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(Hg_(0.7)Cr_(0.3)) Sr_(2)CUO_(4+δ)에서 apical oxygen의 역할

Title
(Hg_(0.7)Cr_(0.3)) Sr_(2)CUO_(4+δ)에서 apical oxygen의 역할
Authors
이수영
Issue Date
1996
Department/Major
대학원 물리학과
Keywords
Hg_(0.7)Cr_(0.3)Sr_(2)CUO_(4+δ)apical oxygen
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Abstract
수은계 초전도체는 다른 초전도체에 비해 전이온도가 높기 때문에 많은 연구의 대상이 되고 있다. 그러나 수은계 초전도체는 합성법이 어렵고, 화학적으로 안정하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 수은계 초전도체 HgBa_(2)CuO_(4)+_(δ)(Hg-1201)에서 Ba이 Sr으로 치환되고 Hg의 일부가 Cr으로 치환된 시료를 연구대상으로 다양한 측정을 하고, 그 결과를 분석하였다. 이 시료는 인도의 Saha연구소에서 만들었다. Ba은 습기에 민감하기 때문에 Ba을 Sr로 치환하면 습기에 안정하게 되는데 이때 Hg-1201상이 불안정하므로 Cr이 0.3정도 Hg자리에 들어가야 Hg-1201상이 안정하게 된다. 이 시료를 Hg/Cr(Sr)-1201이라 부르자. Hg/Cr(Sr)-1201의 꼭지점 산소 O_(A)의 환경이 순수 Hg-1201에서의 O_(A)과 달라졌기 때문에 O_(A)의 주변환경 변화와 그에 따른 물성 변화와의 관계를 알기 위해서는 O_(A)의 라만 연구가 필요하다. Hg/Cr(Sr)-1201의 경우에는 O_(A)주변에 +2가인 Hg뿐만 아니라 +6가인 Cr도 있고, Oδ량도 순수 Hg-1201 경우보다 더 많다. 그러므로 Hg/Cr(Sr)-1201시료내의 O_(A)의 라만 모드 변화를 관찰하는 것은 O_(A) 주변환경의 변화를 알 수 있게 하므로 중요한 실험결과를 제시할 것이다. Hg/Cr(Sr)-1201의 라만 스렉트라를 보면 553cm^(-1)과 583cm^(-1)에서 큰 피크를 보이는데, 이들은 모두 O_(A)의 A_(1g)모드라고 해석한다. 이 중에 553cm^(-1)는 Cr-O_(A)결합에서의 O_(A)모드이고, 583cm^(-1)는 Hg-O_(A)결합에서의 O_(A)모드라고 본다. 이 결과는 Chmaissem[l]의 전자회절실험에 의해 관측된 Hg/Cr(Sr)-1201이 5a×5a×2c인 크기의 초세포(super cell), 즉 덩어리 (clustering)를 이룬다는 실험과 일치되는 사실이다. 또한 Hg-O_(A)결합에 의한 O_(A)의 A(1g)모드가 Hg-1201의 O_(A)에 비해서 10cm-1정도 더 낮은 주파수인 583cm-1에서 나타나는데 이것은 Cr으로 치환됨에 따라 O_(A)의 퍼텐설(potential)의 깊이가 얕아져서 스프링상수가 작아지고, 이로 인해 진동이 약해지기 때문으로 해석한다. 즉, Hg/Cr(Sr)-1201 시료의 층간 결합력이 작아진 것으로 볼 수 있다. Hg/Cr(Sr)-1201의 경우 크기가 작은 Sr이 Ba대신 들어감에 따라 c축으로의 길이가 줄어들어 층간결합력이 강해져서 다발 잡아둠 현상(flux pinning)이 증가한다는 보고가 있었다. 그러나 이 시료를 낱알정렬하고 자기장과 온도의 변화에 따른 자화를 측정해 본 결과 T^(*)에서 자기장에 무관하게 M^(*) = 0.165G의 자기화를 갖음을 알 수 있었고, 이는 곧 소용돌이 요동이 나타난다는 것으로 볼 수 있었다. 소용돌이 요동이 일어나는 것과 BLK (Bulaeskii, Ledvij, Kogan)와 Koshelev, Ulla등의 2차원적인 이론을 적용하여 실험 값과 비교하였을때 잘 맞는 것은 Hg/Cr(Sr)-1201이 2차원적 성질이 강하여 약한 층간 결합을 하고 있다는 것을 의미한다. 이는 라만 실험 결과와도 부합한다. 라만의 실험 결과에서도 O_(A)의 모드가 Hg-1201의 592cm^(-1)보다 10cm^(-1)정도 낮게 나온 것은 Hg/Cr(Sr)-1201 시료의 층간 결합력이 약해졌기 때문으로 볼 수 있다.;The mercury-based superconductors HgBa_(2)Ca_(n-1) Cu_(n) O_(2n+2+δ) have been studied widely due to their high transition temperatures compared to other superconductors. However, the usual mercury-based superconductors are unstable to exposure to a moist atmosphere due to Ba in the compound. It has been shown that total substitution of Sr at Ba sites of HgBa_(2)O_(4+δ) (Hg-1201) is achieved when about 30% of Hg is replaced by Cr and yields chemically stable superconductors. This sample is from Saha laboratory in India. It is important to investigate the local environment of the interstitial oxygen O_(δ) and the apical oxygen O_(A)in the Sr-substituted Hg-1201. The changes in the O_(δ) atoms in the O_(A) neighbor and the replacement of the Hg atoms by Cr atoms would result in the changes in the O_(A) A_(1g) Raman modes in the Sr-substituted Hg-1201. Raman spectra from the Sr-substituted Hg-1201 samples show broad A_(1g) double peaks at 554 and 584 cm^(-1), which are considerably lower than those of the genuine Hg-1201. The double peak feature at near 580 cm^(-1) is common among the mercury-based superconductors, and the separation of the peaks is about 15 cm^(-1). However, the peak at 554 cm^(-1) is 30 cm^(-1) apart, almost twice of the usual separation of the double peaks, from the 584 cm^(-1) peak which is due to the Hg-O_(A) bond in the samples. This peak at 554 cm^(-1) is proposed to be directly from the Cr-O_(A) bond in the Sr-substituted Hg-1201 samples. Two mode behavior, i.e, one peak from the Cr-O_(A), the other from the Hg-O_(A), is indicating the existence of the supercell structure of the Cr-rich and the Hg-rich regions. This result is consistent with the result of Chmaissem et al. reporting the possibility of supercell structure. Solid-solution compounds where Cr, Re, and other metals are substituted for Hg in mercury-based superconductors have been reported to exhibit enhanced flux-pinning behavior. However, our magnetization measurements on the grain-aligned Sr-substituted Hg-1201 samples show a strong two-dimensional property, indicating weak layer-layer coupling in the samples. This is consistent with the Raman result; the Raman frequency of the Of A_(1g) mode of the Sr-substituted Hg-1201 is lower by 10 cm^(-1) than the pure Hg-1201.
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