YBa₂Cu₃O_(7-δ) 낟알간 BaPbO₃의 역할

Abstract

덩치(bulk) 형태의 다결정 YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(이하 YBCO) 고온 초전도체는 낟알의 경계에서 약한 조셉슨 결합을 하고 있어서[1] 전기적 성질(transport property)이 약화 된다. 약한 결합의 성질을 제어하기 위해 Ag, Y_(2)BaCuO_(5), BaSnO_(3)등의 물질을 낟알간 물질로 첨가하는 연구가 진행되어 왔다 [4]-[7]. BaPbO_(3)는 전기적으로 금속과 같으며, YBCO와 같은 프로브스카이트(perovskite) 구조이므로 좋은 낟알간 물질이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 비슷한 소결(sintering) 온도를 가지므로 열적으로 안정적이며, 산화물이기 때문에 은을 첨가하는 경우와는 달리 산화에 의해 결합성질이 변성될 위험이 없다. YBCO에 BaPbO_(3)가 들어간 혼합상은 높은 T_(c)를 가지며, XRD 분석 결과로부터 두 상이 잘 분리되어 있음을 알 수 있었다[10]. 본 연구에서는 BaPbO_(3)와 YBCO경계면에서 변형력 효과의 유무, 불순물의 존재, BaPbO_(3)증가에 따른 압력효과 등을 살펴 보기 위해, 미세 라만 분석 (Micro Raman Spectroscopy)을 하였다. 그러고, 라만에서는 보이지 않는 진동 방식을 적외선 분광 실험으로 확인 해보고, BaPbO_(3)가 YBCO에 미치는 영향을 살펴 보았다. 이로부터 BaPbO_(3)는 YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)혼합상에서 YBCO 낟알의 성질을 변화 시키지 않는 것을 알 수 있었고, 경계면에서 변형력을 주지 않고, 불순물도 만들지 않는 것을 알 수 있었다. 또한, 자화의 자기장에 대한 겪음 고리선(hysteresis)을 측정하여 임계전류 밀도를 구하였다. 고 자장의 겪음 고리선에는 낟알 내 특성이 나타나며, 낟알 내 임계전류(intragrain current density)를 구하면 이로부터 BaPbO_(3)가 YBCO 낟알에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있다. 또한, 저 자장의 겪음 고리선은 낟알간 특성이 나타나므로 낟알간 임계 전류(intergrain current density)를 구할 수 있고, 이것으로 BaObO_(3)가 YBCO낟알들 사이에서 어떤 역할을 하는지 알 수 있다. 낟알내 임계전류는 BaPbO_(3)가 들어가지 않은 시료보다 향상되었고, 낟알간 임계전류도 BaPbO_(3)가 들어가지 않은 시료보다 향상된 것을 알 수 있었다. 의의 실험 결과들로부터 BaPbO_(3)는 YBCO의 좋은 낟알간 물질이 됨을 알 수 있다.;We studied the composite system of superconducting YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) and metallic BaPbO_(3), with the BaPbO_(3) fraction ranging from 5 to 30% in weight. The YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)/BaPbO_(3) composites are expected to minimize the weak-link behavior which limits the application of HTSC. The Raman spectra of the YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) grains in the composite system are typical of well-oxygenated YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) bulk single crystals, even up to the grain boundaries, independent of the BaPbO_(3) fraction. We have also performed infrared reflectivity measurements and have identified the major c-axis transverse-optical phonons of YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ), consistent with the single-crystal data, confirming that the constituent YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) crystallites are fully oxygenated. The absence of mode splitting suggests that the crystal symmetry of YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) grains remains the same as that or bulk single crystals. No phonons indicative of other YBa_(2)Cu_(3)O_(7)- or BaPbO_(3)-related impurity phases, such as YBa_(2)Cu_(3)O_(6), Y_(2)BaCuO_(5), and Ba_(2)PbO_(4), have been detected in our Raman and infrared spectra. We have also performed the magnetic hysteresis measurement, and derived the critical current density. From the high field hysteresis curve, which is related to the intra-grain property, we can see that BaPbO_(3) doesn't degrade the intergrain property of composite up to 30 wt. %. Furthermore, from the low field hysteresis curve analysis, which is related to the inter-grain property, we can see that BaPbO_(3) enhences the intergrain property of composite. All these optical features clearly indicate that YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) is well separated from BaPbO_(3) and that BaPbO_(3) is an excellent additive material for the synthesis of YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ) bulk materials.