17. Y 0.6 Gd 0.4 Ba 2 Cu 3-x Nb x O 7
Transkript
17. Y 0.6 Gd 0.4 Ba 2 Cu 3-x Nb x O 7
Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ SÜPERİLETKENİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ Mücahit Yılmaz, Oğuz Doğan Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Fizik Eğitimi ABD Meram-Konya, mucahit@selcuk.edu.tr ÖZET Katıhal tepkime yöntemi kullanılarak hazırlanan YBa2Cu3O7-δ (YBCO) süperiletken malzemesinde Y bölgesine Gd ve Cu bölgesine Nb katkıları aynı anda yapılmıştır. Y bölgesine yapılacak katkı için %60 Y ve %40 Gd miktarları tercih edilmiştir. Cu bölgesine yapılacak Nb katkılaması için değişen konsantrasyonlar kullanılmıştır. Elde edilen Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x = 0.025, 0.125 ve 0.225) süperiletken malzemeleri, X-Işınları Kırınımı (XRD), polarize optik mikroskop ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenerek yapısı açıklanmaya çalışılmıştır. Polarize optik mikroskop fotoğraflarına ve SEM mikrofotoğraflarına bakılarak taneciklerin şekilleri, yönelimleri, büyüklükleri ve tanecikler arası boşluklar incelenmiştir. Kristal fazları, safsızlıkları ve örgü sabitleri XRD analizlerinden bulunmuştur. Yapılan incelemeler sonucunda YBCO seramiğinde, Y yerine kısmi Gd katkılaması, malzemenin yapısal özelliklerini (tanecik büyüklükleri, tanecikler arası boşluklar ve örgü parametresi) iyileştirdiği, Nb’un ise yapıya giremediği veya çok az girdiği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Süperiletkenlerde katkılama, YBCO üzerine katkılama etkileri, YBCO süperiletkenine Gd ve Nb katkılaması. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 STRUCTURAL PROPERTIES OF Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ SUPERCONDUCTOR Mücahit Yılmaz, Oğuz Doğan Selcuk Üniversity Ahmet Keleşoğlu Education Faculty Department of Physics Meram-Konya, mucahit@selcuk.edu.tr ABSTRACT Using solid state reaction tecnique, Gd and Nb have been doped simultaneously into Y site and Cu site in YBa2Cu3O7-δ (YBCO) superconducting material, respectively. For doping to the Y site 60% Y and 40% Gd amounts have been preferred. For Nb doping to the Cu site different Nb concentrations have been used. Obtained Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x = 0.025, 0.125 and 0.225) superconducting materials have been investigated with X-Ray Diffraction (XRD), polarized optical microscope and Scanning Electron Microscope (SEM) and tried to explain their structure. From SEM microphotographs and polarized optical photographs, shapes, orientations and sizes of superconducting grains and spaces between the grains of samples have been observed. Also crystal phases, impurities, lattice parameters could be obtained from XRD analysis. At the result of investigations, partial substitution of Gd instead of Y sites in YBCO ceramic affected positively the structural properties of samples (sizes of grains, spaces between grains and lattice parameters). It has been assigned that Nb did not replace or entered the small amount to the structure. Keywords: Doping on superconductors, Effect of doping on YBCO, Doping of Gd and Nb to YBCO. