JPH09169521A - Oxide superconductor - Google Patents
Oxide superconductorInfo
- Publication number
- JPH09169521A JPH09169521A JP7335142A JP33514295A JPH09169521A JP H09169521 A JPH09169521 A JP H09169521A JP 7335142 A JP7335142 A JP 7335142A JP 33514295 A JP33514295 A JP 33514295A JP H09169521 A JPH09169521 A JP H09169521A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide superconductor
- sample
- phase
- oxygen
- atomic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 50
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims description 12
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical group [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 21
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 13
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 9
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910004247 CaCu Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000002343 gold Chemical class 0.000 description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 3
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002480 Cu-O Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910015901 Bi-Sr-Ca-Cu-O Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高い超電導転移温
度(Tc)を有する酸化物超電導体に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxide superconductor having a high superconducting transition temperature (Tc).
【0002】[0002]
【従来の技術】酸化物超電導体は、超電導転移温度(以
下、Tcと省略する)以下で電気抵抗がゼロとなり、完
全反磁性を示し、ジョセフソン効果を発揮するという他
の物質にない特性を有しており、電力輸送用ケーブル、
発電機用電線、核融合プラズマ閉じ込め材、磁気浮上列
車用材料、磁気シールド材、高速コンピュータの分野等
に幅広い応用が期待されている。2. Description of the Related Art Oxide superconductors have a zero electric resistance below a superconducting transition temperature (hereinafter abbreviated as Tc), exhibit complete diamagnetism, and have a characteristic that is not present in other substances. Have, cables for power transmission,
A wide range of applications are expected in the fields of generator wires, fusion plasma confinement materials, magnetic levitation train materials, magnetic shield materials, and high-speed computers.
【0003】ベドノルツ(Bednorz) とミュラー(Muller)
が1986年に約30Kという高いTcを有する(La
1-x Bax )2 CuO4 を発見した後、YBa2 Cu3
O7(Tc=90K)、Bi−Sr−Ca−Cu−O系
酸化物超電導体(Tc=110K)、Tl−Ba−Ca
−Cu−O系酸化物超電導体(Tc=125K)、Hg
−Ba−Ca−Cu−O系酸化物超電導体(Tc=13
5K)等の比較的高温の酸化物超電導体が報告されてい
る。現在、これらの物質の製造方法、物性、応用等に関
して多くの研究がなされている。Bednorz and Muller
Has a high Tc of about 30K in 1986 (La
After discovering 1-x Ba x ) 2 CuO 4 , YBa 2 Cu 3
O 7 (Tc = 90K), Bi-Sr-Ca-Cu-O based oxide superconductor (Tc = 110K), Tl- Ba-Ca
-Cu-O-based oxide superconductor (Tc = 125K), Hg
-Ba-Ca-Cu-O-based oxide superconductor (Tc = 13
5 K) and other relatively high temperature oxide superconductors have been reported. Currently, much research is being conducted on the manufacturing methods, physical properties, applications, etc. of these substances.
【0004】銅を含む酸化物超電導体(銅酸化物超電導
体)においては、物質中のキャリア濃度を変化させるこ
とによりTcも変化することが知られており、最高のT
cを与える最適のキャリア濃度が存在する。この酸化物
超電導体は、結晶構造中においてCuO2 面を形成する
銅の形式平均価数がおよそ+2.10から+2.30の
時にp型の酸化物超電導体になる。ここで、銅の価数が
低く、その最高のTcに及ばないドープ状態をアンダー
ドープ状態と呼び、逆に銅の価数が高すぎるドープ状態
をオーバードープ状態と呼ぶ。It is known that in an oxide superconductor containing copper (copper oxide superconductor), Tc is also changed by changing the carrier concentration in the substance, and the maximum T
There is an optimum carrier concentration that gives c. This oxide superconductor becomes a p-type oxide superconductor when the formal average valence of copper forming the CuO 2 plane in the crystal structure is approximately +2.10 to +2.30. Here, a doped state in which the valence of copper is low and does not reach the maximum Tc is called an underdoped state, and a doped state in which the valence of copper is too high is called an overdoped state.
【0005】このような銅酸化物超電導体において、常
電導状態の電気輸送特性を考察すると、銅の価数が+
2.00の時は絶縁体であり、ホールをドープしてキャ
リア濃度を変化させるにしたがい抵抗率は徐々に低下
し、銅の価数も増加して半導体から導体へと変化してい
く。半導体から導体となる中間で酸化物超電導体をTc
以下の温度に冷却すると超電導体状態が出現する。この
ようにキャリア濃度を変化させることにより、酸化物超
電導体の状態(超電導、常電導)を制御することができ
る。Considering the electric transport characteristics of the copper oxide superconductor in the normal conducting state, the valence of copper is +
When it is 2.00, it is an insulator, and as the carrier concentration is changed by doping holes, the resistivity gradually decreases, the valence of copper also increases, and the semiconductor changes from a conductor to a conductor. The oxide superconductor is Tc in the middle from the semiconductor to the conductor.
The superconductor state appears when cooled to the temperature below. By changing the carrier concentration in this way, the state of the oxide superconductor (superconductivity, normal conductance) can be controlled.
【0006】また、p型の銅酸化物超電導体は層状の結
晶構造を有しており、単位格子に存在するCuO2 面の
数によってTc等の諸特性が変化することが知られてい
る。特に、CuO2 面の数が3以上のものは100Kを
超す高いTcを示すことが報告されている。したがっ
て、酸化物超電導体の合成時にCuO2 面の数を制御す
ることによりTc等の諸特性を制御できる。近年、これ
らの制御性を積極的に利用することで、すべて酸化物材
料で構成された電子デバイスを作製することが提唱さ
れ、その可能性が議論されている。It is known that the p-type copper oxide superconductor has a layered crystal structure, and various characteristics such as Tc change depending on the number of CuO 2 planes present in the unit cell. In particular, it has been reported that one having three or more CuO 2 planes exhibits a high Tc exceeding 100K. Therefore, various characteristics such as Tc can be controlled by controlling the number of CuO 2 planes during the synthesis of the oxide superconductor. In recent years, it has been proposed that an electronic device composed entirely of an oxide material should be produced by positively utilizing these controllability, and its possibility has been discussed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、p型の
銅酸化物超電導体の超電導特性や常電導特性は、キャリ
ア濃度を変化させることにより制御することができる。
電子デバイス等に応用していくためには、幅広い範囲で
キャリア濃度を制御することが必要となる。しかしなが
ら、現在知られているほとんどのp型銅酸化物超電導体
は、そのキャリア濃度を変化させ得る範囲が狭いもので
ある。また、3つ以上のCuO2 面を有する酸化物超電
導体の種類もまだ少ない。「オール酸化物電子デバイ
ス」の実現に向けて、さらに制御性のフレキシビリティ
ーに富んだ酸化物超電導体の種類を増やすことが急務で
あり、かつ切望されている。As described above, the superconducting characteristics and normal conducting characteristics of the p-type copper oxide superconductor can be controlled by changing the carrier concentration.
For application to electronic devices and the like, it is necessary to control the carrier concentration in a wide range. However, most currently known p-type copper oxide superconductors have a narrow range in which the carrier concentration can be changed. Further, there are still few kinds of oxide superconductors having three or more CuO 2 planes. To realize "all oxide electronic devices", there is an urgent need and an urgent need to increase the types of oxide superconductors that are more flexible in terms of controllability.
