Priprava supervodljivog oksida YBa₂Cu₃O_7-d

Visokotemperaturni supravodiči - kemijski efekt

YBa₂Cu₃O_7-d sistem

YBa₂Cu₃O_7-d je drugi pronađen visokotemperaturni supravodič, a prvi s kritičnom temperaturom iznad temperature tekućeg dušika. Postoji velik broj interesantnih strukturnih karakteristika koje određuju njegova svojstva. Iako je najveći dio tih svojstava još uvijek neistražen, zahvaljujući tome što mu je kritična temperatura iznad 77 K, omogućeno je puno jeftinije istraživanje, pa on danas predstavlja jedan od najistraženijih supravodičkih sistema.

Jedna od najzanimljivijih karakteristika YBCO jest ovisnost njegove kristalne strukture i supravodljivih svojstava o d, tj. o udjelu kisika. Kada je d = 0 tvar je supravodič sa kritičnom temperaturom od približno 90 K. Povećanjem d kritična temperatura pada kao što je prikazano na slici 8. Do sljedećeg supravodljivog platoa na 60 K. Nakon d = 0.65 dolazi do naglog pada supravodljivosti koji se može objasniti na sljedeći način:

YBa₂Cu₃O_7-d je za razliku od drugih visokotemperaturnih supravodiča koji imaju perovskitnu strukturu u biti defektan perovskit čija se formula ako se napiše u obliku (YBa₂ )(Cu₃) (O_7-d) može usporediti sa (A₃)(B₃)O₉ koja odgovara idealnoj trostrukoj perovskitnoj strukturi (slika 10.a)). Međutim, supravodljiv YBCO ima nedostatak kisikovih atoma koji što se više povećava uzrokuje jaču deformaciju koja nakraju dovodi do promjene strukture jedinične ćelije. Neutronskom dirfakcijom je utvrđeno da je jedinićna ćelija YBa₂Cu₃O₇ ortorompska s parametrima ćelije a = 0,38189 nm, b = 0,38849 nm i c = 1,16762 nm, dok je ćelija YBa₂Cu₃O₆ tetragonska s dimenzijama a = 0,38570 i c = 1,18194 nm. Jedinične ćelije prikazane su na slici 10.b) i c).

a) YBa2Cu3O9

b) YBa2Cu3O7

c) YBa2Cu3O

Slika 10. Perovskitna struktura
a) idealna
b) s nedostatkom dva atoma kisika
c) s nedostatkom tri atoma kisik

Praznine koje nastaju u strukturi posljedica su nedostatka kisika, a to dovodi i do promjene koordinacijskog broja Cu koja se smanjuje s idealne koordinacije 6 na koordinaciju 5 ili 4. Tako u ortorompskoj ćeliji jedan dio kisika tvori kvadratno-piramidalnu koordinaciju oko Cu atoma (1) / CuO₅ kvadratne piramide / dok ostali atomi kisika tvore sa Cu (2) kvadratno-planarnu koordinaciju / CuO₂ lanci /. Kisikov atom (1)  koordiniran je istodobno i sa Cu (1) i sa Cu (2). Kako se smanjuje udio kisika koordinacijski broj Cu (2) se smanjuje s 4 na 2, a koordinacija Cu (1) sve više prelazi u 4 jer se kisikovi atomi pomiču prema Cu (2). Očito je da je broj CuO₂ lanaca taj koji određuje hoće li materijal biti supravodljiv ili ne. CuO₂ lanaci predstavljaju tzv. rezervoare naboja iako još nije jasno da li oni vode superstruju ili moduliraju CuO₅ kvadratne piramide tako da to čine one.