A search for superconductivity has been made for samples with compositions of (Pb

(1)

Synthesis of New (Pb,Ga)Sr ₂ (Ca,Er)Cu ₂ O _z Superconductors under Ambient Pressure

H. K. Lee ^∗

Department of Physics, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea (Received 29 July 2014 : revised 5 August 2014 : accepted 5 August 2014)

A search for superconductivity has been made for samples with compositions of (Pb

0.6

Ga

0.4

)Sr

2

(Ca

1−y

Er

y

)Cu

2

O

z

(0.3 ≤ y ≤0.7) and (Pb

1−x

Ga

x

)Sr

2

(Ca

0.5

Er

0.5

)Cu

2

O

z

(0.2 ≤ x ≤ 0.75) synthesized by using a solid-state reaction method under ambient pressure. The X-ray diffrac- tion study shows that nearly phase-pure samples with a 1212 structure are obtained within a range of 0.3 ≤ x ≤ 0.4 and y = 0.5. The maximum superconducting transition among them achieved for the sample with x = 0.4 and y = 0.5, which exhibits an onset temperature of superconductivity, T

c

, of about 23 K and a zero-resistivity temperature of 12 K. Thermoelectric power measurements indicate that the hole concentration of the sample can be varied by using both the Ga content in the (Pb,Ga) sites and the Er content in the (Ca,Er) sites.

PACS numbers: 74.72.-h, 74.72.Jt, 74.62.Bf, 74.25.Fy

Keywords: Synthesis, (Pb,Ga)Sr

2

(Er,Ca)Cu

2

O

z

, New superconductor

:

0z ºÆ U Ø (Pb,Ga)Sr ² (Ca,Er)Cu ₂ O _z ¾ ¹ Åy ¢= k8 ý V ê s° q ¶ ¥V R Ë

T

Ú£ Ó ^∗

y

© " é ¶ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , ð r ; 200-701

(2014¸ 7 Z 4 29{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2014¸ 8 Z 4 5{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2014¸ 8 Z 4 5{ 9 > F S X & ñ )

D

h Ðî r í ¸^ _ 0 p x$ í ` ¦ ¸ l 0 AK ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð (Pb

0.6

Ga

0.4

)Sr

2

(Ca

1−y

Er

y

)Cu

2

O

z

(0.3 ≤ y ≤ 0.7) x 9 (Pb

1−x

Ga

x

)Sr

2

(Ca

0.5

Er

0.5

)Cu

2

O

z

(0.2 ≤ x ≤ 0.75) ¸$ í _ r ¼ # ` ¦ © · ú \ " f ½ + Ë

$ í

ô Ç Ê ê í ¸ : £ ¤$ í ` ¦ ¸ Ù þ ¡ . X- r] X ì r$ 3 z ´+ « > õ H © l ¸$ í \ " f 0.3 ≤ x ≤ 0.4 Õ ªo ¦ y = 0.5 { 9 M : _ é ß { 9 © _ 1212 © s + þ A$ í H d` ¦ Ð# Å Ò% 3 . þ j ¦ e > : r ¸ H x = 0.4 Õ ªo ¦ y = 0.5 { 9 M : ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, í ¸ s r : r ¸ x 9 q $ ½ Ós 0 s ÷ & H : r ¸ H y y 23 K, x 9 12 K

%

i . \ P l § 4 8 £ ¤& ñ õ Ð Â Ò' r ¼ # _ f . Ë 0 l x ¸ H (Pb,Ga) o _ Ga õ (Ca,Er) o _ Er_ u ¨ 8

|

¾ Ó` ¦ ¸] X # or ~ ´ Ã º e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 .

PACS numbers: 74.72.-h, 74.72.Jf, 74.62.Bf, 74.25.Fy Keywords: ½ + Ë$ í , (Pb,Ga)Sr

2

(Er,Ca)Cu

2

O

z

, D h Ðî r í ¸^

∗

E-mail: hklee221@kangwon.ac.kr

947 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

medium, provided the original work is properly cited.

(2)

I. " e Â ] Ø

Cava 1 p x \ _ K þ j í_ Pb\ H ô Ç í ¸^ Pb 3 Sr 2 (Ca,Y)Cu 2 O 8 (Pb-3212) o½ + ËÓ ü t [1] s µ 1 Ï| ) a Ê ê /

B I (Pb,Cu)Sr 2 (Ca,Y)Cu ₂ O _7−δ (Pb-1212) > o½ + ËÓ ü t [2, 3] s µ 1 Ï| ÷ &% 3 . s o½ + ËÓ ü t É r íl í ¸ : £ ¤$ í s ' a 8

£

¤ ÷ &t · ú § ¤t ë ß Õ ª ½ ¨ ¸ H YBa 2 Cu 3 O 7 (Y-123) _ ½ ¨

¸ü < B Ä º Ä » < Ês µ 1 ß) & . 7 £ ¤, Pb-1212 > H Y-123

>

_ Cu-O ^ s rock-salt + þ A_ (Pb,Cu)8 £ x Ü ¼ Ð, Bas Sr Ü ¼ Ð, Y (Ca,Y) Ð @ /u ) a ½ ¨ ¸s . s Qô Ç ½ ¨ ¸& h Ä

» $ í ` ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð Pb-1212 ½ ¨ ¸ ' aº o½ + ËÓ ü t \ " f í

¸ : £ ¤$ í _ ' a8 £ ¤ 0 p x$ í \ @ /ô Ç ´ ú § É r ½ ¨ Ã º' ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Õ ª õ (Pb,M)Sr 2 (R,Ca)Cu ₂ O _z (R = Y, ¢ ¸ H B Ð À