【0008】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、キャリア濃度を変化させることにより幅広い範囲
で超電導特性を制御することができ、かつ単位格子に存
在するCuO2 面の数を制御できる新しい酸化物超電導
体を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above point, and it is possible to control the superconducting characteristics in a wide range by changing the carrier concentration and to control the number of CuO 2 planes existing in the unit cell. The object is to provide a new oxide superconductor.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、水銀、タリウ
ム、アルカリ土類金属M(MはBa,Sr,Caのうち
少なくとも1つの元素)、銅、酸素および希土類元素L
n(LnはY,La,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,
Ho,Er,Tm,Yb,Luのうち少なくとも1つの
元素)を含む酸化物超電導体であって、水銀、タリウム
および酸素からなり、2つの原子層で構成される岩塩構
造を基本とした部分と、銅原子1に対して酸素原子2で
構成された原子層とMおよびLnのうち少なくとも1つ
の元素で構成された原子層とが交互に積み重なった2n
−1個(nは1以上の整数、ただしn=1の場合は銅原
子1に対して酸素原子2である原子層となる)の無限層
構造部分と、がMおよびLnのうち少なくとも1つの元
素および酸素原子で構成された原子層を介して交互に積
み重なった結晶構造を有することを特徴とする酸化物超
電導体を提供する。According to the present invention, mercury, thallium, an alkaline earth metal M (M is at least one element of Ba, Sr and Ca), copper, oxygen and a rare earth element L are used.
n (Ln is Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy,
An oxide superconductor containing at least one element of Ho, Er, Tm, Yb, and Lu), which is composed of mercury, thallium, and oxygen, and is based on a rock salt structure composed of two atomic layers. , 2n in which an atomic layer composed of 2 oxygen atoms and an atomic layer composed of at least one element of M and Ln are alternately stacked with respect to 1 copper atom
-1 (n is an integer of 1 or more, but in the case of n = 1, it becomes an atomic layer in which there are two oxygen atoms to one copper atom), and at least one of M and Ln Provided is an oxide superconductor characterized by having a crystal structure in which elements and oxygen atoms are alternately stacked via an atomic layer.
【0010】上記酸化物超電導体は、(Hg1-x Tl
x )2 M3-y Lny Cun O2+2(n+1)+ (ただし、n
=2、0.15≦x≦0.75、0≦y≦1.0、−
1.0≦δ≦0.8)または(Hg1-x Tlx )2 M
n+1 Cun O2+2(n+1)+ (ただし、n=3あるいは
4、0.3≦x≦0.6、−0.7≦δ≦0.4)で表
されることが好ましい。また、上記酸化物においては、
タリウムの少なくとも一部がビスマスまたは鉛に置換さ
れてもよい。The above oxide superconductor has (Hg 1-x Tl
x) 2 M 3-y Ln y Cu n O 2 + 2 (n + 1) + ( where, n
= 2, 0.15 ≦ x ≦ 0.75, 0 ≦ y ≦ 1.0, −
1.0 ≦ δ ≦ 0.8) or (Hg 1-x Tl x ) 2 M
n + 1 Cu n O 2 + 2 (n + 1) + (where n = 3 or 4, 0.3 ≦ x ≦ 0.6, −0.7 ≦ δ ≦ 0.4) Is preferred. Further, in the above oxide,
At least part of the thallium may be replaced with bismuth or lead.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して具体的に説明する。本発明の酸化物超
電導体において、岩塩構造を基本とした部分(岩塩構造
部分)は、図1に示すように、(Hg,Tl)−Oで表
される原子層が2つ積み重なった部分である。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In the oxide superconductor of the present invention, a portion based on a rock salt structure (rock salt structure portion) is a portion where two atomic layers represented by (Hg, Tl) -O are stacked as shown in FIG. is there.
【0012】本発明の酸化物超電導体において、無限層
構造部分は、図1に示すように、銅原子1に対して酸素
原子2である原子層と、MおよびLnのうち少なくとも
1つの元素で構成された原子層とが積み重なった2n−
1個の構造、すなわち…CuO2 −(M,Ln)−Cu
O2 …で表される(2n−1)原子層構造である。な
お、アルカリ土類金属MについてはBa,Sr,Caの
うち少なくとも一つの元素を選択することとしている。
この組成式において、nは1以上の整数となるように設
定する。ただし、n=1の場合は、銅原子1に対して酸
素原子2である原子層となる。特に、無限層構造を有す
る酸化物超電導体の場合では、高いTcを示すようにn
は2〜5の整数であることが好ましい。In the oxide superconductor of the present invention, the infinite layer structure portion is, as shown in FIG. 1, composed of an atomic layer having 1 oxygen atom and 2 oxygen atoms and at least one element of M and Ln. 2n- stacked with composed atomic layers
One structure, ie ... CuO 2- (M, Ln) -Cu
It is a (2n-1) atomic layer structure represented by O 2 . For the alkaline earth metal M, at least one element of Ba, Sr, and Ca is selected.
In this composition formula, n is set to be an integer of 1 or more. However, when n = 1, the atomic layer is composed of 1 copper atom and 2 oxygen atoms. In particular, in the case of an oxide superconductor having an infinite layer structure, as shown by high Tc, n
Is preferably an integer of 2 to 5.
【0013】すなわち、本発明の酸化物超電導体は、こ
れらの岩塩構造部分と無限層構造部分とがMとLnのう
ち少なくとも1つの元素および酸素原子からなる(M,
Ln)−O層を介して交互に積層された結晶構造を有す
る。That is, in the oxide superconductor of the present invention, the rock salt structure portion and the infinite layer structure portion are composed of at least one element of M and Ln and an oxygen atom (M,
It has a crystal structure in which Ln) -O layers are alternately stacked.
【0014】特に、(Hg1-x Tlx )2 M3-y Lny
Cun O2+2(n+1)+ (ただし、n=2、0.15≦x
≦0.75、0.0≦y≦1.0、−1.0≦δ≦0.
8)で表される酸化物超電導体は、幅広い範囲でドープ
状態を実現することができる。また、(Hg1-x Tl
x )2 Mn+1 Cun O2+2(n+1)+ (ただし、n=3あ
るいは4、0.3≦x≦0.6、−0.7≦δ≦0.
4)で表される酸化物超電導体は、資源的に偏在し精製
コストが高価な希土類元素を含まず、45〜113Kの
範囲でTcを制御することができる。In particular, (Hg 1-x Tl x ) 2 M 3-y Ln y
Cu n O 2 + 2 (n + 1) + (where n = 2, 0.15 ≦ x
≦ 0.75, 0.0 ≦ y ≦ 1.0, −1.0 ≦ δ ≦ 0.
The oxide superconductor represented by 8) can realize a doped state in a wide range. In addition, (Hg 1-x Tl
x ) 2 M n + 1 Cu n O 2 + 2 (n + 1) + (where n = 3 or 4, 0.3 ≦ x ≦ 0.6, −0.7 ≦ δ ≦ 0.
The oxide superconductor represented by 4) does not contain a rare earth element whose resource is unevenly distributed and whose refining cost is expensive, and Tc can be controlled in the range of 45 to 113K.
【0015】また、タリウムの少なくとも一部をビスマ
スや鉛に置換したものでも同様の効果を発揮する。この
置換によって酸化物超電導体中における人体に有害なタ
リウム量を軽減することができる。The same effect can be obtained by replacing at least part of thallium with bismuth or lead. By this substitution, the amount of thallium harmful to the human body in the oxide superconductor can be reduced.
