Crystal growth of superconducting Cuprates

• Applicant: Dr. Andreas Erb
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2004 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5470877

Ziel dieses Projekts ist die Züchtung und Charakterisierung verschieden dotierter, hochreiner Einkristalle der Kupratsupraleiter. Hergestellt werden soll dabei ein Satz von Kristallen mit wohldefinierter und homogener Dotierung von p- und n-dotierten Verbindungen über den gesamten Dotierungsbereich. Als Probensysteme im p-dotierten Bereich sollen im Wesentlichen verschieden dotierte YBa2Cu3O7-d- und Bi2Sr2CaCu2O8-Kristalle dienen. Die 123-Supraleiter werden aus einer Hochtemperaturschmelzlösung in dem eigens dafür entwickelten Tiegelmaterial BaZrO3 gezüchtet, welches Reinheiten der Kristalle bis zu 99.995 at.% ermöglicht. Diese Reinheiten liegen um mindestens eine Größenordnung über der vergleichbarer Kristalle aus kommerziell erhältlichen Tiegeln und stellen insbesondere im Hinblick auf die zu untersuchende Dotierungsabhängigkeit verschiedener physikalischer Eigenschaften einen wesentlichen experimentellen Vorteil dar. Im Rahmen des Vorhabens soll eine Dotierungsreihe von Y-123 Kristallen mit teilweiser Substitution von Ca an der Stelle von Y bei gleichzeitiger Kontrolle des Sauerstoffgehalts hergestellt werden. Bi-basierte HTSL-Kristalle der Zusammensetzung Bi-2212 (Bi2Sr2CaCu2O8) und Bi-2201 (Bi2Sr2CuO6) werden mittels Zonenschmelzens hergestellt. Dieses tiegelfreie Verfahren liefert ebenfalls Einkristalle höchster Reinheit. Zur Variation der Ladungsträgerkonzentration ist im Fall von Bi2Sr2CaCu2O8 neben der Dotierung mit Sauerstoff eine Substitution von Ca mit Y geplant. Dies sollte den erreichbaren Dotierungsbereich bei besserer Homogenität der Proben erweitern. Im experimentell schwierigeren n-dotierten Bereich soll die Dotierungsserie durch Variation der Ce-Konzentration bei gleichzeitiger Kontrolle des Sauerstoffgehalts in den Verbindungen Nd2-xCexCu04 und Pr2-xCexCu04 realisiert werden. Die Kristalle werden mittels Lösungszonenzüchtung im Spiegelofen gezogen. Trotz der in jüngster Zeit gemachten Fortschritte hinsichtlich Probenhomogenität sind besonders hier umfangreiche Studien zur Beeinflussung der Mikrostruktur mittels thermischer Nachbehandlung vorgesehen. Auf diese Weise soll auch dieser, bisher etwas vernachlässigte Bereich des Phasendiagramms mit hochwertigen Proben ausgestattet werden.

• DFG Programme: Research Units
• Subproject of: FOR 538: Doping Dependence of Phase Transitions and Ordering Phenomena in Cuprate Superconductors
• Participating Person: Professor Dr. Rudolf Gross