Partial substitution effect of silver on the structural and electrical properties of high temperature superconductor (Bi2 − xAgxBa2Ca2CO2Cu3O10 + δ)

• Autorzy: Al-Slivani Mudather M. , Hammod Muhammod A. , Abed Mazin A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2025.3.2

Warianty tytułu

PL

Wpływ zawartości srebra na właściwości strukturalne i elektryczne nadprzewodnika wysokotemperaturowego (Bi2 − xAgxBa2Ca2CO2Cu3O10 + δ)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The solid-state reaction method was used to generate superconductor samples with the chemical composition Bi2 − xAgxBa2Ca2CO2Cu3O10 + δ which were pressed under a load of 7.5 t/cm2. The samples were prepared using two methods: the sintering method for 24 h (increasing temperature to 800°C at a rate of 120°C/h, fixing it for 10 h, and then cooling to room temperature at a rate of 30°C/h under a pressure of 7.5 t/cm2) and the annealing method for 68 h (increasing temperature to 600°C at a rate of 120°C/h and fixing it for 10 h, then raising it to 750°C at the same rate and holding it for 20 h, followed by cooling to 600°C at a rate of 30°C/h and holding it for 10 h, and finally cooling to room temperature at the same rate). The impact of partially substituting Ag with x = (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4) on this compound’s electrical and structural characteristics was investigated. All of the samples form a tetragonal crystal structure according to the results of the X-ray diffraction technique used to quantify the lattice characteristics. This method demonstrated that the value of the lattice constant (c) increased as the concentration of Ag increased from x = 0.1 to x = 0.3, and then declined at x = 0.4. The standard four-probe method was used in electrical resistivity measurements, and the measurements showed an improvement in Tc from x = 0.1 to x = 0.3. After this concentration, the Tc value decreased with the substitution of Ag in Bi when x = 0.4. The samples were type II superconductors, which had two critical temperatures, where the critical temperature increased from Tc(1) = 127.5 K, Tc(2) = 152.7 K to Tc(1) = 135.1 K, Tc(2) = 167.7 K with increasing x from 0.1 to 0.3, and decreased after this concentration to Tc(1) = 133.9 K, Tc(2) = 165.1 K. The oxygen content (δ) was observed to increase with increasing Tc.

PL

Metoda reakcji w fazie stałej została wykorzystana do wytworzenia próbek nadprzewodnika o składzie chemicznym Bi2 − xAgxBa2Ca2CO2Cu3O10 + δ, które zostały sprasowane pod obciążeniem 7,5 t/cm². Próbki przygotowano dwiema metodami: metodą spiekania przez 24 h (zwiększano temperaturę do 800°C z szybkością 120°C/h, utrzymywano ją przez 10 h, a następnie obniżano do temperatury pokojowej z szybkością 30°C/h pod ciśnieniem 7,5 t/cm²) oraz metodą wyżarzania przez 68 h (zwiększano temperaturę do 600°C z szybkością 120°C/h i utrzymywano ją przez 10 h, a następnie podnoszono do 750°C w tym samym tempie i utrzymywano przez 20 h, po czym zmniejszano do 600°C z szybkością 30°C/h i utrzymywano przez 10 h, a na koniec obniżano w tym samym tempie do temperatury pokojowej). Zbadano wpływ częściowej substytucji Ag przy x = (0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4) na właściwości elektryczne i strukturalne badanego związku. Wszystkie próbki wykazują tetragonalną strukturę krystaliczną zgodnie z wynikami badań metodą dyfrakcji rentgenowskiej przeprowadzonymi w celu określenia parametrów sieci krystalicznej. Wykazano, że wartość stałej sieciowej (c) wzrastała wraz ze zwiększaniem zawartości Ag od x = 0,1 do x = 0,3, a następnie malała przy x = 0,4. Pomiar oporu elektrycznego przeprowadzono standardową metodą czteropunktową. Uzyskano poprawę wartości Tc w zakresie od x = 0,1 do x = 0,3. Po przekroczeniu tej wartości Tc malała wraz z dalszą substytucją Ag w Bi, gdy x = 0,4. Próbki były nadprzewodnikami typu II, charakteryzującymi się dwoma wartościami temperatury krytycznej. Temperatura krytyczna zwiększała się od Tc(1) = 127,5 K, Tc(2) = 152,7 K do Tc(1) = 135,1 K, Tc(2) = 167,7 K wraz ze wzrostem x od 0,1 do 0,3, a po osiągnięciu tej wartości malała do Tc(1) = 133,9 K, Tc(2) = 165,1 K. Zawartość tlenu (δ) zwiększała się wraz ze wzrostem Tc.

Słowa kluczowe

EN

superconductor; solid state reaction method; sintering and annealing process; structural and electrical properties

PL

nadprzewodnik; metoda reakcji w fazie stałe; proces spiekania i wyżarzania; właściwości strukturalne i elektryczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 3
• Strony: 79--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Al-Slivani Mudather M.