Ó " é ¶ è) ¸$ í \ " f M s Cu [4,5], Sr [6], Ca [7], Mg [8], Cd [9], V [10,11], Ti [12], Sn [13], W [14] 1 p x { 9 M : í

¸^ H d s µ 1 ß) & . : £ ¤ y s [ þ t Pb-1212 > _ í ¸

^

: £ ¤$ í É r \ P % o ¸| \ B Ä º y > o÷ & H : £ ¤$ í s

· ú 94 R e Ü ¼ 9, @ /Â Òì r ¦ : r \ " f \ P % o Ê ê © : r Ü ¼ Ð /

å LÍ t½ + É M : í ¸^ ÷ & í ¸ : £ ¤$ í s ¾ Ó © ÷ & H :

£ ¤$ í ` ¦ Ð# Å Ò% 3 [15]. Õ ª X < s [ þ t í ¸^ × æ : £ ¤ y M s + 3 In [16]õ Ga [17] _ â Ä º H y y Pb-1212

© _ + þ A$ í s B Ä º # Q§ > , 20 l · ú s © _ ¦· ú í ß

è Ð \ P % o K ë ß í ¸ : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤H d s · ú 94 R e

. : r ½ ¨\ " f H (Pb,Ga)Sr 2 (Ca,Er)Cu 2 O z > _ â Ä º

© · ú _ \ P % o Ð ¸ í ¸^ | ¨ c Ã º e 6 £ §` ¦ % 6 £ § Ü ¼ Ð µ

1 ß+ À I .

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

r

¼ # É r ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð ½ + Ë$ í Ù þ ¡Ü ¼ 9, ½ + Ë$ í M : í H

¸ 99.9% s © _ PbO, Ga 2 O ₃ , SrCO ₃ , CaCO ₃ , Er 2 O 3 x 9 CuO ì r ´ ú s s 6 x ÷ &% 3 . r ¼ # É r (Pb _0.6 Ga _0.6 )Sr ₂ (Ca _1−y Er _y )Cu ₂ O _z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) x 9

(Pb _1−x Ga x )Sr 2 (Ca 0.5 Er 0.5 )Cu 2 O z (0.2 ≤ x ≤ 0.75) _

¸$ í Ü ¼ Ð & ñ | ¾ Óô Ç Ê ê D ¥ ½ + Ë, ì r W õ & ñ ` ¦ 2 ; Ê ê f â 1.2 cm _ ò Á ! Á + þ AI Ð $ í + þ AÙ þ ¡ . $ í + þ Aô Ç r ¼ # É r È ÓÚ Ô+ þ A

l Ð\ ¦ s 6 x # $ 800 ^◦ C \ " f 10r ç ß 1 l x î ß / B N l

×

æ \ " f \ P % o ô Ç Ê ê l Ð ? /\ " f " fÍ t % i . \ P % o

)

a r ¼ # É r r ì r W x 9 $ í + þ Aõ & ñ ` ¦ 2 ; Ê ê / B N l × æ \

"

f 900 ^◦ C \ " f 5r ç ß Õ ªo ¦ 930 ^◦ C \ " f 12r ç ß è

\ P

% o ô Ç Ê ê © : r Ü ¼ Ð " fÍ tÙ þ ¡ .

è ) a r ¼ # _ X- r] X (XRD) ì r$ 3 É r Cu Kα ` ¦ s

6 x ô Ç X- r] X © u (PANalytical X’pert-pro MPD)

s 6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9, r ¼ # _ q $ ½ Ó : £ ¤$ í É r É rÛ ¦` ¦ s 6 x

Fig. 1. XRD patterns for (Pb 0.6 Ga 0.4 )Sr 2 (Ca 1−y Er y ) Cu 2 O z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) samples. Peaks due to impu- rity phases are denoted by asterisk and dagger.

#

] X Ã Ì ) a 4 é ß ] X & h Z O Ü ¼ Ð 10 mA_ À Ó\ ¦ f Ë 9 10 K- © : r % ò % i \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . \ P l § 4 8 £ ¤& ñ É r p ì

r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨o ` ¦ s 6 x # © : r \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, þ

j7 á x& h Ü ¼ Ð ½ ¨o _ © : r \ P l § 4 ` ¦ Ð& ñ [18] # r

¼

# _ ] X @ / \ P l § 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ Ù þ ¡ .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý

(Pb 1−x V x )Sr 2 (Ca 1−y R y )Cu 2 O z ¸$ í _ 1212 > í

¸^ \ @ /ô Ç F g# 3 ô Ç ½ ¨ õ [11, 19] H V _ u ¨ 8

|

¾ Ó x ° ú כs 0.3 - 0.5 % ò % i { 9 M : _ é ß { 9 © r ¼ # ` ¦

½

+ Ë$ í ½ + É Ã º e 6 £ §` ¦ Ð# Å Ò% 3 . Õ ªo # Ä ºo H $ (Pb 0.6 Ga 0.4 )Sr 2 (Ca 1−y Er y )Cu 2 O z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) _ r

