CC BY
12
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 8/2019
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 538.9
Доронин В. А.
Ассистент кафедры физической электроники, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,
Е-mail: doroninslava@rambler.ru, Марченко А. В.
Доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физической электроники, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,
Е-mail: al7140@rambler.ru,
АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ МЕССБАУЭРОВСКИХ СПЕКТРОВ И СПЕКТРОВ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА СОЕДИНЕНИЯ YBa2CuзO7
Аннотация
В работе на основе параметров мессбауэровских спектров на изотопах 57Co(57mFe), 67Си(6^п), 67Ga(67Zn), 155Eu(155Gd), и данных ядерного магнитного резонанса на изотопах 170, 137Ва проведены расчеты решеточного градиента электрического поля для всех узлов кристаллических решеток YBa2CuзO7-x Полученные эффективные заряды атомов решеток соответствуют модели, когда дырка, возникающая за счет нестехиометричности кристалла YBa2CuзO7-x находится преимущественно в подрешетке цепочечного кислорода.
Ключевые слова:
параметры ядерного квадрупольного взаимодействия, мессбауэровская спектроскопия, ядерный магнитный резонанс, высокотемпературные сверхпроводники.
V.A. Doronin
Lecturer of the Physical electronics, A.l. Herzen State Pedagogical University of Russia, Е-mail: doroninslava@rambler.ru, A.V. Marchenko Doctor of physics and mathematics Sciences, docent, professor of the Physical electronics, A.l. Herzen State Pedagogical University of Russia, Е-mail: al7140@rambler.ru,
ANALYSIS OF PARAMETERS OF MESSBAUER SPECTRA AND SPECTRA OF NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE OF THE YBa2Cu3O7 COMPOUND
Abstract
It was demonstrated that the parameters of the Mossbauer spectra on 57Co(57mFe), 67Cu(67Zn), 67Ga(67Zn), 155Eu(155Gd) isotopes, 17O, 137Ba nuclear magnetic resonance data and calculations of the lattice electric field gradient for all YBa2Cu3O7-x crystal lattice sites x correspond to the model when the hole arising due to the nonstoichiometric nature of the YBa2Cu3O7-x crystal is located predominantly in the chain oxygen sublattice.
Keywords:
nuclear quadrupole interaction parameters, Mossbauer spectroscopy, nuclear magnetic resonance,
high-temperature superconductors.
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 8/2019
В настоящее время важной задачей физики высокотемпературных сверхпроводников является (ВТСП) является установление эффективных зарядов атомов, располагающихся в узлах кристаллической решетки. Установление данных зарядов позволяет сузить круг возможных моделей, используемых в описании квантово-механических электронных свойств ВТСП. Информация о эффективных зарядах атомов высокотемпературных проводников (например, в кристаллических решетках YBa2Cuз07-x) может быть получена путем анализа параметров ядерного квадрупольного взаимодействия (ЯКВ), а именно взаимодействия квадрупольного момента ядра-зонда (мессбауэровского атома) с градиентом электрического поля (ГЭП) на данном атоме [1].
Экспериментальные данные о параметрах тензора ГЭП в решетке высокотемпературного сверхпроводника УБа2Сиз07 известны для кристаллических зондов 1702-, 137Ба2+ (данные были получены посредством метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР)) [2-5], а также для кристаллического зонда 672и2+ (данные были получены с помощью мессбауэровской спектроскопии (ЭМС)) [6-9]. Расчет тензора ГЭП в нашей работе был проведен в рамках электростатической модели точечных зарядов, для реализации которой были получены данные рентгеноструктурного анализа кристаллических решеток YBa2Cuз07-x. Для этого кристаллическая решетка YBa2Cuз07-x представлялась состоящей из восьми подрешеток: УБа2Си(1)Си(2)20(1)20(2)20(3)20(4).
Исследуемыми параметрами мессбауэровских спектров и спектров ЯМР для кристаллических зондов 1702-, 137Ба2+ 672и2+ является параметр асимметрии тензора решеточного ГЭП (1), и величина постоянной квадрупольного взаимодействия (2):
Пехр= (Ухх - ¥„)/¥* (1)
Сехр = е б (1 - у)= а (2)
где а = е ^ (1 - у), и еа- квадрупольный момент мессбауэровского ядра. В ходе работы нами получено значение а = 20.1 МИ2-А3/е.
Для установления восьми эффективных зарядов для подрешеток образца УВа2Сщ07 была составлена система из восьми уравнений, для построения которых использовались данные, полученные с помощью метода ЭМС на атомах-зондах 67Си(672и), 67Оа(672и), и данные о изотопе 17О, полученные с помощью ЯМР. К указанным уравнениям относятся.