【0016】次に、本発明の酸化物超電導体の効果を明
確にするために行った実施例について説明する。 (実施例1)純度99.9%以上のBaO2 、CaO、
Y2 O3 、CuOの各原料粉末をBa2 Y1-y Cay C
u2 Oz (zは任意)の組成となるようなモル比で混合
して、前記組成式におけるyを0,0.3,0.6,お
よび1.0とする4種類の混合粉末を調製した。この混
合粉末を900℃で24時間、酸素気流中で熱処理し、
3℃/minの冷却速度で徐冷した。このようにして得
られた粉末を前駆体とした。これにHgOとTl2 O3
を(Hg1-x Tlx )2 Ba2 Y1-y Cay Cu2 Oz
の組成となるようなモル比で混合して、前記組成式にお
けるxを0,0.15,0.3,0.5,0.75,お
よび1.0とするそれぞれ5種類の混合粉末を調製し
た。このようにして20種類の混合粉末を作製した。Next, examples carried out to clarify the effect of the oxide superconductor of the present invention will be described. (Example 1) BaO 2 , CaO having a purity of 99.9% or more,
Y 2 O 3, each raw material powder of CuO Ba 2 Y 1-y Ca y C
u 2 O z (z is arbitrary) is mixed in a molar ratio so that y in the composition formula is 0, 0.3, 0.6, and 1.0, and four kinds of mixed powders are mixed. Prepared. This mixed powder is heat-treated at 900 ° C. for 24 hours in an oxygen stream,
It was gradually cooled at a cooling rate of 3 ° C / min. The powder thus obtained was used as a precursor. HgO and Tl 2 O 3
(Hg 1-x Tl x ) 2 Ba 2 Y 1-y Ca y Cu 2 O z
And a mixed powder having a molar ratio such that x in the composition formula is 0, 0.15, 0.3, 0.5, 0.75, and 1.0. Prepared. In this way, 20 kinds of mixed powders were produced.
【0017】次いで、それぞれの混合粉末を金カプセル
中に入れて金カプセルを封印した。この金カプセルを六
方キュービックアンビル型超高圧発生装置内に設置し、
金カプセルに圧力5GPa、温度1000℃で1時間の
熱処理を施した。なお、熱処理は、金カプセルの外側に
薄いNaCl層を設け、これをヒータであるグラファイ
トスリーブの中に入れ、圧力を印加しながら、グラファ
イトに電流を流すことにより行った。Next, each mixed powder was put into a gold capsule to seal the gold capsule. This gold capsule is installed in the hexagonal cubic anvil type ultra high pressure generator,
The gold capsule was heat-treated at a pressure of 5 GPa and a temperature of 1000 ° C. for 1 hour. The heat treatment was performed by providing a thin NaCl layer on the outer side of the gold capsule, placing the thin NaCl layer in a graphite sleeve as a heater, and applying a current to the graphite while applying pressure.
【0018】その後、熱処理を施した後に金カプセルを
装置から取り出し、さらに金カプセルから酸化物超電導
体を取り出した。得られた酸化物超電導体(試料)中の
結晶相を粉末X線回折により調べた。また、超電導特性
の評価として磁化率(10Oe磁場中冷却)および電気
抵抗率の温度依存性を測定した。Then, after heat treatment, the gold capsule was taken out from the apparatus, and further the oxide superconductor was taken out from the gold capsule. The crystal phase in the obtained oxide superconductor (sample) was examined by powder X-ray diffraction. Further, the temperature dependence of magnetic susceptibility (cooling in a 10 Oe magnetic field) and electric resistivity was measured as an evaluation of superconducting properties.
【0019】下記第1表に、2212相の生成状況およ
び磁化率から求めたTcを記す。ここで2212相と
は、Tl2 Ba2 CaCu2 Oz と同様なカチオン配列
を有する結晶相をいう。また、第1表において、粉末X
線回折から求めた試料中の2212相の割合が≧90%
のものを記号「○」、90−70%のものを記号
「□」、70−50%のものを記号「△」、≦50%の
ものを記号「×」とした。また、前記記号の右に記した
数値はTc(K)を表す。「−」は温度5K以上で超電
導特性を示さないことを示す。括弧内の数値は、さらに
アルゴン気流中290℃でアニール処理した後のTc
(K)を表わす。Table 1 below shows Tc calculated from the generation state of 2212 phases and magnetic susceptibility. Here, the 2212 phase means a crystal phase having a cation arrangement similar to that of Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O z . In Table 1, powder X
The proportion of the 2212 phase in the sample determined by line diffraction is ≧ 90%
Those having 90% to 70% were marked with “□”, those having 70 to 50% were marked with “Δ”, and those having ≦ 50% were marked with “X”. The numerical value shown on the right side of the above symbol represents Tc (K). “−” Indicates that it does not exhibit superconducting properties at a temperature of 5K or higher. The values in parentheses are Tc after annealing at 290 ° C in an argon stream.
Represents (K).
【0020】[0020]
【表1】 [Table 1]
【0021】第1表から分かるように、0.15≦x≦
0.75、0≦y≦1.0の条件において、超電導特性
が発揮された。また、HgのサイトにTlを導入するこ
とにより、YのサイトへのCa固溶域が広がり、221
2相がかなり広い組成領域で安定化されていることが分
かった。As can be seen from Table 1, 0.15≤x≤
Superconducting properties were exhibited under the conditions of 0.75 and 0 ≦ y ≦ 1.0. In addition, by introducing Tl into the Hg site, the Ca solid solution region in the Y site is expanded to 221
It was found that the two phases were stabilized over a fairly wide composition range.
【0022】図2は(Hg1-x Tlx )2 Ba2 Y1-y
Cay Cu2 Oz においてx=0.3,y=0.3であ
る試料の粉末X線回折パターンを示す。これは、221
2相の単一相試料である。また、この試料の磁化率(1
0Oe磁場中冷却)を図3に示す。図3に示すように、
充分な強度でマイスナー信号が観測されており、221
2相がバルク超電導を示すことが分かる。FIG. 2 shows (Hg 1-x Tl x ) 2 Ba 2 Y 1-y
3 shows a powder X-ray diffraction pattern of a sample of Ca y Cu 2 O z where x = 0.3 and y = 0.3. This is 221
Two-phase single-phase sample. In addition, the magnetic susceptibility (1
(Oe magnetic field cooling) is shown in FIG. As shown in FIG.
The Meissner signal was observed with sufficient intensity.
It can be seen that the two phases exhibit bulk superconductivity.
【0023】また、上記組成においてx=0.3,y=
0〜1.0である試料について、さらに2212相から
少量の酸素を抜くために、アルゴン気流中290℃のア
ニール処理を行った。y=0である試料は、アニール処
理後も超電導特性を示さなかった。y=0.3および
0.6である試料はTc(K)が低下した。y=1.0
の試料は超電導特性を示すようになった。この結果は、
y≦0.6である試料の2212相はアンダードープ状
態にあり、y=1.0である試料の2212相はオーバ
ードープ状態にあることを示している。このように、
(Hg,Tl)2 Ba2 (Y,Ca)Cu2 Oz 系でキ
ャリア濃度を制御することにより、アンダードープ側の
非電導体(常電導状態)から超電導体(超電導状態)を
経てオーバードープ側の非超電導まで作り分けられるこ
とが明らかとなった。In the above composition, x = 0.3, y =
The samples of 0 to 1.0 were further annealed at 290 ° C. in an argon stream in order to remove a small amount of oxygen from the 2212 phase. The sample with y = 0 did not exhibit superconducting properties even after annealing. The samples with y = 0.3 and 0.6 had lower Tc (K). y = 1.0
The sample of No. 1 showed superconducting properties. The result is
It is shown that the 2212 phase of the sample with y ≦ 0.6 is in the underdoped state, and the 2212 phase of the sample with y = 1.0 is in the overdoped state. in this way,
By controlling the carrier concentration in the (Hg, Tl) 2 Ba 2 (Y, Ca) Cu 2 O z system, the non-conductor on the underdoped side (normal conducting state) passes through the superconductor (superconducting state) and overdoping. It was revealed that even the non-superconductivity on the side could be made differently.