¼

# ` ¦ ½ + Ë$ í Ù þ ¡ . Figure 1 É r z ´+ « > ~ ½ ÓZ O \ " f / å L ) a / B N l ì

r 0 Al Ð \ P % o # ½ + Ë$ í ) a © l r ¼ # _ XRD J ` ¦

Ð# ï r . Figure 1\ ³ ðr ) a ü < ° ú s @ /Â Òì r _ r] X x

s ß ¼ H Pb-1212 ½ ¨ ¸_ © Ü ¼ Ð x 9 Qt Ã º B ^ ½ + É Ã º e

%

3 Ü ¼ 9, © _ í H ¸ H Er _ u ¨ 8 | ¾ Ó y° ú כs 0.3 \ " f 0.5 t

7 £ x | ¨ c M : ¾ Ó © ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Õ ª s Ê ê_ 7 £ x \ " f H © _ í

H ¸ ¾ Ó © ÷ &t · ú § ¤ . Figure 2_ õ H s [ þ t r ¼ # [

þ

t _ q $ ½ Ó : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . Er_ u ¨ 8 | ¾ Ó y° ú כs 0.3 - 0.5 % ò % i { 9 M : í ¸ s : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . s õ

H 7 á x A \ (Pb,Ga)-1212> _ í ¸ ½ ¨ [17]\ " f © · ú _

\ P % o Ð H í ¸ : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § H H õ

(3)

Fig. 2. Resistivity data for (Pb 0.6 Ga 0.4 )Sr 2 (Ca 1−y Er y ) Cu 2 O z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) samples.

Fig. 3. Room-temperature thermoelectric power data for (Pb _0.6 Ga _0.4 )Sr ₂ (Ca _1−y Er _y )Cu ₂ O _z (0.3 ≤ y ≤ 0.7)

ü

< H ß ¼> @ /q ) a . ô Ç¼ # , x = 0.6 s © \ " f H í ¸

s : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § ¤Ü ¼ 9, : £ ¤ y x = 0.7_ â Ä º ì ø Í

¸^ ° ú É r q $ ½ Ó : £ ¤$ í ` ¦ Ð# Å Ò% 3 . ½ ¨o í ß oÓ ü t í

¸^ _ â Ä º í ¸ : £ ¤$ í s f . Ë0 l x ¸\ o H d` ¦ ¦

9 Fig. 1_ õ H Er u ¨ 8 \ f . Ë0 l x ¸ o H

d` ¦ Ð# ï r .

@

/Â Òì r _ ½ ¨o í ß oÓ ü t _ â Ä º ½ ¨o ¨ î _ f . Ë0 l x ¸ü < ©

: r \ P l § 4 ° ú כõ y © ô Ç © ' a ' a > e 6 £ § s â + « >& h Ü ¼ Ð µ

1 ß) 4 R e Ü ¼ 9, f . Ë0 l x ¸ (p)ü < í ¸^ _ e > : r ¸ (T c )

Fig. 4. XRD patterns for (Pb 1−x Ga x )Sr 2 (Ca 0.5 Er 0.5 ) Cu 2 O z (0.2 ≤ x ≤ 0.75) samples. Peaks due to impurity phases are denoted by asterisk and dagger.

s H % i s < ÊÃ º_ ' a > (T ^c /T M AX = 1 - 82.6(p- 0.16) ² , T max = > _ þ j ¦ e > : r ¸) $ í w n ÷ & 9, ½ ¨o

¨ î

{ © f . Ë 0 l x ¸ 0.16 { 9 M : þ j ¦_ e > : r ¸ ' a8 £ ¤H d s

· ú 94 R e . " f ½ ¨o í ß oÓ ü t í ¸^ _ f . Ë 0 l x

¸ H þ j& h _ f . Ë 0 l x ¸ © I ü < þ j& h f . Ë0 l x ¸ Ð & h É r f . Ë

9 © I ü < þ j& h f . Ë0 l x ¸ Ð ´ ú § É r f . Ë õ e ç © I Ð ½ ¨ ì

r| ¨ c Ã º e Ü ¼ 9, f . Ë 0 l x ¸ 0.05 Ð & h 0.27 Ð

´ ú

§` ¦ M : H í ¸ : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú §6 £ § s · ú 94 R e

. ¢ ¸ô Ç © : r \ P l § 4 É r þ j& h f . Ë © I { 9 M : 1 ∼ 2 µV _

\ P l § 4 ° ú כ` ¦ ? / 9, f . Ë0 l x ¸ y è½ + É Ã º2 ¤ ª _

° ú כÜ ¼ Ð 7 £ x ÷ & 9, f . Ë õ e ç © I \ " f H \ P l § 4 ° ú כ s

6 £ § _ ° ú כÜ ¼ Ð y è < Ês · ú 94 R e [20]. Figure 3

É r (Pb 0.6 Ga _0.4 )Sr ₂ (Ca _1−y Er _y )Cu ₂ O _z r ¼ # [ þ t _ © : r \ P l

§ 4 : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . \ P l § 4 8 £ ¤& ñ õ H ¸ H r

¼

# s f . Ë 9 © I \ e 6 £ §` ¦ ? / 9, Er u ¨ 8 ° ú כ (y)s 0.5\ ¦ íõ # 7 £ x | ¨ c M : í ¸ s : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &t

· ú

§ H כ É r r ¼ # _ f . Ë 0 l x ¸ Eru ¨ 8 | ¾ Ó_ 7 £ x Ð y è l

M :ë H Ü ¼ Ð [ O " î ) a . s õ H +2 _ Ca @ / +3

_ Ers u ¨ 8 H d \ f . Ë0 l x ¸ y è H ´ òõ Er u

¨ 8 \ \ V © ÷ & H ç ß _ í ß è| ¾ Ó 7 £ x ´ òõ Ð ß ¼ l

M :ë H Ü ¼ Ð [ O " î ) a . ô Ç¼ # y° ú כs 0.5 Ð y è½ + É M : H

©

@ /& h Ü ¼ Ð \ P l § 4 _ o & h Ü ¼ 9, " f f . Ë 0 l x ¸ _

o ¸ & h 6 £ §` ¦ · p . s H y ° ú כs 0.5 Ð y è½ + É M

: \ V © ÷ & H f . Ë 0 l x ¸_ 7 £ x \ ¦ ~ ½ ÓK H í ß è| ¾ Ó_ o

(4)

Fig. 5. Resistivity data for (Pb _1−x Ga _x )Sr ₂ (Ca _0.5 Er _0.5 ) Cu ₂ O _z (0.2 ≤ x ≤ 0.75) samples.