1. Уравнение электронейтральности
е + 2е2 + е3 + 2е4 + 2е5 + 2е6 + 2е7 + е8 = 0. (3)
2. Уравнение связи главной компоненты тензора ГЭП в узле иттрия У22 и значение экспериментально найденной постоянной квадрупольного взаимодействия зонда 672п в этих узлах (С1)
к=8
«X ек^к1 = с. (4)
к=1
3. Уравнение, отражающее отношение экспериментальных величин постоянной квадрупольного взаимодействия атома-зонда 672п в узлах цепочечной и планарной меди Р34, и расчетных главных компонент тензоров ГЭП для данных узлов.
к=8
X ек \Gztk3 - 4 ] = 0 . (5)
к=1
4. Уравнение для отношения значений полученных величин постоянных квадрупольного взаимодействия зонда 17О для узлов кислорода, а также рассчитанных главных компонент тензоров ГЭП в этих узлах
к=8
XЧк Нк5 - РА^к6 ] = 0- (6)
к=1
5. Четыре уравнения для расчетных, а также экспериментальных величин параметров асимметрии п тензоров ГЭП для узлов Си(1), Си(2), 0(1) и 0(2)
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 8/2019
k=8
X^k [Gxxkl - Gyykl ' llGzzkl ] = 0 ' (7)
k=1
где /=3,4,5,6 - номер узла.
В процессе работы, нами были отброшены решения с отрицательными зарядами катионов или положительными зарядами анионов как заряды, не имеющие физического смысла.
В результате нами были получены следующие эффективные заряды атомов решетки YBa2Cu3Ö7:
Y3+Ba2+2Cu(1)2+Cu(2)22+O(1)2-2O(2)2-2O(3)1-85-2O(4)1-30- (8)
Все полученные заряды отвечают существенно пониженному заряду атомов "цепочечного" кислорода О(4), а также заметному отклонению от стандартного значения заряда для атомов "планарного" кислорода О(3). Полученные результаты могут быть объяснены существованием дырки в энергетической зоне, образованной преимущественно электронными состояниями О(4) и О(3).
Отклонения эффективных зарядов атомов решетки YBa2Cu3O7 от стандартных степеней окисления (кроме О(4) и О(3)) малы, и варьируя значения экспериментальных величин в пределах погрешностей можно получить эффективные заряды, близкие к стандартным степеням окисления. Список использованной литературы:
1. Seregin N. Emission Mössbauer spectroscopy. Electron defects and Bose-condensation in crystal lattices of high-temperature supercomductors / N. Seregin, A. Marchenko, P Seregin. - Germany: LAP LAMBERT. Academic Publishing GmbH & Co. KG Saarbrücken, 2012. - 500 p
2. Takigawa M. 17O NMR study of local spin susceptibility in aligned YBa2Cu3O7 powder // M. Takigawa, P. C. Hammel, R. H. Heffner, Z. Fisk, K. C. Ott, J. D. Thompson // Phys.Rev.Lett. 1989, 63, 1865 - 1868.
3. Tomeno I. NMR study of spin dynamics at planar oxygen and copper sites in YBa2Cu3Os./ I. Tomeno, T. Machi, K. Tai, N. Koshizuka, S. Kambe, A. Hayashi, Y. Ueda .// Physical Review B. - 1994. - Vol.49. -p. 15327 - 15334.
4. Ishida K. 17O and 63Cu NMR Investigations of high-Tc superconductor La1.85Sro.15CuO4with Tc = 38 K / K. Ishida, Y. Kitaoka, G Zheng // Phys. Soc. Jap. - 1991. - V. 60. - p. 1516-1524.
5. Shore J. Barium nuclear resonance spectroscopic study of YBa2Cu3O7. // J. Shore, S. Yang, J. Haase, D. Schwartz, E Oldfield. - Physical Review B. - 1992. - Vol. 46. - p. 595 - 598.
6. Доронин В.А. Сверхтонкие взаимодействия в узлах меди решеток высокотемпературных сверхпроводников, изученные методом мёссбауэровской спектроскопии / В.А. Доронин, Т.Ю. Рабчанова, П.П. Серегин // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И.Герцена. -2013. - № 157. - С. 40-49.
7. Бордовский Г.А. Тензор градиента электрического поля в позициях редкоземельных металлов в решетках RBa2Cu3O7 / Г.А. Бордовский, А.В. Марченко, В.А. Доронин, Т.Ю. Рабчанова, П.П. Серегин // Физика и химия стекла. - 2014. Т. 40. - № 4. - С. 575-582.
8. Доронин В.А. Точечные дефекты в La2-хSrхCuO4. // В.А. Доронин, А.В. Марченко, А.В. Николаева, П.П. Серегин // Физика и химия стекла. - 2014. - Т. 40. - № 6. - С. 635-642.
9. Ivon K. Crystal structure of high-Tc oxides / K. Ivon, M. Francois // Zeitschrift fur Physik B. Condensed Matter. - 1989. - Vol. 76. - 413 - 444.
© Доронин В.А., Марченко А.В., 2019