【0024】上記組成におけるx=0.15,y=0〜
1.0およびx=0.75,y=0〜1.0である8つ
の試料について、走査型電子顕微鏡に取り付けられたエ
ネルギー分散型X線マイクロアナライザーを用いて組成
分析を行った。試料の表面を研磨し、その研磨面を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、粒径約2〜7μmの結
晶粒が確認された。それぞれの試料における10個の結
晶粒について分析した。いずれの試料についても、±1
5%以内の精度で目的組成の2212相が生成している
ことが確認できた。In the above composition, x = 0.15, y = 0-
Composition analysis was performed on eight samples with 1.0 and x = 0.75, y = 0-1.0 using an energy dispersive X-ray microanalyzer attached to a scanning electron microscope. When the surface of the sample was polished and the polished surface was observed with a scanning electron microscope, crystal grains having a grain size of about 2 to 7 μm were confirmed. 10 grains in each sample were analyzed. ± 1 for all samples
It was confirmed that the 2212 phase of the target composition was produced with an accuracy of 5% or less.
【0025】上記組成におけるx=0.15,y=1.
0およびx=0.75,y=0である試料は、0.15
≦x≦0.75の範囲の試料中、それぞれ最も少ない酸
素数と最も多い酸素数を有していると考えられる。そこ
で、これらの酸素数をヨウ素滴定法により測定したとこ
ろ、それぞれ7.00,8.80であった。したがっ
て、0.15≦x≦0.75の範囲にある2212相の
酸素数は7.00〜8.80の範囲内にあると考えられ
る。なお、(Hg,Tl)2 Ba2 (Y,Ca)Cu2
O2+2(n+1)+ という表記にするとn=2,−1.0≦
δ≦0.8となるようにδが正の値をもつ場合は、過剰
の酸素が格子間に存在している。この過剰の酸素は、岩
塩構造部分の2つの原子層間に存在しているものと考え
られる。In the above composition, x = 0.15, y = 1.
The sample with 0 and x = 0.75, y = 0 is 0.15
It is considered that the samples having the range of ≦ x ≦ 0.75 have the smallest oxygen number and the largest oxygen number, respectively. Then, when the oxygen numbers were measured by the iodometric titration method, they were 7.00 and 8.80, respectively. Therefore, it is considered that the oxygen number of the 2212 phase in the range of 0.15 ≦ x ≦ 0.75 is in the range of 7.00 to 8.80. Note that (Hg, Tl) 2 Ba 2 (Y, Ca) Cu 2
When expressed as O 2 + 2 (n + 1) + , n = 2, −1.0 ≦
If δ has a positive value such that δ ≦ 0.8, excess oxygen exists between the lattices. It is considered that this excess oxygen exists between the two atomic layers of the rock salt structure portion.
【0026】(Hg,Tl)2 Ba2 (Y,Ca)Cu
2 Oz 系の酸化物超電導体において、BaをSrやCa
に、CaをSrに、またYをLn(Lnは、La,N
d,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Y
b,Lu)に部分的あるいは全置換することができるこ
とは、既知の銅酸化物超電導体の例から容易に類推する
ことができる。実際に、上記組成において、x=0.
3,y=0.3の場合に、50%BaをSrあるいはC
aに置換しても、50%のCaをSrに置換しても、T
c=60K程度の超電導特性が確認された。また、Yを
上記のLnで全置換したところTc=58〜89Kの超
電導特性が確認された。 (実施例2)純度99.9%以上のBaO2 、CaO、
CuOの各原料粉末をBa2 Ca2Cu3 Oz (zは任
意)の組成となるようなモル比で混合して混合粉末を調
製した。この混合粉末を900℃で24時間、酸素気流
中で熱処理し、3℃/minの冷却速度で徐冷した。こ
のようにして得られた粉末を前駆体とした。これにHg
OとTl2 O3 を(Hg1-x Tlx )2 Ba2 Ca2 C
u3 Oz の組成となるようなモル比で混合して、前記組
成式におけるxを0,0.1,0.2,0.3,0.
4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,および
1.0とするそれぞれ11種類の混合粉末を調製した。(Hg, Tl) 2 Ba 2 (Y, Ca) Cu
In 2 O z- based oxide superconductors, Ba is used as Sr or Ca.
, Ca to Sr, Y to Ln (Ln is La, N
d, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Y
It can be easily inferred from the examples of known copper oxide superconductors that the b or Lu) can be partially or totally substituted. In fact, in the above composition, x = 0.
When 3, y = 0.3, 50% Ba is added to Sr or C
Even if it is replaced with a or 50% of Ca is replaced with Sr, T
A superconducting property of about c = 60K was confirmed. Further, when Y was completely replaced by Ln, the superconducting property of Tc = 58 to 89K was confirmed. (Example 2) BaO 2 , CaO having a purity of 99.9% or more,
Raw material powders of CuO were mixed in a molar ratio such that a composition of Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z (z is arbitrary) was mixed to prepare a mixed powder. This mixed powder was heat-treated at 900 ° C. for 24 hours in an oxygen stream and gradually cooled at a cooling rate of 3 ° C./min. The powder thus obtained was used as a precursor. Hg to this
O and Tl 2 O 3 (Hg 1-x Tl x ) 2 Ba 2 Ca 2 C
u 3 O z is mixed in such a molar ratio that x is 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.
Eleven kinds of mixed powders of 4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0 were prepared.
【0027】次いで、それぞれの混合粉末を金カプセル
中に入れて金カプセルを封印した。この金カプセルを六
方キュービックアンビル型超高圧発生装置内に設置し、
金カプセルに圧力5GPa、温度1000℃で1時間の
熱処理を施した。なお、熱処理は、金カプセルの外側に
薄いNaCl層を設け、これをヒータであるグラファイ
トスリーブの中に入れ、圧力を印加しながら、グラファ
イトに電流を流すことにより行った。Then, each mixed powder was put into a gold capsule to seal the gold capsule. This gold capsule is installed in the hexagonal cubic anvil type ultra high pressure generator,
The gold capsule was heat-treated at a pressure of 5 GPa and a temperature of 1000 ° C. for 1 hour. The heat treatment was performed by providing a thin NaCl layer on the outer side of the gold capsule, placing the thin NaCl layer in a graphite sleeve as a heater, and applying a current to the graphite while applying pressure.
【0028】その後、熱処理を施した後に金カプセルを
装置から取り出し、さらに金カプセルから酸化物超電導
体を取り出した。得られた酸化物超電導体(試料)中の
結晶相を粉末X線回折により調べた。また、超電導特性
の評価として磁化率および電気抵抗率の温度依存性を測
定した。Then, after heat treatment, the gold capsule was taken out of the apparatus, and the oxide superconductor was taken out from the gold capsule. The crystal phase in the obtained oxide superconductor (sample) was examined by powder X-ray diffraction. In addition, the temperature dependence of magnetic susceptibility and electrical resistivity was measured as an evaluation of superconductivity.
【0029】この結果、(Hg1-x Tlx )2 Ba2 C
a2 Cu3 Oz において、x=0.3〜0.6である試
料は2223相が主相である試料であった。ここで22
23相とは、Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 Oz と同様なカ
チオン配列を有する結晶相をいう。図4は前記組成にお
いてx=0.3である試料の粉末X線回折パターンを示
す。図4から分かるように、この試料は、若干の不純物
を含んでいるものの2223相が主相である試料であっ
た。As a result, (Hg 1-x Tl x ) 2 Ba 2 C
In a 2 Cu 3 O z , the sample in which x = 0.3 to 0.6 was a sample in which the 2223 phase was the main phase. 22 here
The 23 phase refers to a crystal phase having a cation arrangement similar to Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z . FIG. 4 shows a powder X-ray diffraction pattern of a sample in which x = 0.3 in the above composition. As can be seen from FIG. 4, this sample was a sample in which the 2223 phase was the main phase although it contained some impurities.
【0030】図5は上記組成を有する試料について、a
軸およびc軸の格子定数をTl含有量xに対してプロッ
トしたものを示す。a軸についてはTlの含有量xによ
りあまり変動しないが、c軸についてはTlの含有量x
が増加するにしたがい、小さくなる。これは、含有量x
に応じてTlがHgを置換されていることを意味する。FIG. 5 shows a for a sample having the above composition.