\

¦ í < Ê H # Q " o e 6 £ §` ¦ ? / H כ Ü ¼ Ð ^ ¦ Ã º e

.

© l _ z ´+ « > õ \ ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð Eru ¨ 8 | ¾ Ó y\ ¦ 0.5 Ð ¦

&

ñ ô Ç Ê ê (Pb 1−x Ga _x )Sr ₂ (Ca _0.5 Er _0.5 )Cu ₂ O _z (0.2 ≤ x ≤ 0.75) ¸$ í Ü ¼ Ð r ¼ # ` ¦ ½ + Ë$ í ô Ç Ê ê 8 £ ¤& ñ ) a XRD J s Fig. 4 \ e . Figure 4_ õ H Ga _ u ¨ 8 | ¾ Ó x ° ú כs % 6 £ § 7 £ x | ¨ c M : Ô ¦í HÓ ü t _ y © ¸ y è # , Pb- 1212 © _ í H ¸ ¾ Ó © ÷ & 9, 0.3 ? /t 0.4{ 9 M : _ é ß { 9

© _ : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . Õ ª Q x° ú כs 0.5 s © \ " f H

r © _ í H ¸ f ` ¦ Ð# ï r . þ j è 5 p xZ O Ü ¼ Ð

>

í ß ) a r ¼ # _ © Ã º° ú כ_ o H Ga u ¨ 8 | ¾ Ós 7 £ x

| ¨

c M : a » ¡ ¤ U ´s H é ß ¸ > 7 £ x H ì ø Í c » ¡ ¤ U ´s

H é ß ¸ > y è < Ê` ¦ Ð# Å Ò% 3 Ü ¼ 9, x = 0.2 { 9 M : a = 3.832(2) ˚ A, c = 11.82(1) ˚ A, x = 0.5 { 9 M : a = 3.836(2)

˚ A, c = 11.73(1) ˚ A% i . Figure 5 H s [ þ t r ¼ # _ q $ ½ Ó :

£ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . x = 0.2_ â Ä º í ¸ s : £ ¤$ í s 8 £ ¤

&

ñ % ò % i \ " f ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § ¤Ü ¼ Ga_ u ¨ 8 | ¾ Ós 7 £ x ÷ &

x = 0.3 ∼ 0.5 { 9 M : H í ¸ s : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3

. í ¸ s : £ ¤$ í É r x ° ú כs 0.4 t 7 £ x | ¨ c M : q $

½ Ós 0s ÷ & H : r ¸ ¾ Ó © ÷ & H : £ ¤$ í ` ¦ Ðs , x = 0.5

Ð 8¹ ¡ ¤ 7 £ x ÷ & © : r q $ ½ Ó ° ú כs 7 £ x ¦ í ¸ s

: £ ¤$ í s t 9, x = 0.75\ " f H í ¸ s : £ ¤$ í s

' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § ¤ . Õ ª QÙ ¼ Ð í ¸ : £ ¤$ í É r Ga u ¨ 8

|

¾ Ós 7 £ x | ¨ c M : é ß ¸ > o÷ &t · ú §6 £ §` ¦ Ð# ï r . f . Ë 0

l

x ¸_ o\ ¦ Æ Ò& ñ l 0 AK 8 £ ¤& ñ ) a © : r \ P l § 4

Fig. 6. Room-temperature thermoelectric power data for (Pb 1−x Ga x )Sr 2 (Ca 0.5 Er 0.5 )Cu 2 O z (0.2 ≤ x ≤ 0.75) samples.

H x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 x 9 0.75{ 9 M : y y 0.082, 0.089, 0.095, 0.084 x 9 0.071 % i . " f \ P l § 4 8 £ ¤& ñ õ

H Ga u ¨ 8 | ¾ Ó x 0.4 t 7 £ x | ¨ c M : f . Ë0 l x ¸ 7 £ x

ü < x 9 ] X y ' a ÷ & H כ Ü ¼ Ð ç ß Å Ò ) a . Ga_ u ¨ 8 \

íl f . Ë0 l x ¸ 7 £ x H כ É r +4 _ Pb +3_ Ga Ü ¼ Ð u ¨ 8 ÷ & H ´ òõ Ð H כ Ü ¼ Ð [ O " î | ¨ c Ã º e

