Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe

Termin nadprzewodniki wysokotemperaturowe został użyty do określenia nowej rodziny materiałów ceramicznych o strukturze perowskitu odkrytych przez Johannesa G. Bednorza i K. A. Müllera w 1986 roku, za odkrycie których otrzymali oni Nagrodę Nobla. Odkryli oni nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe w związkach $La_{2-x}Ba_{x}CuO_{2}$ (zwanych krócej w literaturze związkami Ba-La-Cu-O lub po postu LBCO), które występowało w temperaturze 35 K, nieco powyżej granicy, którą teoria BCS określała jako temperaturową granicę nadprzewodnictwa.

Pokaz efektu Meissnera przy użyciu wysokotemperaturowego ceramicznego nadprzewodnika i magnesu neodymowego

Wkrótce, wykorzystując efekty związane z ciśnieniem, początkową wartość temperatury krytycznej w LBCO (35 K) podniesiono do 50 K, a w roku 1987 nadprzewodnictwo zaobserwowano w związku $YBa_{2}Cu_{3}O_{6+x}$ w temperaturze 90 K, a więc powyżej temperatury ciekłego azotu. Modyfikując strukturę krystaliczną oraz wykorzystując efekty związane z ciśnieniem otrzymano później nadprzewodniki o temperaturach krytycznych około 160 K.

Większość nadprzewodników wysokotemperaturowych zawiera płaszczyzny miedziowo-tlenowe, w których każdy atom miedzi otoczony jest czterema atomami tlenu, tworząc strukturę o symetrii grupy punktowej $C_{4v}.$ Płaszczyzny te oddzielone są od siebie tlenkowymi warstwami nieprzewodzącymi. W fazie normalnej przewodnictwo elektryczne w kierunkach równoległych do płaszczyzn miedziowo-tlenowych jest znacznie większe niż w kierunku do nich prostopadłym. Wartość temperatury krytycznej zmienia się znacznie w zależności od składu związku, ale jest generalnie tym wyższa, im więcej płaszczyzn miedziowo-tlenowych zawartych jest w komórce elementarnej, co czyni je zasadniczym elementem struktury nadprzewodników wysokotemperaturowych.

Tabela przedstawia kilka nadprzewodników wysokotemperaturowych. Nadprzewodniki zawierające płaszczyzny Cu-O zostały wyróżnione pogrubieniem.

Związek	Temperatura krytyczna K
La_2-xM_xCuO_4-y, gdzie: M = Ba, Sr, Ca, K; x ≈ 0,15; y – małe	38
Nd_2-xCe_xCuO_4-y	30
Ba_1-xK_xBiO₃	30
Pb₂Sr₂Y_1-xCa_xCu₃O₈	80
R₁Ba₂Cu₃O₇ ("123"), gdzie: R = Y, La, Nd, Sm, Eu, Ho, Er, Tm, Lu	92
R₂Ba₄Cu₇O₁₅ ("247"), gdzie: R = Y, La, Nd, Sm, Eu, Ho, Er, Tm, Lu	95
R₁Ba₂Cu₃O₇ ("124"), gdzie: R = Y, La, Nd, Sm, Eu, Ho, Er, Tm, Lu	82
Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ ("Bi-2212")	85
Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ ("Bi-2223")	110
Tl₂Ba₂CuO₆	85
Tl₂Ba₂CaCu₂O₈	105
Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀	125

Zobacz też

wzór McMillana

Bibliografia

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe. W: Michael Cyrot, Davor Pavuna: Wstęp do nadprzewodnictwa. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Warszawa: PWN, 1996, s. 162. ISBN 83-01-11937-3.