Dy
1,08
1,10
Sm
Eu
Temperatura crítica (K)
Ancho Transición (K)
94
10
91
1,12
Radio Iónico (Å)
Figura 3: Ancho de la transición y temperatura critica en función
de: (a) número atómico y (b) radio iónico para el compuesto
superconductor RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ (Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb).
Tabla 1: Características de los elementos de tierras raras (Sm, Eu,
Gd, Dy, Ho, Yb), y temperaturas críticas obtenidas experimentalmente para el RE0.5Y0.5Ba2Cu3O7−δ.
RE
Número Atómico
Radio
Iónico
(Å)
Sm
62
1.13
7,22
94,34
Eu
63
1.13
7,90
94,17
Gd
64
1.11
6,18
94,16
Dy
66
1.07
7,11
93,97
Ho
67
1.05
4,22
94,02
Yb
70
1.00
3,65
93,85
Y
39
1.06
11,87
91,50
Ancho transición
(K)
TC (K)
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