. Õ ª Q Æ Ò& h Gau ¨ 8 | ¾ Ó_ 7 £ x Ð í ¸ : £ ¤$ í s

t ¦ f . Ë0 l x ¸ y è H : £ ¤$ í É r " é ¶ Ã º_ s Ð

ô Ç f . Ë 0 l x ¸ 7 £ x ´ òõ ü @\ ¸ u ¨ 8 \ f . Ë s ² D G F o

÷

& f . Ë0 l x ¸ ¸y 9 y è÷ & H ´ òõ ¸ 1 l x ì ø Í 9 s [

þ

t ´ òõ 8 H כ Ü ¼ Ð Æ Ò& ñ ½ + É Ã º e . u ¨ 8 \ f . Ë 0

l

x ¸ y è½ + É Ã º e H כ ¹ Ü ¼ Ð H u ¨ 8 \ _ K r ¼ # _ í

ß è| ¾ Ós y è H כ s . +4_ Pb +3_ GaÜ ¼

Ð u ¨ 8 | ¨ c M : r ¼ # _ é ß í H ô Ç l & h × æ$ í ` ¦ ¦ 9 ç ß

_ í ß è y è½ + É 0 p x$ í s e . Pb ⁴⁺ _ s : r ì ø Ít 2

£ § [21] s 0.775 ˚ A s ¦ Ga ³⁺ _ s : r ì ø Ít 2 £ § s 0.62 ˚ Ae

`

>

7 £ x % i Ü ¼ 9, s H í ß è| ¾ Ó_ y èü < ' a ÷ & H כ Ü ¼

Ð Æ Ò& ñ ) a . ô Ç¼ # { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð o½ + ËÓ ü t \ ª s : r s u ¨ 8

> ÷ & H Á º| 9 " f\ ¦ Ä »µ 1 Ï > ÷ & 9, s Qô Ç Á º| 9 " f H

& h Ü ¼ Ð f . Ë` ¦ ² D G F o f . Ë ² ú ` ¦ ~ ½ ÓK # f . Ë0 l x ¸

(5)

_

y è´ òõ \ ¦ 4 R` ¦ Ã º e H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [22–

25]. Figure 1 _ XRD r] X J \ " f Er_ u ¨ 8 | ¾ Ó y

£ ¤$ í É r Á º| 9 " f_ 7 £ x ü < ' a s e ` ¦ כ Ü ¼ Ð ¸ Æ Ò& ñ ) a

. Õ ª QÙ ¼ Ð u ¨ 8 ` ¦ : x K í ¸ : £ ¤$ í ` ¦ þ j& h o l 0 A K

" f H f . Ë0 l x ¸_ þ j& h oü < Á º| 9 " f : £ ¤$ í _ ] j# Q ¸¿ º

9 כ ¹ô Ç כ Ü ¼ Ð « Ñ ) a .

IV. + s Ç Â ] Ø

(Pb 0.6 Ga 0.4 )Sr 2 (Ca 1−y Er y )Cu 2 O z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) ¸$ í _

Pb-1212 ½ ¨ ¸_ © s + þ A$ í H d` ¦ · ú Ã º e % 3 Ü ¼ 9, y = 0.5 { 9 M : 0.3 ≤ x ≤ 0.5, Õ ªo ¦ x = 0.4{ 9 M : 0.3 ≤ y ≤ 0.5% ò % i \ " f © · ú _ \ P % o Ð ¸ í ¸ s : £ ¤$ í s ' a 8

£

$ í

8 £ ¤& ñ õ H ¸ H r ¼ # s þ j& h _ f . Ë0 l x ¸ Ð H & h É r f

¨ 8 | ¾ Ó` ¦ ¸] X # Â Òì r& h Ü ¼ Ð ¸] X ½ + É Ã º e 6 £ §` ¦ Ð# Å

Ò% 3 . : £ ¤ y , x = 0.4, y = 0.5 { 9 M : 23 K\ " f í ¸

s r ÷ & 9, 12 K\ " f q $ ½ Ós 0s H d s ' a8 £ ¤ ÷ &

%

3 . : r ½ ¨_ õ H ¢ ¸ô Ç u ¨ 8 ` ¦ : x K ½ ¨o í ß oÓ ü t

í ¸^ _ e > : r ¸\ ¦ þ j& h o l 0 AK " f H f . Ë0 l x ¸_ þ

j& h o ÷ r m Á º| 9 " f : £ ¤$ í _ ] j# Q ¸ × æ כ ¹ < Ê` ¦ Ð# Å

Ò% 3 .

P

c p 8 ý ò k >

: r ½ ¨_ Ã º' × æ ^ " é ¶ ç H s { 9 Â Òz ´+ « >\ ¸¹ ¡ §` ¦ Å Ò

%

Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 .

REFERENCES

[1] R. J. Cava, B. Batlogg, J. J. Krajewski, L. W.

Rupp and L. F. Schneemeyer et al., Nature 336, 211 (1988).

[2] M. A. Subramanian, J. Gopalaklishnan, C. C.

Toradi, P. L. Gai and E. D. Boyes et al., Physica C 157, 124(1989).

[3] J. Y. Kim, J. S. Swinnea and H. Steinfink, Mater.

Res. 4, 761 (1989).

[4] A. Ono, Y. Uchida and S. Takenouchi, Jpn. J. Appl.

Phys. 29, L1086 (1990).

[5] X. X. Tang, D. E. Morris and A. P. B. Sinha, Phys.

Rev. B 43, 7936 (1991).

[6] T. Rouillon, J. Provost, M. Hervieu, D. Groult and C. Michel et al., Physica C 159, 201 (1989).

[7] T. Rouillon, A. Maignan, M. Hervieu, C. Michel and D. Groult et al., Physica C 171, 7 (1990).

[8] H. B. Liu, D. E. Morris and A. B. P Sinha, Physica C 204, 262 (1993).

[9] T. P. Beales, C. Dineen, W. G. Freeman, D. M. Ja- cobson and S. R. Hall et al., Supercond. Sci. Technol.

5, 47 (1992).

[10] W. Widder, M. Fanz, L. Bauernfeind and H. F.