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal 257 GİRİŞ Yüksek sıcaklık süperiletkenlerinden olan YBCO-123 süperiletkeninde en uygun yer değiştirme, İtriyum (Y) ile herhangi bir nadir toprak elementi (Lantanit) arasında olmaktadır (Sheahen 1994). Lantanit serisinden olan Gd’nin YBCO bileşiğine katkılanmasına ilişkin pek çok çalışma yapılmıştır. Y1-xGd xBa2Cu3O7-δ yapısında x = 0.6 haricinde x’in artışıyla bileşiklerin normal durum özdirençlerinde artışlar (Hong, Ho ve Kim 1989), Gd1-xYxBa2Cu3O7-y ince filminde x’in arışıyla magnetik alan altında Jc değerlerinde artışlar gözlemlemişlerdir (Wang, Li, Yin, Li, Ron, Dong, Wu, Chen ve Zhao 1995). Y yerlerine Gd’nin yerdeğiştirmesi, Y2BaCuO5 parçacıklarının boyutlarının azalmasına, alan-gerilim çivilemeye ve manyetik çivilemeye neden olmaktadır. Bu da Jc ve akı çivilemesindeki artışları açıklayabilmektedir (Feng, Zhou, Wen, Koshizuk, Sulpice, Tholence, Vallier ve Monceau 1998). Y1-xGd xBa2Cu3O7 çok kristalinde yapının ortorombik ve Gd içeriğinin artışıyla örgü parametrelerinde büyümenin olduğu (El Ali, Azezb, Al-Omaric, Shobakia, Hasan, Albissb, Khasawnieha, Ziqd ve Salem 2002) ve x = 0.4 değerinde RE123 karışımının homojen ve en yüksek Jc ve Tc değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir (Yulei, Ling, Hongtao ve Minghui 2004). YBCO-123 yapısına Gd difüzyon edildiğinde tanecikler arasındaki çiftlenmenin karakteristik gerilimi Jc ve Tc değerlerini artırarak kritik sıcaklığı 88 K’den 91 K’e ve Jc akım yoğunluğu 55 A/cm2’den 122 A/cm2’ye çıkarmıştır. Gd difüzyonu ile elde edilen bu gelişme, tanecikler arası bağlanmanın karakteristik bir dayanım kuvveti olduğu şeklinde yorumlanmıştır (Öztürk, Çelik, Çevik ve Yanmaz, 2007). YBCO serisine Nb katkılamasına ilişkin oldukça az çalışma mevcuttur ve bu çalışmalar YBa2Cu3O7-δ yapısında Cu bölgesine yapılan katkılama çalışmalarını kapsamaktadır. YBa2Cu3-xNbxO7 malzemesinde x = 0.21 değerinde süperiletkenyalıtkan geçişi olduğu ve YBCO’ya Nb ilavesiyle süperiletken taneciklerinin dayanımının azaldığı (Grekhov, Delimova, Liniychuk, Lyublinsky, Semchinova ve Baydakova 1994), Laser Ablation Tekniği ile SrTiO3 üzerine büyütülen YBa2Cu3-xNbxOy ince filminde x = 0.025 ve x = 0.05 değerleri için süperiletken özelliklerin geliştiği ve en yüksek Jc değerlerinin gözlendiğini rapor edilmiştir (Srinivas, Bhatnagar, Pinto, Pai, Apte, Purandare ve Dsousa 1995). Ayrıca YBaCuNbO yapısının ortorombik özellik gösterdiği ve YBCO filmleri büyütmek için uygun olduğu tespit edilmiştir (Grekhov, Baydakova, Borevich, Davydov, Delimova, Liniichuk ve Lyublinsky 1997; Grekhov, Delimova, Liniichuk, Lyublinsky, Veselovsky, Titkov, Dunaevsky ve Sakharov 1999). Bu çalışmada YBCO yapısına hem Gd hem de Nb katkılaması yapılmıştır. Gd katkılaması için en uygun yer Y bölgesidir. GdBa2Cu3O7-δ bileşiği YBa2Cu3O7-δ bileşiğinden daha iyi oksijen tutabilme özelliğine sahiptir fakat Gd tabanlı bileşik oksijen eksikliğinde çok çabuk süperiletken özelliklerini yitirmektedir (Taka, Teshima ve Nishida 2002). Bu yüzden Y bölgesine Gd katkılamasının yapılmasına karar verilmiştir. Böylece oksijen tutma özelliği YBCO’dan daha iyi oksijen eksikliklerinden GdBCO kadar çabuk etkilenmeyecek bir bileşik oluşturulması amaçlanmıştır. Katkılama oranları, YBCO yapısının daha baskın Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 258 M. Yılmaz, O. Doğan olması ve (Y-RE)BCO karışımının homojen olması amacıyla %60 Y ve %40 Gd oranları seçilmiştir. Nb atomları elektronegatiflik, örgü parametreleri ve bağ uzunlukları açısından Cu atomuna daha yakındır. Atomik çapı ise Cu atomundan daha büyüktür. Bu yüzden Nb atomlarının katkısı için Cu bölgesi seçilmiştir. YÖNTEM Deneysel aşamada üç farklı malzeme tipi sentezlemiştir. Bunlar: • Katkılananacak olan malzemelere referans teşkil etmesi amacı ile saf YBa2Cu3O7-δ malzemesi (Saf YBCO). • Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ (Gd-YBCO). • Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x = 0.025, 0.125, 0.225) Y2O3(99.995%), Gd2O3(99.99%), BaCO3(99%), CuO(99%), Nb(99.8%) tozlarından aşağıdaki formüller yardımıyla Saf YBCO, Gd-YBCO ve