The lattice constants of the axis and the c-axis are plotted against the Tl content x. The a-axis does not change much depending on the Tl content x, but the c-axis shows the Tl content x.
Becomes smaller as it increases. This is the content x
Means that Tl is replaced by Hg.
【0031】また、図6はx=0.3〜0.6である試
料の磁化率(20Oe磁場中冷却)を示す。図6に示す
ように、充分な強度でマイスナー信号が観測されてお
り、2223相がバルク超電導を示すことが確かめられ
た。なお、Tcはxの増加に伴い、45K(x=0.
3)から81K(x=0.6)に上昇した。また、ヨウ
素滴定法により酸素数を調べたところ、x=0.3のも
のは9.3であり、x=0.4のものは9.8であり、
x=0.5のものは10.0であり、x=0.6のもの
は10.2であった。FIG. 6 shows the magnetic susceptibility (cooling in a 20 Oe magnetic field) of a sample in which x = 0.3 to 0.6. As shown in FIG. 6, the Meissner signal was observed with sufficient intensity, and it was confirmed that the 2223 phase exhibits bulk superconductivity. Note that Tc is 45K (x = 0.
It increased from 3) to 81K (x = 0.6). Moreover, when the number of oxygen was examined by the iodometric titration method, it was 9.3 for x = 0.3 and 9.8 for x = 0.4.
The value of x = 0.5 was 10.0, and the value of x = 0.6 was 10.2.
【0032】また、(Hg,Tl)2 Ba2 Ca2 Cu
3 O2+2(n+1)+ という表記にするとn=3,−0.7
≦δ≦0.2となるようにδが正の値をもつ場合は、過
剰の酸素が格子間に存在している。この過剰の酸素は、
岩塩構造部分の2つの原子層間に存在しているものと考
えられる。このように、資源的に偏在しており精製コス
トが高価な希土類原料を用いなくても、(Hg,Tl)
2 Ba2 CaCu2 Oz にCaCuO2 を加える操作に
より、超電導特性を制御することができることが明らか
となった。In addition, (Hg, Tl) 2 Ba 2 Ca 2 Cu
When expressed as 3 O 2 + 2 (n + 1) + , n = 3, −0.7
If δ has a positive value such that ≦ δ ≦ 0.2, excess oxygen exists between the lattices. This excess oxygen
It is considered to exist between two atomic layers in the rock salt structure. In this way, (Hg, Tl) can be obtained without using rare earth materials that are unevenly distributed in resources and are expensive to purify.
It has been clarified that the superconducting property can be controlled by the operation of adding CaCuO 2 to 2 Ba 2 CaCu 2 O z .
【0033】(Hg,Tl)2 Ba2 Ca2 Cu3 O2
系の酸化物超電導体において、BaをSrやCaに、ま
たCaをSrに部分的あるいは全置換することができる
ことは、既知の銅酸化物超電導体の例から容易に類推す
ることができる。実際に、上記組成において、x=0.
3である場合に、50%のBaをSrあるいはCaに置
換しても、50%のCaをSrに置換しても、Tc=4
1〜87Kの超電導特性が確認された。 (実施例3)純度99.9%以上のBaO2 、CaO、
CuOの各原料粉末をBa2 Ca3Cu4 Oz (zは任
意)の組成となるようなモル比で混合して混合粉末を調
製した。この混合粉末を900℃で24時間、酸素気流
中で熱処理し、3℃/minの冷却速度で徐冷した。こ
のようにして得られた粉末を前駆体とした。これにHg
OとTl2 O3 を(Hg1-x Tlx )2 Ba2 Ca3 C
u4 Oz の組成となるようなモル比で混合して、前記組
成式におけるxを0,0.1,0.2,0.3,0.
4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,および
1.0とするそれぞれ11種類の混合粉末を調製した。(Hg, Tl) 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 2
It can be easily inferred from the known examples of copper oxide superconductors that Ba can be partially or totally replaced by Sr or Ca and Ca can be partially replaced by Sr in the oxide superconductors of the system. In fact, in the above composition, x = 0.
In the case of 3, even if 50% of Ba is replaced with Sr or Ca, or if 50% of Ca is replaced with Sr, Tc = 4.
A superconducting property of 1 to 87K was confirmed. (Example 3) BaO 2 , CaO having a purity of 99.9% or more,
Raw material powders of CuO were mixed at a molar ratio such that a composition of Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z (z is arbitrary) was mixed to prepare a mixed powder. This mixed powder was heat-treated at 900 ° C. for 24 hours in an oxygen stream and gradually cooled at a cooling rate of 3 ° C./min. The powder thus obtained was used as a precursor. Hg to this
O and Tl 2 O 3 are (Hg 1-x Tl x ) 2 Ba 2 Ca 3 C
u 4 O z is mixed in such a molar ratio that x is 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.
Eleven kinds of mixed powders of 4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0 were prepared.
【0034】次いで、それぞれの混合粉末を金カプセル
中に入れて金カプセルを封印した。この金カプセルを六
方キュービックアンビル型超高圧発生装置内に設置し、
金カプセルに圧力5GPa、温度1000℃で4時間の
熱処理を施した。なお、熱処理は、金カプセルの外側に
薄いNaCl層を設け、これをヒータであるグラファイ
トスリーブの中に入れ、圧力を印加しながら、グラファ
イトに電流を流すことにより行った。Next, each mixed powder was put into a gold capsule to seal the gold capsule. This gold capsule is installed in the hexagonal cubic anvil type ultra high pressure generator,
The gold capsule was heat-treated at a pressure of 5 GPa and a temperature of 1000 ° C. for 4 hours. The heat treatment was performed by providing a thin NaCl layer on the outer side of the gold capsule, placing the thin NaCl layer in a graphite sleeve as a heater, and applying a current to the graphite while applying pressure.
【0035】その後、熱処理を施した後に金カプセルを
装置から取り出し、さらに金カプセルから酸化物超電導
体を取り出した。得られた酸化物超電導体(試料)中の
結晶相を粉末X線回折により調べた。また、超電導特性
の評価として磁化率および電気抵抗率の温度依存性を測
定した。Then, after heat treatment, the gold capsule was taken out of the apparatus, and the oxide superconductor was taken out from the gold capsule. The crystal phase in the obtained oxide superconductor (sample) was examined by powder X-ray diffraction. In addition, the temperature dependence of magnetic susceptibility and electrical resistivity was measured as an evaluation of superconductivity.
【0036】この結果、(Hg1-x Tlx )2 Ba2 C
a3 Cu4 Oz において、x=0.3〜0.6である試
料は2234相が主相である試料であった。ここで22
34相とは、Tl2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz と同様なカ
チオン配列を有する結晶相をいう。図7は前記組成にお
いてx=0.4である試料の粉末X線回折パターンを示
す。図7から分かるように、若干の不純物を含んでいる
ものの2234相が主相である試料であった。図8
(A)には2234相の電子線回折を示し、図8(B)
には上記試料の高分解能透過型電子顕微鏡写真を示す。
これらから、図1に示すn=4の場合の原子配列が実現
していることが確認できる。As a result, (Hg 1-x Tl x ) 2 Ba 2 C
In a 3 Cu 4 O z , the sample in which x = 0.3 to 0.6 was a sample in which the 2234 phase was the main phase. 22 here
The 34 phase means a crystal phase having a cation arrangement similar to that of Tl 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z . FIG. 7 shows a powder X-ray diffraction pattern of a sample in which x = 0.4 in the above composition. As can be seen from FIG. 7, the 2234 phase was the main phase although it contained some impurities. FIG.
FIG. 8B shows electron diffraction of 2234 phase in FIG.
Shows a high resolution transmission electron micrograph of the above sample.
From these, it can be confirmed that the atomic arrangement in the case of n = 4 shown in FIG. 1 is realized.
