[发明专利]氧化物超导体

说明书

本发明涉及一种超导体。具体地说，本发明涉及一种经改进后具备高临界温度（Tc）的氧化物超导体。

在“Z.Physik.B-Condensed Matter64，189-193（1986）”中讨论过具有钙钛矿晶体结构或具有类钙钛矿结构的K₂NiF₄晶体结构的氧化物超导材料。所述结构即Ba_xLa_5-xCu₅O_（a-y）（其中x＝1或0.75。y＞0）。除上述材料之外，在具有钙钛矿晶体结构的氧化物超导材料中，SrTiO₃和BaPb_1-xBi_xO₃在“物理周报（Physical Review）。Vol.163，No.2，November 10，380-390（1967）”和“应用物理（Appl Phys.）22，205-212（1980）”中分别被讨论过。

因此，曾期望除了这些材料之外，还会存在具有上述晶体结构且表现出超导性质的氧化物，这些材料被认为是能够构成超导器件的有用材料。但是，具有钙钛矿晶体结构的氧化物超导材料的临界温度Tc在Ba_xLa_5-x-Cu₅O_5（3-y）（其中x＝0.75，y＞0）的情况下低达35K，而且在超过该温度的温度下，材料不呈现超导性。

类似地，在物理周板（Phys.Rev.Lett），26，408-410（1987）”中也讨论了一种具有高超导临界温度的氧化物超导体，即（Sr，La）₂CuO₄。

另外，已知一种Y-Ba-Cu氧化物系是临界温度Tc超过液氮温度（77K）的超导体。

所有上述超导体具有利用钙钛矿结构的异构而获得的结构，该结构相当稳定。具体地说，（Sr，La）₂CuO₄具有K₂NiF₄结构，而Y-Ba-Cu氧化物系具有较复杂的结构，即缺氧钙钛矿结构。A₃B₂O₇、A₄B₃O₁₀、A₅B₄O₁₃和A₆B₅O₁₆结构被认为是更加复杂的结构。一般来说，材料的晶体结构越复杂，生产也越难。所以，生产上述材料的困难程度按上述材料的顺序增大。这就产生了一个问题，即获得均匀材料的困难程度按上述材料的顺序增大，而且超导临界电流密度按该顺序减小。一般来说，当晶体结构越复杂而且C轴被定义为法线的平面具有更高的二维数（即这些平面间的相互作用减小）时，氧化物超导体（其特征在于具有类似于上述材料的CuO₆八面体）的超导临界温度越高。这是因为二维数（two dimensionality）的增大引起a轴缩短和该平面内Cu原子与O原子之间的距离减小。这便引起Cu原子3d轨道和O原子2P轨道间的重迭程度增大，由此导致该平面内载流子导电性的提高。所以，包括有上述材料的超导体具有高超导临界温度。但是，这些超导体具有复杂的晶体结构，这便导致了其生产困难的问题。

一般来讲，在以具有类似于上述材料的CuO₆八面体或CuO₅五面体为其特征的氧化物超导体中，载流子的数量由A晶格原子的成份比来确定，如在上述材料的情况下由Sr-La或Ba-Y的成分比来确定。因此，费米表面的电子态密度N（O）也由该成分比确定。根据“Bardeen-Cooper-Schrieffer理论（缩写为“BCS理论”）”，超导临界温度Tc以下式表示：

K_BT_c＝1.14hω_D×exp（-1/N（O）/V）