Gd,Nb katkılı bileşikler için katıhal tepkime yöntemi kullanılarak başlangıç karışımları hazırlanmıştır. Saf YBCO için 1/2 (Y2O3) + 2 (BaCO3) + 3 (CuO) Æ (YBa2Cu3O6.5) + 2 (CO2) Gd-YBCO için 3/10 (Y2O3) + 2/10 (Gd2O3) + 2 (BaCO3) + 3 (CuO) Æ (Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O6.5) + 2 (CO2) x=0.025 için 3/10 (Y2O3) + 2/10 (Gd2O3) + 2 (BaCO3) + 2.975 (CuO) + 0.025 (Nb) Æ (Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.975Nb0.025O6.5) + 2 (CO2) x=0.125 için 3/10 (Y2O3) + 2/10 (Gd2O3) + 2 (BaCO3) + 2.875 (CuO) + 0.125 (Nb) Æ (Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.875Nb0.125O6.5) + 2 (CO2) x=0.225 için 3/10 (Y2O3) + 2/10 (Gd2O3) + 2 (BaCO3) + 2.775 (CuO) + 0.225 (Nb) Æ (Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.775Nb0.225O6.5) + 2 (CO2) Tozlar, homojen bir karışım elde etmek için bir öğütücüde 6 saat ve agad havanda bir gün boyunca elde karıştırılmıştır. Daha sonra gri bir renk aldığı gözlenen toz karışımlar, alümina (Al2O3) potalara konularak kalsinasyon işlemine hazır hale getirilmiştir. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal 259 Toz haldeki karışımlar, kalibre edilmiş NABERTHERM marka ve N 11/R modelli kül fırınına yerleştirilmiştir. Fırın, oda sıcaklığından itibaren 925 oC’ye 3.75 oC/dakika hızla (4 saat) ısıtılmıştır. Toz karışımlar, bu sıcaklıkta 48 saat süreyle bekletilmiştir. Daha sonra oda sıcaklığına kadar 1.25 oC/dakika hızla (12 saat) soğutulmuştur. Toz karışımlar yaklaşık 1 gramlık miktarlarda, 13 mm çapa sahip tablet kalıbında 6.89 MPa basınç altında 5 dakika süreyle preslenerek silindirik tabletler (pellet) haline getirilmiştir. Sinterleme işlemi için malzemeler, önceden kalibre edilmiş CARBOLITE marka 201 modelli ve Eurotherm marka ve 2132 modelli kontrol paneline sahip tüp fırınına alümüna kayıkçık içinde yerleştirilmiş ve 10 oC/dakika ile 925 oC’ye ısıtılmıştır. Bu sıcaklıkta 1440 dakika bekletilmiş, 1440 dakikalık sürenin bitimine 30 dakika kala oksijen malzemeye (O2) verilmeye başlanmıştır. 1440 dakikanın bitiminden sonra sıcaklık 4 oC/dakika ile 550 oC’ye düşürülmüştür. Bu sıcaklıkta 720 dakika bekletilmiş ve 300 dakikada oda sıcaklığına düşürülmüştür. Oksijen verme işlemi sıcaklık 100 oC oluncaya kadar devam etmiştir. Üretilen malzemelerin X-ışını kırınım desenleri Rigaku Multiflex difraktometresinde 36 kV’luk gerilim ve 26 mA’lik akım uygulanarak elde edilen Cu-Kα ile 10o ≤ 2θ ≤ 60o aralığı için 5o/dakika tarama hızı ve 0.02o örnekleme aralığı kullanılarak elde edilmiştir. Malzemelerdeki kristallenmeyi ve tanecik büyüklüklerini gözlemlemek amacı ile her bir malzemenin optik fotoğrafları, Olympus GX41 marka optik mikroskop ve Moticam 3000 dijital görüntüleme aygıtı altında 500 kez büyültülerek çekilmiştir. Malzemelerin tanecik büyüklükleri, tanecik yönelimleri, kristallenme gibi nitel bilgileri için her bir malzemenin taramalı elektron mikroskobu yardımıyla görüntüleri elde edilmiştir. Görüntüler, JEOL marka ve JSM-6390LV modelli elektron mikroskobunda 20 kV potansiyel altında 3500 kere büyütme ile elde edilmiştir. En küçük kareler yöntemini kullanan bir bilgisayar programı yardımı ile her bir malzeme için örgü parametreleri hesaplanmıştır. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 260 M. Yılmaz, O. Doğan BULGULAR VE YORUMLAR Polarize optik fotoğraf görüntüleri Şekil 1. . YBa2Cu3O7-δ bileşiğine ait polarize optik mikroskop görüntüsü Şekil 2. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ bileşiğine ait polarize optik mikroskop görüntüsü Şekil 3. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.025) bileşiğine ait polarize optik mikroskop görüntüsü Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal 261 Şekil 4. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.125) bileşiğine ait polarize optik mikroskop görüntüsü Şekil 5. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.225) bileşiğine ait polarize optik mikroskop görüntüsü Polarize ışık demeti altında sırasıyla saf YBCO, Gd katklılı YBCO ve Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.025, 0.125 ve 0.225) malzemelerine ait çekilen fotoğraflar Şekil-1-5’te verilmiştir. Polarize optik mikroskop ile çekilen fotoğrafların incelenmesinden süperiletken kristallerin tanecik boyutlarının ve taneciklerin yönelimlerinin farklı olduğu açıkça görülmektedir. Mikrograflardaki siyah bölgeler boşlukları temsil etmektedir. Boşluk miktarının azalması kütlesel yoğunluğun artmasına neden olmaktadır. Ayrıca boşluk miktarının azalması sonucunda süperiletken özelliklerin iyileşitiği bilinmektedir (Parmenter 1968). Optik fotoğraflarda flu olarak gözlenen bölgeler odaklanan kısmın altında veya üstünde kalan bölgelerdir. Polarize ışık demeti altında çekilen mikrograflarda Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ bileşiklerinde Nb konsantrasyonunun artmasıyla daha da belirgin hale gelen ve beyaz halkalar içinde gösterilen kümelenmiş parlak renkli kristalimsi yapılar görülmektedir. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.125 ve 0.225) malzemelerinde belirgin şekilde gözlenen kristalimsi yapıların Nb miktarına bağlı olarak ortaya çıktığı dolayısı ile Nb içerdiği düşünülmektedir. Ayrıca Nb miktarının (x) artmasıyla birlikte tanecik boyutlarında küçülmenin meydana geldiği görülmektedir. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 262 M. Yılmaz, O. Doğan Süperiletken yapıya ait taneciklerin renkleri farklı tonlarda görülmektedir. Bu, kristallerin farklı büyüme yönlerine sahip olduklarını göstermektedir. Ayrıca hiçbir örnekte tercih edilebilir bir yönde büyüme olmamıştır. Gd katkılı YBCO’ya ait mikrografta taneciklerin diğer malzemelere göre büyük olduğu görülmektedir. Bu durumun genel olarak tüm malzemelere uygulanan sinterleme işlemi için seçilen sıcaklığın Gd katkılı YBCO kristallerinin büyümesine katkıda bulunmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) görüntüleri Şekil 6. . YBa2Cu3O7-δ bileşiğine ait SEM görüntüsü Şekil 7. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ bileşiğine ait SEM görüntüsü Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal Şekil 8. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.025) bileşiğine ait SEM görüntüsü Şekil 9. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.125) bileşiğine ait SEM görüntüsü Şekil 10. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x=0.225) bileşiğine ait SEM görüntüsü Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 263 264 M. Yılmaz, O. Doğan Bazı kristal yapılar içinde değişik nedenlerle yönelimi çevresinden farklı bölgeler vardır ki bu bölgeler; tanecik (grain) olarak tanımlanmaktadır. Tanecikler oluşumları esnasında çevrelerindeki atomik yerleşime uyum sağlayabilmek için kendi atomik düzenlerini de kısmen değiştirirler. Bu durumda kısmen farklı yönelimli aynı cins iki kristalin ara yüzeyinde tam uyumun sağlandığı ve sağlanamadığı noktaların oluşturduğu desen Moiré deseni olarak tanımlanmaktadır. Bu çok küçük tanecikli yapılar SEM mikrofotoğrafları ile açık bir şekilde gözlenebilmektedir. SEM ile elde edilen fotoğraflardan tanecik büyüklükleri, tanecik yönelimleri, tanecik sınırları, tanecikler arası boşluklar, uygulanan ısıl işlemlerin tanecikte meydana getirdiği değişiklikler incelenmiştir. Ancak SEM fotoğraflarından elde edilen