Braun, Physica C 217, 121 (1993).

[11] H. K. Lee, Physica C 308, 289 (1998).

[12] H. K. Lee and G. J. Han, Supercond. Sci. Technol.

12, 177 (1999).

[13] H. K. Lee and C. S. Jee, Prog. Supercond. 2, 6 (2000).

[14] H. Sasakura, Y. Akagi, M. Tanaka, S. Tsukui and M. Adachi , J. Supercond. Nov. Magn. 27, 5 (2014).

[15] H. K.Lee, Prog. Supercond. 1, 9 (1999).

[16] R. S. Liu, P. T. Wu, S. F. Wu, W. N. Wang and P.

P. Edwards, Physica C 165, 111 (1990).

[17] Ph. Daniel, A. Maignan, D. Groult, M. Hervieu and B. Raveau, Physica C 210, 209 (1993).

[18] H. K. Lee, J. Korean Phys. Soc. 36, 384 (2000).

[19] H. K. Lee and T. Y. Kim, Physica C 321, 183 (1999).

[20] J. L. Tallon, C. Bernhard, H. Shaked, R. L. Hitter- man and J. D. Jorgensen, Phys. Rev. B 51, 12911 (1995).

[21] R. D. Shannon, Acta Cryst. A 32, 751 (1976).

[22] J. P. Attfield, A. L. Kharmanov and J. A. McAllis- ter, Nature 394, 157 (1998).

[23] H. K. Lee, J. Supercond. Nov. Magn. 21, 3211 (2007).

[24] H. K. Lee and B. S. Seong, J. Korean Phys. Soc. 53, 3650 (2008).

[25] H. K. Lee, J. Supercond. Nov. Magn. 24, 1381

(2011).

A search for superconductivity has been made for samples with compositions of (Pb

Synthesis of New (Pb,Ga)Sr 2 (Ca,Er)Cu 2 O z Superconductors under Ambient Pressure

H. K. Lee ∗

Department of Physics, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea (Received 29 July 2014 : revised 5 August 2014 : accepted 5 August 2014)

A search for superconductivity has been made for samples with compositions of (Pb

Ga

)Sr

(Ca

Er

)Cu

O

(0.3 ≤ y ≤0.7) and (Pb

Ga

)Sr

(Ca

Er

)Cu

O

, of about 23 K and a zero-resistivity temperature of 12 K. Thermoelectric power measurements indicate that the hole concentration of the sample can be varied by using both the Ga content in the (Pb,Ga) sites and the Er content in the (Ca,Er) sites.

PACS numbers: 74.72.-h, 74.72.Jt, 74.62.Bf, 74.25.Fy

Keywords: Synthesis, (Pb,Ga)Sr

(Er,Ca)Cu

O

, New superconductor

:

0z ºÆ U Ø (Pb,Ga)Sr 2 (Ca,Er)Cu 2 O z  ¾ ¹ Åy ¢= k8 ý V ê s°  q ¶  ¥V R Ë

T

 Ú£ Ó ∗

y

© " é ¶ @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , ð  r  ; 200-701

(2014¸  7 Z 4 29{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2014¸  8 Z 4 5{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2014¸  8 Z 4 5{ 9  > F  S X & ñ )

D

h Ðî  r  í   ¸^ _  0 p x$ í `  ¦  ¸  l  0 AK   ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð (Pb

Ga

)Sr

(Ca

Er

)Cu

O

(0.3 ≤ y ≤ 0.7) x 9 (Pb

Ga

)Sr

(Ca

Er

)Cu

O

(0.2 ≤ x ≤ 0.75)  ¸$ í _  r ¼ # `  ¦  © · ú \ " f ½ + Ë

$ í

%

i  . \ P l   § 4 8 £ ¤& ñ   õ  Ð Â Ò'  r ¼ # _  f . Ë 0 l x  ¸  H (Pb,Ga)  o _  Ga õ  (Ca,Er) o _  Er_  u  ¨ 8 

|

¾ Ó`  ¦  ¸] X  #    or ~ ´ Ã º e  6 £ §`  ¦ · ú  Ã º e  % 3  .

PACS numbers: 74.72.-h, 74.72.Jf, 74.62.Bf, 74.25.Fy Keywords: ½ + Ë$ í , (Pb,Ga)Sr

(Er,Ca)Cu

O

, D h Ðî  r  í   ¸^ 

E-mail: hklee221@kangwon.ac.kr

947

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

medium, provided the original work is properly cited.

I. " e Â ] Ø

Cava 1 p x \  _ K  þ j í_  Pb\    H  ô  Ç  í   ¸^   Pb 3 Sr 2 (Ca,Y)Cu 2 O 8 (Pb-3212) o½ + ËÓ ü t [1] s  µ 1 Ï|  ) a Ê ê /

B I (Pb,Cu)Sr 2 (Ca,Y)Cu 2 O 7−δ (Pb-1212) >  o½ + ËÓ ü t [2, 3] s  µ 1 Ï| ÷ &% 3  . s  o½ + ËÓ ü t É r  íl   í   ¸ : £ ¤$ í s   ' a 8

£

¤ ÷ &t  · ú §  ¤t ë ß  Õ ª ½ ¨ ¸  H YBa 2 Cu 3 O 7 (Y-123) _  ½ ¨



¸ü < B Ä º Ä »  < Ês  µ 1 ß) &   . 7 £ ¤, Pb-1212 >   H Y-123

>

_  Cu-O ^   s  rock-salt + þ A_  (Pb,Cu)8 £ x Ü ¼ Ð, Bas  Sr Ü ¼ Ð, Y (Ca,Y) Ð @ /u   ) a ½ ¨ ¸s  . s  Qô  Ç ½ ¨ ¸& h Ä