【0037】図9はx=0.3〜0.6である試料の磁
化率(20Oe磁場中冷却)を示す。図9から分かるよ
うに、充分な強度でマイスナー信号が観測されており、
2234相がバルク超電導を示すことが確かめられた。
なお、Tcはxの値に拘らずすべて113Kを示した。
図10はx=0.4である場合の試料の電気抵抗率の温
度依存性を示す図である。図10から分かるように、1
13K以下でゼロ抵抗を示した。また、ヨウ素滴定法に
より酸素数を調べたところ、x=0.3のものは11.
4であり、x=0.4のものは11.9であり、x=
0.5のものは12.1であり、x=0.6のものは1
2.3であった。FIG. 9 shows the magnetic susceptibility (cooling in a 20 Oe magnetic field) of a sample with x = 0.3 to 0.6. As can be seen from FIG. 9, the Meissner signal is observed with sufficient intensity,
It was confirmed that the 2234 phase exhibits bulk superconductivity.
In addition, Tc showed 113K regardless of the value of x.
FIG. 10 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical resistivity of the sample when x = 0.4. As can be seen from FIG.
Zero resistance was shown below 13K. Moreover, when the number of oxygen was examined by the iodometric titration method, it was found that the value of x = 0.3 was 11.
4 and x = 0.4 is 11.9, and x =
0.5 is 12.1 and x = 0.6 is 1
2.3.
【0038】図11は上記組成を有する試料について、
a軸およびc軸の格子定数をTl含有量xに対してプロ
ットしたものを示す。a軸についてはTlの含有量xに
よりあまり変動しないが、c軸についてはTlの含有量
xが増加するにしたがい、小さくなる。これは、含有量
xに応じてTlがHgを置換されていることを意味す
る。FIG. 11 shows a sample having the above composition.
The lattice constants of the a-axis and the c-axis are plotted against the Tl content x. The a-axis does not change much depending on the Tl content x, but the c-axis decreases as the Tl content x increases. This means that Tg is replaced with Hg according to the content x.
【0039】また、(Hg,Tl)2 Ba2 Ca3 Cu
4 O2+2(n+1)+ という表記にするとn=4,−0.6
≦δ≦0.3となるようにδが正の値をもつ場合は、過
剰の酸素が格子間に存在している。この過剰の酸素は、
岩塩構造部分の2つの原子層間に存在しているものと考
えられる。このように、実施例2のように、(Hg,T
l)2 Ba2 Ca2 Cu3 Oz にさらにCaCuO2 を
加える操作によっても超電導特性を制御することがで
き、113KにまでTcを上げることができた。Further, (Hg, Tl) 2 Ba 2 Ca 3 Cu
4 O 2 + 2 (n + 1) + , n = 4, -0.6
When δ has a positive value such that ≦ δ ≦ 0.3, excess oxygen exists in the interstitial space. This excess oxygen
It is considered to exist between two atomic layers in the rock salt structure. Thus, as in Example 2, (Hg, T
l) The superconducting property could be controlled by the operation of further adding CaCuO 2 to 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z , and Tc could be increased to 113K.
【0040】(Hg,Tl)2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz
系の酸化物超電導体において、BaをSrやCaに、ま
たCaをSrに部分的あるいは全置換することができる
ことは、既知の銅酸化物超電導体の例から容易に類推す
ることができる。実際に、上記組成において、x=0.
4である場合に、50%のBaをSrあるいはCaに置
換しても、50%のCaをSrに置換しても、Tc=1
10〜113Kの超電導特性が確認された。 (実施例4)銅酸化物超電導体には、Bi2 Sr2 Ca
(n-1) Cun Oz や、HgBa2 Ca(n-1) Cun Oz
等のようにn=1,2,3…といった一連の超電導体群
を形成するものがある。上述の実施例1〜3から、(H
g,Tl)2 Ba2 Ca(n-1) Cun Oz (n=1,
2,3…)なる一連の超電導体が存在するであろうこと
は容易に類推することができる。(Hg, Tl) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z
It can be easily inferred from the known examples of copper oxide superconductors that Ba can be partially or totally replaced by Sr or Ca and Ca can be partially replaced by Sr in the oxide superconductors of the system. In fact, in the above composition, x = 0.
In the case of 4, even if 50% of Ba is replaced with Sr or Ca or 50% of Ca is replaced with Sr, Tc = 1.
Superconducting characteristics of 10 to 113K were confirmed. (Example 4) For the copper oxide superconductor, Bi 2 Sr 2 Ca was used.
(n-1) Cu n O z and HgBa 2 Ca (n-1) Cu n O z
, Etc., a series of superconductor groups such as n = 1, 2, 3, ... Is formed. From the above Examples 1 to 3, (H
g, Tl) 2 Ba 2 Ca (n-1) Cu n O z (n = 1,
It can be easily inferred that there will be a series of superconductors such as 2, 3 ...
【0041】実施例1〜3と同様の方法で(Hg0.5 T
l0.5 )2 (Ba0.5 La0.5 )2CuOz の試料を作
製した。これらの試料について、その結晶相を粉末X線
回折により調べたところ、これらの試料は2201相が
主相であることが分かった。また、超電導特性の評価と
して磁化率および電気抵抗率の温度依存性を測定したと
ころ、これらの試料はTc=50Kを示す酸化物超電導
体であることが確認された。In the same manner as in Examples 1 to 3, (Hg 0.5 T
A sample of 1 0.5 ) 2 (Ba 0.5 La 0.5 ) 2 CuO z was prepared. When the crystal phase of these samples was examined by powder X-ray diffraction, it was found that the 2201 phase was the main phase in these samples. Further, when the temperature dependence of the magnetic susceptibility and the electrical resistivity was measured as an evaluation of the superconducting property, it was confirmed that these samples were oxide superconductors showing Tc = 50K.
【0042】また、(Hg0.6 Tl0.4 )2 Ba2 Ca
6 Cu7 Oz の試料を作製して、その結晶相を粉末X線
回折により調べたところ、2234相および2245相
の両方の相が存在する試料であった。この試料につい
て、磁化率および電気抵抗率の温度依存性を測定したと
ころ、113Kおよび90Kの2段の超電導転移を示し
た。これは、前者の転移が2234相に起因する転移で
あり、後者の転移が2245相に起因する転移であると
考えられる。 (実施例5)実施例1と同様の方法で、前駆体に加える
Tl2 O3 の半分もしくは全部をBi2 O3 あるいはP
bOに置き換えて酸化物超電導体を調製した。これらの
酸化物超電導体について、実施例1と同様に2212相
の生成状況および磁化率からTcを求めた。その結果を
下記第2表〜第5表に示す。ここで2212相とは、T
l2 Ba2 CaCu2 Oz と同様なカチオン配列を有す
る結晶相をいう。また、第2表〜第5表において、粉末
X線回折から求めた試料中の2212相の割合が≧90
%のものを記号「○」、90−70%のものを記号
「□」、70−50%のものを記号「△」、≦50%の
ものを記号「×」とした。また、前記記号の右に記した
数値はTc(K)を表す。「−」は温度5K以上で超電
導特性を示さないことを示す。括弧内の数値は、さらに
アルゴン気流中290℃でアニール処理した後のTc
(K)を表わす。In addition, (Hg 0.6 Tl 0.4 ) 2 Ba 2 Ca
When a 6 Cu 7 O z sample was prepared and its crystal phase was examined by powder X-ray diffraction, it was a sample in which both 2234 and 2245 phases were present. The temperature dependence of magnetic susceptibility and electric resistivity of this sample was measured, and it showed two-step superconducting transitions of 113K and 90K. It is considered that the former transition is the transition due to the 2234 phase and the latter transition is due to the 2245 phase. (Example 5) In the same manner as in Example 1, half or all of Tl 2 O 3 added to the precursor was replaced with Bi 2 O 3 or P.
