CC BY
0"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
ПЕРЕХОД СТЕКЛО — КРИСТАЛЛ В КЕРАМИКЕ
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox
1Тураев Э.Ю, 2Зоиров. Н
1ТерДУ Математика физика фанлари доктори, профессор, 2ТерДУ магистранти https://doi.org/10.5281/zenodo.11115696
Аннотация. В этой статье высокотемпературные сверхпроводники Bi2Sr2Can-iCu„Ox могут быть получены путем кристаллизации стеклообразного материала, однако отсутствует соответствие составов исходного стекла и кристалла.
Ключевые слова: высокотемпературные сверхпроводники, аморф, кристаллизации, мессбауэровской спектроскопии, изотопе, керамической технологии.
Abstract. In this article, high-temperature superconductors Bi2Sr2Ca„-i
Cu„Ox can be obtained by crystallization of glassy material, but there is no correspondence between the compositions of the original glass and the crystal.
Keywords: high-temperature superconductors, amorphous, crystallization, Mossbauer spectroscopy, isotope, ceramic technology.
Высокотемпературные сверхпроводники Bi2Sr2Can-1CunOx могут быть получены путем кристаллизации стеклообразного материала, однако отсутствует соответствие составов исходного стекла и кристалла [1].
Одна из причин такого несоответствия — различие структур аморфных и кристаллических модификаций Bi-керамик, Учитывая сложность их химического состава, трудно надеяться на успешное сопоставление структур стекла и кристалла методами дифракции рентгеновских лучей.
В этом отношении перспективен метод мессбауэровской спектроскопии, использованный нами для выяснения влияния перехода стекло — кристалл на структуру ближнего порядка в силикатных системах [2]. Однако для систем'типа Bi2Sr2Can-lCunО4+2n применение традиционного варианта мессбауэровской спектроскопии на примесных атомах 57Fe вряд ли возможно, поскольку нельзя a priori ожидать замещения примесными атомами определенных узлов кристаллической решетки или структурной сетки стекла. Поэтому мы воспользовались эмиссионным вариантом мессбауэровской спектроскопии на изотопе 67Cu (67Zn): дочерние атомы 67Zn2+ после распада материнских атомов ^u находятся в медных узлах, параметры мессбауэровских спектров несут информацию о природе локального окружения атомов меди [3]. В качестве объекта исследования выбрали керамику номинального состава Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(2223).
Образцы состава 2223 синтезировали по керамической технологии [1], затем керамику плавили в платиновом тигле и расплав закаливали между двумя медными блоками ври 200°С. На поверхность стекла наносили раствор 67СиСЬ и проводили диффузионный отжиг при 400°С в течение 20 мин. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа, аналогичная процедура для контрольных образцов не привела к кристаллизации, материал оставался в полупроводниковом состоянии вплоть до 4,2 К- Для получения кристаллического материала после диффузионного отжига проводили отжиг при 870°С в течение 4 ч, что позволило добиться практически полной кристаллизации стекла, причем основную долю материала составила фаза Bi2Sr2CaCu3Ox
АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI' КЕ8РиБЫКЛ 1ЬМ1У-ЛМЛЫУ ANJUMANI 2024-УТЬ 7-МЛУ
(2212). Температура перехода в сверхпроводящее состояние для кристаллических образцов — 80 К.
Для стеклообразных и кристаллических образцов мессбауэровские спектры представляли собой квадрупольные триплеты, отвечающие единственному состоянию центров 6^и2+. Переход стекло — кристалл не сопровождался заметным изменением величины постоянной квадрупольного взаимодействия е2Qq и параметра асимметрии N тензора градиента электрического поля (ГЭП) (здесь eQ — квадрупольный момент ядра 6^и; ец — главная компонента тензора ГЭП на ядре 6^п), хотя для стеклообразных образцов наблюдалось заметное уширение спектров (см. данные выше), что не является неожиданным: уширение мессбауэровских спектров характерно для стеклообразных материалов и объясняется отсутствием в них дальнего порядка.
50 0 -50
--1-1-
■ **" /.• -V* и ••
... .....4 * 5 Г
• ^ >
1: 5
]ЧГ.отн.еб
Мессбауэровский спектр 67Cu(67Zn) стеклообразной (а) и кристаллической (б) Bi-керамик. (Показано положение компонент квадрупольпых триплетов)
Эмиссионные мессбауэровские спектры 670ц(6^п) снимали при 4,2К с поглотителем 67ZnS. Результаты обработки типичных спектров 670ц(6^п) (рисунок) представлены ниже:
Состояние
Стекло e2Qq, МГц N Г, мкм/с
Кристалл 13,0±0,6 <0,2 5,2±0,3
12,8±0,5 <0,2 9,0±0,3
Примечание. e2Qq — постоянная кнадрупольпого взаимодействия, N —параметр асимметрии, Г —ширина спектральной линии.
По данным [4], диффузионное легирование металлооксидов меди изотопом 67Сц гарантирует вхождение атомов 67Сц в нормальные узлы решетки. Исходя из этого мы также считаем, что параметры эмиссионных мессбауэровских спектров 67Cu(67Zn) стеклообразных и кристаллических Бькерамик отвечают центрам 6^п2+ в нормальных медных узлах.
В частности, исходя из результатов рентгеноструктурного анализа спектры кристаллических образцов следует отнести к центрам 6^п2+ в узлах меди решетки Bi2Sr2CaCu2Ox. Этот вывод согласуется также со структурными данными работы [5], согласно которым, атомы меди в решетке 2212 занимают единственную
"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
кристаллографическую позицию. По-видимому, и в структуре стекла локальное окружение атомов меди близко к таковому в решетке керамики 2212. Действительно, хотя номинальный состав стеклообразного материала отвечал Bi2Sr2Ca2Cu3Ox, мессбауэровские спектры стекол отвечали единственному состоянию центров 67Zn , тогда как в структуре керамики 2223 атомы меди занимали две структурно неэквивалентные позиции Си(1) и Си(2), заселенные как 1:2 [6, и в экспериментальном спектре следовало ожидать наложения двух квадрупольных триплетов. В пользу сделанного вывода свидетельствует и близость величин e2Qq для кристаллических и стеклообразных образцов.
Таким образом, номинальный состав 2223 синтезированных стекла и кристалла не отвечает реальному фазовому составу материала: использованный режим получения приводит к реализации гетерогенной системы (и стекла, и кристалла), в которой большая часть атомов меди находитсия в составе структурных единиц, характерных для соединения
REFERENCES
1. Donglu Shi, Ming Tong , Borley M. S. e. a. //Phys. Rev. B. 1989. Vol. 40. P. 2247.
2. Халилев В. Д. Тураев Э. Ю. Серегин П. П. и др // Физика и химия стекла. 19J0. Т. 16. С. 310.
3. М а с т е р о в В. Ф„ Насрединов Ф. С., Серегин П. П. //Сверхпроводимость. Сер. ФХТ. 1990/Т. 3. С. 449.
4. Мастеров В. Ф. Насрединов Ф.С., Саидов Ч. С. и др. //ФТТ. 1992. Т. 33. Вып. 10
5. Yvоn К Francis М //Z. Phys. В. 1989. Vol. 76. Р. 413. [6]. Оап-По-СаЬгеш W . Ооре1 W. //Physica С. 1989. Vol. 161. P. 37