• Department of Physics, College of Sciences, University of Mosul, Mosul, Iraq

• https://orcid.org/0009-0004-5231-7461

autor

Hammod Muhammod A.

• Department of Physics, College of Sciences, University of Mosul, Mosul, Iraq

• https://orcid.org/0000-0002-0305-1765

autor

Abed Mazin A.

• Department of Physics, College of Sciences, University of Mosul, Mosul, Iraq

• https://orcid.org/0000-0001-9562-1018

Bibliografia

• [1] R. Combescot. 2022. Superconductivity: An Introduction. Cambridge: Cambridge University Press.
• [2] M. A. Hamood. 2018. “Effect of Double Partial Substitution of Ag and Sr on Structural and Electrical Properties of High Temperature Bi2 − xAgxBa2 − ySryCa2Cu3O10 + δ Superconductors.” Rafidain Journal of Science 27(1): 307–316.
• [3] M. Rizwan, A. Ayub, S. Fatima, I. Ilyas, A. Usman, A. Shoukat. 2022. Fundamentals and Properties of Superconductors. In: Inamuddin, T. Altalhi, V. Gupta, M. Luqman (eds.). Superconductors: Materials and Applications. Millersville, PA: Materials Research Foundations. DOI: 10.21741/9781644902110-3.
• [4] H. K. Onnes. 1911. “The Superconductivity of Mercury.” Communications from the Laboratory of Physics at the University of Leiden 122–124.
• [5] W. Meissner, R. Ochsenfeld. 1933. „Ein neuer Effekt bei eintritt der Supraleitfähigkeit”. Naturwissenschaften 21: 787–788. DOI: 10.1007/BF01504252.
• [6] J. G. Bednorz, K. A. Müller. 1986. “Possible High Tc Superconductivity in the Ba−La−Cu−O System.” Z. Physik B – Condensed Matter 64: 189–193. DOI: 10.1007/BF01303701.
• [7] R. Awad. 2001. “Study of Electric Resistance and Magnetoresistance for Agx(Tl0.8Pb0.1Bi0.7)Ba2Cu3O9 − δ Superconductors.” Egyptian Journal of Solids 24(1): 21–31. DOI: 10.21608/ejs.2001.150490.
• [8] A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo, H. R. Ott. 1993. “Superconductivity above 130 K in the Hg–Ba–Ca–Cu–O System.” Nature 363(6424): 56–58. DOI: 10.1038/363056a0.
• [9] M. Paranthaman, J. R. Thompson, Y. R. Sun. 1993. “Synthesis and Magnetic Characterization of the High-Tc Superconducting Compound HgBa2CuO4 + δ.” Physica C: Superconductivity and Its Applications 213(3–4): 271–275. DOI: 10.1016/0921-4534(93)90442-S.
• [10] P. G. Radaelli, J. L. Wagner, B. A. Hunter, M. A. Beno, G. S. Knapp, J. D. Jorgensen, D. G. Hinks. 1993. “Structure, Doping and Superconductivity in HgBa2CaCu2O6 + δ (Tc ≤ 128 K).” Physica C: Superconductivity and Its Applications 216(1–2): 29–35. DOI: 10.1016/0921-4534(93)90630-9.
• [11] C. C. Tsuei, A. Gupta, G. Trafas, D. Mitzi. 1994. “Superconducting Mercury-Based Cuprate Films with a Zero-Resistance Transition Temperature of 124 Kelvin.” Science 263(5151): 1259–1261. DOI: 10.1126/science.263.5151.1259.
• [12] M. Paranthaman. 1994. “Single-Step Synthesis of Bulk HgBa2Ca2Cu3O8 + δ.” Physica C: Superconductivity and Its Applications 222(1–2): 7–12. DOI: 10.1016/0921-4534(94)90107-4.
• [13] E. V. Antipov, S. M. Loureiro, C. Chaillout, J. J. Capponi, P. Bordet, J. L. Tholence, S. N. Putilin, M. Marezio. 1993. “The Synthesis and Characterization of the HgBa2Ca2Cu3O8 + δ and HgBa2Ca3Cu4O10 + δ phases.” Physica C: Superconductivity and Its Applications 215(1–2): 1–10. DOI: 10.1016/0921-4534(93)90358-W.
• [14] M. Paranthaman, B. C. Chakoumakos. 1996. “Crystal Chemistry of HgBa2Can − 1CunO2n + 2 + δ (n = 1, 2, 3, 4) Superconductors.” Journal of Solid State Chemistry 122(1): 221–230. DOI: 10.1006/jssc.1996.0105.
• [15] T. M. Twessan. 2010. The Effect of Partial Compensation of Element Tl on the Physical Properties of the Compound (Bi2Sr2Ca2Cu3O10 + δ) Superconducting at High Temperatures. Master thesis. University of Tikrit, Iraq.