An oxide superconductor was prepared by substituting bO. For these oxide superconductors, Tc was determined from the generation state of 2212 phase and magnetic susceptibility as in Example 1. The results are shown in Tables 2 to 5 below. Here, 2212 phase means T
A crystalline phase having a cation arrangement similar to that of l 2 Ba 2 CaCu 2 O z . Further, in Tables 2 to 5, the ratio of the 2212 phase in the sample determined by powder X-ray diffraction is ≧ 90.
%% is the symbol “◯”, 90-70% is the symbol “□”, 70-50% is the symbol “Δ”, and ≦ 50% is the symbol “X”. The numerical value shown on the right side of the above symbol represents Tc (K). “−” Indicates that it does not exhibit superconducting properties at a temperature of 5K or higher. The values in parentheses are Tc after annealing at 290 ° C in an argon stream.
Represents (K).
【0043】[0043]
【表2】 [Table 2]
【0044】[0044]
【表3】 [Table 3]
【0045】[0045]
【表4】 [Table 4]
【0046】[0046]
【表5】 [Table 5]
【0047】第2表〜第5表から明らかなように、22
12相についてはTlをBiやPbに置き換えても同様
な効果があることが分かった。このように、(Hg,
(BiまたはPb))2 Ba2 (Y,Ca)Cu2 Oz
系でキャリア濃度を制御することにより、アンダードー
プ側の非電導体(常電導状態)から超電導体(超電導状
態)を経てオーバードープ側の非超電導まで作り分けら
れることが明らかとなった。 (実施例6)実施例3と同様の方法で、前駆体に加える
Tl2 O3 の半分もしくは全部をBi2 O3 あるいはP
bOに置き換えて2223相および2234相を有する
酸化物超電導体を調製した。また、(Hg0.6 A0.4 )
2 Ba2 Ca(n-1) Cun Oz (ただし、A=(Tl
0.5 Bi0.5 ),Bi,(Tl0.5 Pb0.5 ),または
Pb、n=3あるいは4、zは任意)の組成を有する酸
化物超電導体を調製した。As is clear from Tables 2 to 5, 22
It was found that the same effect can be obtained by replacing Tl with Bi or Pb for the 12th phase. Thus, (Hg,
(Bi or Pb)) 2 Ba 2 (Y, Ca) Cu 2 O z
By controlling the carrier concentration in the system, it was clarified that the non-conductor on the under-doped side (normal conducting state) to the non-conductor on the over-doped side through the superconductor (superconducting state) can be made separately. (Example 6) In the same manner as in Example 3 , half or all of Tl 2 O 3 added to the precursor was replaced with Bi 2 O 3 or P.
An oxide superconductor having 2223 phase and 2234 phase was prepared by substituting bO. In addition, (Hg 0.6 A 0.4 )
2 Ba 2 Ca (n-1) Cu n O z (where A = (Tl
An oxide superconductor having a composition of 0.5 Bi 0.5 ), Bi, (Tl 0.5 Pb 0.5 ), or Pb, n = 3 or 4, and z is arbitrary) was prepared.
【0048】これらの酸化物超電導体について、実施例
3と同様にして、その結晶相を粉末X線回折により調べ
た。また、超電導特性の評価として磁化率および電気抵
抗率の温度依存性を測定した。その結果、いずれの酸化
物超電導体の場合も、2223相および2234相が主
相であり、バルク超電導が確認された。また、Tcを下
記第6表に示す。The crystal phases of these oxide superconductors were examined by powder X-ray diffraction in the same manner as in Example 3. In addition, the temperature dependence of magnetic susceptibility and electrical resistivity was measured as an evaluation of superconductivity. As a result, in any of the oxide superconductors, the 2223 phase and the 2234 phase were the main phases, and bulk superconductivity was confirmed. Further, Tc is shown in Table 6 below.
【0049】[0049]
【表6】 第6表から分かるように、いずれの酸化物超電導体(特
にn=4であるもの)もTcが高いものであった。[Table 6] As can be seen from Table 6, all oxide superconductors (particularly those in which n = 4) had a high Tc.
【0050】[0050]
【発明の効果】本発明の酸化物超電導体は、水銀、タリ
ウム、アルカリ土類金属M(MはBa,Sr,Caのう
ち少なくとも1つの元素)、銅、酸素および希土類元素
Ln(LnはY,La,Nd,Sm,Eu,Gd,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Luのうち少なくとも1
つの元素)を含む酸化物超電導体であって、水銀、タリ
ウムおよび酸素からなり、2つの原子層で構成される岩
塩構造を基本とした部分と、銅原子1に対して酸素原子
2で構成された原子層とMおよびLnのうち少なくとも
1つの元素で構成された原子層とが交互に積み重なった
2n−1個(nは1以上の整数、ただしn=1の場合は
銅原子1に対して酸素原子2である原子層となる)の無
限層構造部分と、がMおよびLnのうち少なくとも1つ
の元素で構成された原子層を介して交互に積み重なった
結晶構造を有するので、キャリア濃度を変化させること
により幅広い範囲で自由に超電導特性を制御することが
でき、かつ単位格子に存在するCuO2 面の数を制御で
きる、酸化物電子デバイスの応用に適した新規な材料で
ある。Industrial Applicability The oxide superconductor of the present invention comprises mercury, thallium, an alkaline earth metal M (M is at least one element of Ba, Sr and Ca), copper, oxygen and a rare earth element Ln (Ln is Y. , La, Nd, Sm, Eu, Gd, D
At least one of y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
Oxide superconductor containing two elements), which is composed of mercury, thallium, and oxygen, and which is basically composed of a rock salt structure composed of two atomic layers, and one oxygen atom to two copper atoms. 2n-1 (n is an integer of 1 or more, where n = 1 is 1 copper atom for copper atoms) in which the atomic layers and the atomic layers composed of at least one element of M and Ln are alternately stacked. The carrier concentration is changed because the infinite layer structure portion (which is the atomic layer which is oxygen atom 2) and the infinite layer structure portion are alternately stacked via the atomic layer composed of at least one element of M and Ln. By doing so, it is possible to freely control the superconducting characteristics in a wide range and to control the number of CuO 2 planes existing in the unit cell, and it is a novel material suitable for application to oxide electronic devices.
【図1】本発明の酸化物超電導体の結晶構造を示す概略
図。FIG. 1 is a schematic view showing a crystal structure of an oxide superconductor of the present invention.
【図2】本発明の実施例1における(Hg0.7 Tl
0.3 )2 Ba2 Y0.7 Ca0.3 Cu2 Oz 試料の粉末X
線回折パターンを示す図。FIG. 2 shows (Hg 0.7 Tl in Example 1 of the present invention.
0.3 ) 2 Ba 2 Y 0.7 Ca 0.3 Cu 2 O z Sample powder X
The figure which shows a line diffraction pattern.
【図3】図2に示す実施例1の試料の磁化率−温度特性
(10Oe磁場中冷却)を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a magnetic susceptibility-temperature characteristic (cooling in a 10 Oe magnetic field) of the sample of Example 1 shown in FIG.
【図4】本発明の実施例2における(Hg0.7 Tl
0.3 )2 Ba2 Ca2 Cu3 Oz 試料の粉末X線回折パ
ターンを示す図。FIG. 4 shows (Hg 0.7 Tl in Example 2 of the present invention.
0.3) 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z graph illustrating a powder X-ray diffraction pattern of the sample.
【図5】本発明の実施例2における(Hg1-x Tlx )
2 Ba2 Ca2 Cu3 Oz 試料中の2223相の格子定
数を示す図。FIG. 5 (Hg 1-x Tl x ) in Example 2 of the present invention
Shows a 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z lattice constant of 2223 in the sample.
【図6】本発明の実施例2における(Hg1-x Tlx )
2 Ba2 Ca2 Cu3 Oz 試料の磁化率−温度特性(2
0Oe磁場中冷却)を示す図。FIG. 6 shows (Hg 1-x Tl x ) in Example 2 of the present invention.