görüntülerde, arka kısımdaki tanecikler daha küçük, ön kısımdaki tanecikler ise daha büyük görüneceği için, tanecik büyüklüklerini nitel olarak ifade etmek daha doğru olur. Gerçek tanecik büyüklükleri XRD analizlerinden elde edilebilir. SEM görüntülerine bakıldığında tanecikler ve tanecikler arası boşluklar açıkça görülmektedir. Şekil 6’da görülen YBa2Cu3O7-δ’ya ait SEM fotoğrafında tanecikler üzerinde koyu renkli lekeler görülmektedir. Bu lekelerin YBCO’nun eriyik faza olan eğiliminden kaynaklandığı düşünülmektedir. Tanecikler büyük, tanecikler arası mesafeler küçük, taneciklerdeki yönelmeler keyfidir. Şekil 7’de Gd katkılı YBCO malzemesinden çekilen SEM fotoğrafı görülmektedir. Tanecikler oldukça büyük ve birbirlerine daha iyi temas halindedir ve tanecikler arası mesafeler küçük, taneciklerdeki yönelmeler keyfidir. Cu bölgesine yapılan x = 0.025 oranındaki katkılma, Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ malzemesine ait tanecikleri manidar şekilde büyütmüş ve tanecikler arasındaki boşlukları azaltmıştır (Şekil 8). Tanecik yönelimi ise keyfidir. Şekil 9’da Cu bölgesine yapılan x = 0.125 oranındaki katkılama, Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ malzemesine ait tanecikleri büyük oranda küçültmemiş ancak tanecikler arasındaki boşlukları artırmıştır ve yine tanecik yönelimleri keyfidir. Cu bölgesine yapılan x=0.225 oranındaki katkılamanın,Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ arasında derin boşluklar meydana getirdiği Şekil 10’da görülmektedir. XRD Analizleri Katıhal tepkime yöntemiyle hazırlanan malzemelerin polikristal difraktometresinde elde edilen x-ışını kırınım desenleri, 10o ≤ 2θ ≤ 60o aralığı için Şekil 11’de gösterilmiştir. Saf YBCO ve Gd-YBCO bileşiklerine ait spektrumlarında 123 yapısına ait olan (002), (003), (100), (012), (102), (013), Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal 265 (103), (005), (113), (006), (020), (200), (115), (007), (116) ve (213) pikleri görülmüştür. 211 yarıiletken yapısına ait yalnızca 30.52o’de (211) piki her iki malzemede de düşük şiddette görülmüştür. Bu piklerin YBCO süperiletkeninden ileri geldiği ve süperiletkenin ortorombik yapısına uygun olduğu görülmüştür. YBa2Cu3O7-δ bileşiğine ait spektrum literatürde verilen (JCPDS 83-1433) spektrum ile birebir örtüşmektedir. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ malzemesine ait kırınım desenindeki piklerin (düzlemler) YBa2Cu3O7-δ’nın kırınım deseninde gözüken pikler ile aynı olduğu görülmektedir. Gd katkısı, Gd-YBCO malzemesine ait kırınım desenindeki piklerin şiddetlerinde değişiklikler meydana gelmesine neden olmuştur. Şekil 11. YBa2Cu3O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.975Nb0.025O7-δ Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.875Nb0.125O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.775Nb0.225O7-δ malzemelerine ait X-Işınları kırınım desenleri Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 266 M. Yılmaz, O. Doğan Şekil 11’de görülen ve Nb katkısından kaynaklandığı düşünülen pikler daire ve yıldız işareti ile belirlenmiştir. Bu piklerin şiddeti, Nb konsantrasyonunun artışı ile artmaktadır. İşaretli piklerin YBa2Cu3O7-δ ve Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ’ye ait kırınım deseninde görülmemiştir. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ ve Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.775Nb0.225O7-δ’te gözlenen piklerin yaklaşık aynı şiddet değerine sahip olması bu yapıların yönelimlerinin birbirine benzer olduğu sonucunu ortaya koymaktadır. Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.975Nb0.025O7-δ ve Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.875Nb0.125O7-δ malzemelerinin şiddetlerinin düşük oluşu diğer malzemelere oranla daha düzensiz bir yönelime sahip olduğunu göstermektedir. Elde edilen kırınım desenlerinden ilgili düzlemlerin (hkl) Miller indisleri belirlenmiştir. İndisler ve düzlemler arası mesafe kullanılarak örgü parametreleri ve birim hücre hacmi (a, b, c ve V) hesaplanmıştır. Hesaplanan a, b, c ve V değerleri Tablo 1’de verilmiştir. Hesaplamada en küçük kareler metodu kullanılarak geliştirilen bilgisayar programından yararlanılmıştır. Hesaplanan değerlerin literatürde verilen değerlere (JCPDS 83-1433) yakın oldukları gözlenmiştir. Tablo 1. YBa2Cu3O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.975Nb0.025O7-δ Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.875Nb0.125O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.775Nb0.225O7-δ malzemelerine ait a, b, c örgü parametreleri ve birim hücre hacimleri. V (Å 3) Malzeme a (Å) b (Å) c (Å) YBa2Cu3O7-δ 3.82979 3.89105 11.69979 174.349 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ 3.84493 3.89523 11.71360 175.433 Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.975Nb0.025O7-δ 3.83511 3.89336 11.70924 174.836 Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.875Nb0.125O7-δ 3.83949 3.89425 11.71487 175.160 Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.775Nb0.225O7-δ 3.83619 3.88863 11.69805 174.506 En küçük kareler yöntemiyle her bir malzeme için hesaplanan örgü parametrelerinin Nb katkı miktarı (x)’e bağlı değişiminin gösterildiği Şekil 12’de Nb katkısının malzemelerin örgü parametrelerinde kısmi değişikliklikler ortaya çıkardığı söylenebilir. x = 0.125 katkı miktarı örgü parametlerinde bir büyümeye yol açmıştır. Örgü parametreleri Nb katkı miktarı (x) ile düzenli bir şekilde değişmemektedir. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal 267 Şekil 12. Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.975Nb0.025O7-δ Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.875Nb0.125O7-δ, Y0.6Gd0.4Ba2Cu2.775Nb0.225O7-δ malzemelerine ait a, b, c, V parametrelerinin Nb konsantrasyonu ile değişimi SONUÇ VE TARTIŞMA Katkılama ile yapılan yerdeğiştirme çalışmalarında en çok kullanılan süperiletkenlerden biri olan YBCO süperiletken malzemesine iki farklı katkılama aynı anda yapılmıştır. Böylece Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x = 0.025, 0.125, 0.225) malzemleri ve bu malzemelere referans teşkil etmesi amacıyla YBa2Cu3O7-δ ve Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ bileşikleri sentezlenmiştir. Polarize optik mikroskop görüntülerinden Nb atomlarının büyük katkı (x) değerlerinde yapı içerisine tamamen giremedikleri sonucuna varılmıştır. Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ’ya ait SEM görüntüsü bileşiğin YBa2Cu3O7-δ’dan daha büyük ve daha düzenli taneciklere sahip olduğunu, tanecikler arasındaki boşlukların daha az olduğunu göstermektedir. Taneciklerin büyüklüğü ve düzeni, seçilen ısıl işlemin Y0.6Gd0.4Ba2Cu3O7-δ için oldukça uygun olduğunu göstermektedir. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 268 M. Yılmaz, O. Doğan Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ (x = 0.025, 0.125, 0.225) malzemelerinde x katkı miktarına göre tanecik büyüklüklerinin önemli miktarda değişmediği, tanecikler arası boşlukların arttığı, Nb içeren küçük tanecikli yapıların tanecikler arası boşluğu doldurduğu ve tanecik yüzeyini tamamen kapladığı görülmektedir. XRD desenlerinde Nb konsantrasyonu ile görülmeye başlayan ve şiddeti Nb konsantrasyonu ile artan pikler vardır. Bu sonuçlar da optik görüntüler ve SEM görüntülerinde