» $ í `  ¦   ½ ÓÜ ¼ Ð Pb-1212 ½ ¨ ¸  ' aº  o½ + ËÓ ü t \ " f  í 



¸ : £ ¤$ í _   ' a8 £ ¤ 0 p x$ í \  @ /ô  Ç ´ ú § É r   ½ ¨ Ã º'  ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Õ ª   õ  (Pb,M)Sr 2 (R,Ca)Cu 2 O z (R = Y, ¢ ¸  H B Ð À

Ó " é ¶  è)  ¸$ í \ " f M s  Cu [4,5], Sr [6], Ca [7], Mg [8], Cd [9], V [10,11], Ti [12], Sn [13], W [14] 1 p x { 9  M :  í 



¸^  H  d s  µ 1 ß) &   . : £ ¤ y  s [ þ t Pb-1212 > _   í   ¸

^

 : £ ¤$ í  É r \ P % o   ¸| \  B Ä º   y   >    o÷ &  H : £ ¤$ í s

 · ú  94 R e  Ü ¼ 9, @ /Â Òì  r  ¦ : r \ " f \ P % o  Ê ê  ©  : r Ü ¼ Ð /

å LÍ  t½ + É M :  í   ¸^  ÷ &    í   ¸ : £ ¤$ í s   ¾ Ó © ÷ &  H :

Synthesis of New (Pb,Ga)Sr ₂ (Ca,Er)Cu ₂ O _z Superconductors under Ambient Pressure

H. K. Lee ^∗

0z ºÆ U Ø (Pb,Ga)Sr ² (Ca,Er)Cu ₂ O _z ¾ ¹ Åy ¢= k8 ý V ê s° q ¶ ¥V R Ë

Ú£ Ó ^∗

© " é ¶ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , ð r ; 200-701

(2014¸ 7 Z 4 29{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2014¸ 8 Z 4 5{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2014¸ 8 Z 4 5{ 9 > F S X & ñ )

h Ðî r í ¸^ _ 0 p x$ í ` ¦ ¸ l 0 AK ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð (Pb

(0.2 ≤ x ≤ 0.75) ¸$ í _ r ¼ # ` ¦ © · ú \ " f ½ + Ë

i . \ P l § 4 8 £ ¤& ñ õ Ð Â Ò' r ¼ # _ f . Ë 0 l x ¸ H (Pb,Ga) o _ Ga õ (Ca,Er) o _ Er_ u ¨ 8

¾ Ó` ¦ ¸] X # or ~ ´ Ã º e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 .

, D h Ðî r í ¸^

Cava 1 p x \ _ K þ j í_ Pb\ H ô Ç í ¸^ Pb 3 Sr 2 (Ca,Y)Cu 2 O 8 (Pb-3212) o½ + ËÓ ü t [1] s µ 1 Ï| ) a Ê ê /

B I (Pb,Cu)Sr 2 (Ca,Y)Cu ₂ O _7−δ (Pb-1212) > o½ + ËÓ ü t [2, 3] s µ 1 Ï| ÷ &% 3 . s o½ + ËÓ ü t É r íl í ¸ : £ ¤$ í s ' a 8

¤ ÷ &t · ú § ¤t ë ß Õ ª ½ ¨ ¸ H YBa 2 Cu 3 O 7 (Y-123) _ ½ ¨

¸ü < B Ä º Ä » < Ês µ 1 ß) & . 7 £ ¤, Pb-1212 > H Y-123

_ Cu-O ^ s rock-salt + þ A_ (Pb,Cu)8 £ x Ü ¼ Ð, Bas Sr Ü ¼ Ð, Y (Ca,Y) Ð @ /u ) a ½ ¨ ¸s . s Qô Ç ½ ¨ ¸& h Ä

» $ í ` ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð Pb-1212 ½ ¨ ¸ ' aº o½ + ËÓ ü t \ " f í

¸ : £ ¤$ í _ ' a8 £ ¤ 0 p x$ í \ @ /ô Ç ´ ú § É r ½ ¨ Ã º' ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Õ ª õ (Pb,M)Sr 2 (R,Ca)Cu ₂ O _z (R = Y, ¢ ¸ H B Ð À

Ó " é ¶ è) ¸$ í \ " f M s Cu [4,5], Sr [6], Ca [7], Mg [8], Cd [9], V [10,11], Ti [12], Sn [13], W [14] 1 p x { 9 M : í

¸^ H d s µ 1 ß) & . : £ ¤ y s [ þ t Pb-1212 > _ í ¸

: £ ¤$ í É r \ P % o ¸| \ B Ä º y > o÷ & H : £ ¤$ í s

· ú 94 R e Ü ¼ 9, @ /Â Òì r ¦ : r \ " f \ P % o Ê ê © : r Ü ¼ Ð /

å LÍ t½ + É M : í ¸^ ÷ & í ¸ : £ ¤$ í s ¾ Ó © ÷ & H :

£ ¤$ í ` ¦ Ð# Å Ò% 3 [15]. Õ ª X < s [ þ t í ¸^ × æ : £ ¤ y M s + 3 In [16]õ Ga [17] _ â Ä º H y y Pb-1212

© _ + þ A$ í s B Ä º # Q§ > , 20 l · ú s © _ ¦· ú í ß

è Ð \ P % o K ë ß í ¸ : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤H d s · ú 94 R e

. : r ½ ¨\ " f H (Pb,Ga)Sr 2 (Ca,Er)Cu 2 O z > _ â Ä º

© · ú _ \ P % o Ð ¸ í ¸^ | ¨ c Ã º e 6 £ §` ¦ % 6 £ § Ü ¼ Ð µ

1 ß+ À I .