2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z samples of magnetic susceptibility - temperature characteristics (2
The figure which shows 0 Oe magnetic field cooling).
【図7】本発明の実施例3における(Hg0.6 Tl
0.4 )2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz 試料の粉末X線回折パ
ターンを示す図。FIG. 7 shows (Hg 0.6 Tl) in Example 3 of the present invention.
0.4) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z graph illustrating a powder X-ray diffraction pattern of the sample.
【図8】(A)は本発明の実施例3における(Hg0.6
Tl0.4 )2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz 試料の電子線回折
を示す写真、(B)は本発明の実施例3における(Hg
0.6 Tl0.4 )2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz 試料の高分解
能透過型電子顕微鏡写真。FIG. 8A shows (Hg 0.6 in Example 3 of the present invention.
Tl 0.4 ) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z A photograph showing electron beam diffraction of a sample, (B) is (Hg in Example 3 of the present invention)
High resolution transmission electron micrograph of 0.6 Tl 0.4) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z samples.
【図9】本発明の実施例3における(Hg0.6 Tl
0.4 )2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz 試料の磁化率−温度特
性(20Oe磁場中冷却)を示す図。FIG. 9 shows (Hg 0.6 Tl) in Example 3 of the present invention.
0.4) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z sample susceptibility - diagram showing a temperature characteristic (20 Oe magnetic field cooling).
【図10】本発明の実施例3における(Hg0.6 Tl
0.4 )2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz 試料の電気抵抗率の温
度依存性を示す図。FIG. 10 shows (Hg 0.6 Tl) in Example 3 of the present invention.
Shows the temperature dependence of 0.4) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 electrical resistivity of the O z samples.
【図11】本発明の実施例3における(Hg1-x Tl
x )2 Ba2 Ca3 Cu4 Oz 試料中の2234相の格
子定数を示す図。FIG. 11 shows (Hg 1-x Tl in Example 3 of the present invention.
x ) 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O z A diagram showing the lattice constant of the 2234 phase in the sample.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 13/00 565 H01B 13/00 565D (72)発明者 安達 成司 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 山本 文子 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 田辺 圭一 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location H01B 13/00 565 H01B 13/00 565D (72) Inventor Seiji Adachi Shinonome 1-chome, Koto-ku, Tokyo 14-3 International Superconductivity Industrial Technology Research Center Superconductivity Engineering Laboratory (72) Inventor Fumiko Yamamoto 1-14-3 Shinonome, Koto-ku, Tokyo International Superconductivity Industrial Technology Research Center Superconductivity Engineering Laboratory (72) ) Inventor Keiichi Tanabe 1-14-3 Shinonome, Koto-ku, Tokyo International Superconductivity Technology Center Research Institute of Superconductivity Engineering
Claims (4)
(MはBa,Sr,Caのうち少なくとも1つの元
素)、銅、酸素および希土類元素Ln(LnはY,L
a,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,T
m,Yb,Luのうち少なくとも1つの元素)を含む酸
化物超電導体であって、水銀、タリウムおよび酸素から
なり、2つの原子層で構成される岩塩構造を基本とした
部分と、銅原子1に対して酸素原子2で構成された原子
層とMおよびLnのうち少なくとも1つの元素で構成さ
れた原子層とが交互に積み重なった2n−1個(nは1
以上の整数、ただしn=1の場合は銅原子1に対して酸
素原子2である原子層となる)の無限層構造部分と、が
MおよびLnのうち少なくとも1つの元素および酸素原
子で構成された原子層を介して交互に積み重なった結晶
構造を有することを特徴とする酸化物超電導体。1. Mercury, thallium, alkaline earth metal M
(M is at least one element of Ba, Sr, and Ca), copper, oxygen, and a rare earth element Ln (Ln is Y, L
a, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, T
an oxide superconductor containing at least one element out of m, Yb, and Lu), which is composed of mercury, thallium, and oxygen and is basically composed of a rock salt structure composed of two atomic layers; 2n-1 (n is 1) in which an atomic layer composed of oxygen atoms 2 and an atomic layer composed of at least one element of M and Ln are alternately stacked.
And the above integer, where n = 1, the atomic layer is composed of 1 copper atom and 2 oxygen atoms, and the infinite layer structure portion is composed of at least one element of M and Ln and an oxygen atom. An oxide superconductor having a crystal structure in which alternating atomic layers are stacked.
n O2+2(n+1)+ (ただし、n=2、0.15≦x≦
0.75、0≦y≦1.0、−1.0≦δ≦0.8)で
表される請求項1記載の酸化物超電導体。2. (Hg 1-x Tl x ) 2 M 3-y Ln y Cu
n O 2 + 2 (n + 1) + (where n = 2, 0.15 ≦ x ≦
0.75, 0 ≦ y ≦ 1.0, −1.0 ≦ δ ≦ 0.8), The oxide superconductor according to claim 1.
2+2(n+1)+ (ただし、n=3あるいは4、0.3≦x
≦0.6、−0.7≦δ≦0.4)で表される請求項1
記載の酸化物超電導体。3. (Hg 1-x Tl x ) 2 M n + 1 Cu n O
2 + 2 (n + 1) + (where n = 3 or 4, 0.3 ≦ x
≦ 0.6, −0.7 ≦ δ ≦ 0.4).
The oxide superconductor described.
たは鉛に置換された請求項1記載の酸化物超電導体。4. The oxide superconductor according to claim 1, wherein at least part of thallium is replaced with bismuth or lead.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7335142A JPH09169521A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Oxide superconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7335142A JPH09169521A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Oxide superconductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09169521A true JPH09169521A (en) | 1997-06-30 |
Family
ID=18285236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7335142A Pending JPH09169521A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Oxide superconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09169521A (en) |
-
1995
- 1995-12-22 JP JP7335142A patent/JPH09169521A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tarascon et al. | Chemical doping and physical properties of the new high temperature superconducting perovskites | |
| EP0660423B1 (en) | Superconductor and method of producing same | |
| US8688181B1 (en) | Superconductive compounds having high transition temperature, and methods for their use and preparation | |
| EP0701980B1 (en) | Oxide superconductor and method for manufacturing the same | |
| US5389603A (en) | Oxide superconductors, and devices and systems comprising such a superconductor | |
| KR970002894B1 (en) | Superconducting metal oxide compositions | |
| EP0380347B1 (en) | Superconducting oxide material and a method for producing the same | |
| JPH02167820A (en) | Method for forming T1-based composite oxide superconductor thin film | |
| JP2672033B2 (en) | Oxide superconductor and manufacturing method thereof | |
| JPH08259230A (en) | Oxide superconductor and method for manufacturing the same | |
| JPH09169521A (en) | Oxide superconductor | |
| US8060169B1 (en) | Superconductive compounds having high transition temperature, and methods for their use and preparation | |
| AU631956B2 (en) | Vanadium-based superconducting metallic oxides | |
| EP0286372B1 (en) | Oxide superconductor and manufacturing method thereof | |
| EP0489087B1 (en) | Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use | |
| EP0284061A2 (en) | Ceramic oxide superconductive composite material | |
| JP2555505B2 (en) | Metal oxide material | |
| US6482775B2 (en) | Oxide superconductor | |
| JPH04300202A (en) | Superconductor using oxide and its production method | |
| JP2820480B2 (en) | Oxide superconductor and manufacturing method thereof | |
| EP0441893B1 (en) | Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use | |
| KR0119192B1 (en) | New high-tc superconductors and process for preparing them | |
| JP3247914B2 (en) | Metal oxide material | |
| JPH07187670A (en) | Oxide superconductor and method for manufacturing the same | |
| JP2749194B2 (en) | Method for producing Bi-Sr-Ca-Cu-O-based superconductor |