gözlenen yapıları doğrulamaktadır. Nb’un yapıya girip girmediğini eğer girdiyse nereye yerleştiğinin belirlenmesi için yapı arıtımı (structure refinement) yapmak gereklidir. Sonuç olarak Y bölgesine kısmı Gd yerdeğiştirmesi yapıyı olumlu yönde etkilemiş ancak Nb yapıya girememiş veya çok küçük bir oranda girebilmiştir. YAZAR NOTLARI Bu çalışma Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalında yapılan “Y0.6Gd0.4Ba2-xNbxCu3O7-δ ve Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkenlerinin Yapısal ve Süperiletkenlik Özelliklerinin İncelenmesi” isimli doktora tezinden hazırlanmıştır. Çalışma Selçuk Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğünün 0710103 numaralı projesi ile desteklenmiştir. Desteklerinden dolayı BAP Koordinatörlüğüne de teşekkürlerimi sunarım. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 Y0.6Gd0.4Ba2Cu3-xNbxO7-δ Süperiletkeninin Yapısal 269 KAYNAKLAR El Ali, A., Azezb, K. A., Al-Omaric, I. A., Shobakia, J., Hasan (Qaseer), M. K., Albissb, B. A., Khasawnieha, Kh., Ziqd, Kh. A., Salem, A. F. (2002). The paramagnetic contribution in the magnetization behavior of Y1xGdxBa2Cu3O7. Physica B 321, 320–323. Feng, Y., Zhou, L., Wen, J. G., Koshizuk, N., Sulpice, A., Tholence, J. L., Vallier, J. C., Monceau, P. (1998). Fishtail effect, magnetic properties and critical current density of Gd-added PMP YBCO. Physica C 297, 75–84. Grekhov, I., Delimova, L., Liniychuk, I., Lyublinsky, A., Semchinova, O., Baydakova, M. (1994). Superconductor - insulator transition in YBa2Cu3−xNbxO7 material. Physica C: Superconductivity 235-240-2, 1295-1296. Grekhov, I., Baydakova, M., Borevich, V., Davydov, V., Delimova, L., Liniichuk, I., Lyublinsky, A. (1997). A new buffer layer for high-quality HTSC ultrathin film fabrication. Physica C 276, 18-24. Grekhov, I., Delimova, L., Liniichuk, I., Lyublinsky, A., Veselovsky, I., Titkov, A., Dunaevsky, M., Sakharov, V. (1999). Growth mode study of ultrathin HTSC YBCO films on YBaCuNbO buffer. Physica C 324, 39-46. Hong, J. H., Ho, H. S., Kim, Y. H. (1989). Hall effect measurement of Y1-xGdxBa2Cu3O7-δ superconductors. The Journal of the Korean Physical Society 22, 223. Öztürk, K., Çelik, Ş., Çevik, U., Yanmaz, E. (2007). The effect of Gd diffusiondoped on structural and superconducting properties of YBa2Cu3O7−x superconductors., Journal of Alloys and Compounds 433, 46–52. Parmenter, R. H. (1968). Size effect in a granular superconductor. Phys. Rev. 166, issue 2, 392-396. Sheahen, T. P. (1994) Introduction to High Temperature Superconductivity. New York: Plenum Press,. Srinivas, S., Bhatnagar, A. K., Pinto, R., Pai, S. P., Apte, P. R., Purandare, S. C., Dsousa, C. P. (1995). A study of the superconducting properties of YBa2Cu(3-x)Nb(x)O(y) thin films. Johnson Space Center, Proceedings of the 4th International Conference and Exhibition: World Congress on Superconductivity 2, 762-769. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009 270 M. Yılmaz, O. Doğan Taka, C., Teshima, S., Nishida, A. (2002). Effects of Y substitution and oxygen deficiency on the superconducting transitions in YxGd1-xBa2Cu3O7-δ. Physica C 378–381, 344–348. Wang, R. L., Li, H. C., Yin, B., Li, J. W., Ron, X. S., Dong, C., Wu, F., Chen, H., Zhao, Z. X, (1995). Critical current density and flux pinning in Gd1−xYxBa2Cu3O7−y epitaxial thin films. Physica C: Superconductivity 250, Issues 1-2, 55-58. Yulei, J., Ling, X., Hongtao, R., Minghui, Z. (2004). Fabrication and properties of (Y,Gd)BCO superconductors. Journal of Rare Earths 22-6, 867-870. Selçuk Üniversitesi Ahmet Keleşoğlu Eğitim Fakültesi Dergisi, Sayı 27, Sayfa 255 -270, 2009