¼ # É r ¦ © ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼ Ð ½ + Ë$ í Ù þ ¡Ü ¼ 9, ½ + Ë$ í M : í H

¸ 99.9% s © _ PbO, Ga 2 O ₃ , SrCO ₃ , CaCO ₃ , Er 2 O 3 x 9 CuO ì r ´ ú s s 6 x ÷ &% 3 . r ¼ # É r (Pb _0.6 Ga _0.6 )Sr ₂ (Ca _1−y Er _y )Cu ₂ O _z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) x 9

(Pb _1−x Ga x )Sr 2 (Ca 0.5 Er 0.5 )Cu 2 O z (0.2 ≤ x ≤ 0.75) _

¸$ í Ü ¼ Ð & ñ | ¾ Óô Ç Ê ê D ¥ ½ + Ë, ì r W õ & ñ ` ¦ 2 ; Ê ê f â 1.2 cm _ ò Á ! Á + þ AI Ð $ í + þ AÙ þ ¡ . $ í + þ Aô Ç r ¼ # É r È ÓÚ Ô+ þ A

l Ð\ ¦ s 6 x # $ 800 ^◦ C \ " f 10r ç ß 1 l x î ß / B N l

æ \ " f \ P % o ô Ç Ê ê l Ð ? /\ " f " fÍ t % i . \ P % o

)

a r ¼ # É r r ì r W x 9 $ í + þ Aõ & ñ ` ¦ 2 ; Ê ê / B N l × æ \

f 900 ^◦ C \ " f 5r ç ß Õ ªo ¦ 930 ^◦ C \ " f 12r ç ß è

% o ô Ç Ê ê © : r Ü ¼ Ð " fÍ tÙ þ ¡ .

è ) a r ¼ # _ X- r] X (XRD) ì r$ 3 É r Cu Kα ` ¦ s

6 x ô Ç X- r] X © u (PANalytical X’pert-pro MPD)

s 6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9, r ¼ # _ q $ ½ Ó : £ ¤$ í É r É rÛ ¦` ¦ s 6 x

] X Ã Ì ) a 4 é ß ] X & h Z O Ü ¼ Ð 10 mA_ À Ó\ ¦ f Ë 9 10 K- © : r % ò % i \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . \ P l § 4 8 £ ¤& ñ É r p ì

r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨o ` ¦ s 6 x # © : r \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, þ

j7 á x& h Ü ¼ Ð ½ ¨o _ © : r \ P l § 4 ` ¦ Ð& ñ [18] # r

# _ ] X @ / \ P l § 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ Ù þ ¡ .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý

(Pb 1−x V x )Sr 2 (Ca 1−y R y )Cu 2 O z ¸$ í _ 1212 > í

¸^ \ @ /ô Ç F g# 3 ô Ç ½ ¨ õ [11, 19] H V _ u ¨ 8

¾ Ó x ° ú כs 0.3 - 0.5 % ò % i { 9 M : _ é ß { 9 © r ¼ # ` ¦

+ Ë$ í ½ + É Ã º e 6 £ §` ¦ Ð# Å Ò% 3 . Õ ªo # Ä ºo H $ (Pb 0.6 Ga 0.4 )Sr 2 (Ca 1−y Er y )Cu 2 O z (0.3 ≤ y ≤ 0.7) _ r

# ` ¦ ½ + Ë$ í Ù þ ¡ . Figure 1 É r z ´+ « > ~ ½ ÓZ O \ " f / å L ) a / B N l ì

r 0 Al Ð \ P % o # ½ + Ë$ í ) a © l r ¼ # _ XRD J ` ¦

Ð# ï r . Figure 1\ ³ ðr ) a ü < ° ú s @ /Â Òì r _ r] X x

s ß ¼ H Pb-1212 ½ ¨ ¸_ © Ü ¼ Ð x 9 Qt Ã º B ^ ½ + É Ã º e

3 Ü ¼ 9, © _ í H ¸ H Er _ u ¨ 8 | ¾ Ó y° ú כs 0.3 \ " f 0.5 t

7 £ x | ¨ c M : ¾ Ó © ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Õ ª s Ê ê_ 7 £ x \ " f H © _ í

H ¸ ¾ Ó © ÷ &t · ú § ¤ . Figure 2_ õ H s [ þ t r ¼ # [

t _ q $ ½ Ó : £ ¤$ í ` ¦ Ð# ï r . Er_ u ¨ 8 | ¾ Ó y° ú כs 0.3 - 0.5 % ò % i { 9 M : í ¸ s : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . s õ

H 7 á x A \ (Pb,Ga)-1212> _ í ¸ ½ ¨ [17]\ " f © · ú _

\ P % o Ð H í ¸ : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § H H õ

Fig. 3. Room-temperature thermoelectric power data for (Pb _0.6 Ga _0.4 )Sr ₂ (Ca _1−y Er _y )Cu ₂ O _z (0.3 ≤ y ≤ 0.7)

< H ß ¼> @ /q ) a . ô Ç¼ # , x = 0.6 s © \ " f H í ¸

s : £ ¤$ í s ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § ¤Ü ¼ 9, : £ ¤ y x = 0.7_ â Ä º ì ø Í