Distrontiumruthenat
Distrontiumruthenat (SRO) ist eine keramische Verbindung des Strontiums mit Ruthenium und Sauerstoff mit der Formel Sr2RuO4. Es ist der erste entdeckte Perowskit-Supraleiter ohne Kupfer.[1][5]
| Kristallstruktur | |||||||
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| _ Sr2+ _ Ru4+ _ O2− | |||||||
| Allgemeines | |||||||
| Name | Distrontiumruthenat | ||||||
| Andere Namen |
Strontiumruthenat (mehrdeutig) | ||||||
| Verhältnisformel | Sr2RuO4 | ||||||
| Kurzbeschreibung |
geschichteter Perowskit[1] | ||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||
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| Eigenschaften | |||||||
| Molare Masse | 340,31 g·mol−1 | ||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||
| Dichte |
5,92 g·cm−3[2] | ||||||
| Schmelzpunkt |
~2200 °C[3] | ||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenDistrontiumruthenat kann durch Reaktion von Strontiumcarbonat mit Ruthenium(IV)-oxid in Sauerstoff bei über 900 °C gewonnen werden.[6]
Hochwertige SRO-Kristalle werden im Zonenschmelzverfahren in einer kontrollierten Atmosphäre im Rutheniumstrom hergestellt. Die Perowskitstruktur wird durch Röntgen-Pulverdiffraktrometrie nachgewiesen. SRO verhält sich unterhalb von 25 K wie eine konventionelle Fermiflüssigkeit.[1]
Eigenschaften
BearbeitenDistrontiumruthenat besitzt eine tetragonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe I4/mmm (Raumgruppen-Nr. 139).[6]
SRO ist strukturell den Hochtemperatur-Supraleitern der Kuprate sehr ähnlich,[7] insbesondere dem Lanthan-dotierten Hochtemperatur-Supraleiter(La,Sr)2CuO4. Die Übergangstemperatur in die supraleitende Phase liegt jedoch bei Tc = 1,48 K und damit wesentlich niedriger als bei den Kupraten.[1] Die Übergangstemperatur Tc steigt unter uniaxialem Druck an.[8]
Supraleitung
BearbeitenDie Supraleitung in SRO konnte 1994 erstmals durch Yoshitero Maeno et al. nachgewiesen werden, als sie nach Hochtemperatur-Supraleitern mit kupratähnlicher Struktur suchten. Im Unterschied zu Kupraten zeigt SRO auch ohne Dotierung Supraleitung.[7] Die makroskopische Wellenfunktion als Ordnungsparameter des supraleitenden Zustands zeigt in SRO Anzeichen einer gebrochenen Zeitumkehrsymmetrie,[9] so dass das Material als unkonventioneller Supraleiter klassifiziert wird. Sr2RuO4 wird als nahezu zweidimensionales System angesehen, dessen Supraleitung vorwiegend in der Ru-O-Ebene stattfindet. Aufgrund dessen bestehen die Fermioberflächen der drei Leitungsbänder aus nahezu zweidimensionalen Ebenen mit geringer Dispersion entlang der c-Achse des Kristalls und weisen magnetische Eigenschaften auf.[10]
Magnetismus
BearbeitenBesonders ungewöhnlich ist die Koexistenz von Supraleitung und ferromagnetischen Eigenschaften in SRO, da sich diese Phänomene nach herkömmlicher Auffassung gegenseitig ausschließen, und die sonst nur in Heterostrukturen hergestellt werden kann.[11] R. Fittipaldi et al. konnten 2021 mittels Myon-Spinspektroskopie nachweisen, dass der Magnetismus von SRO auf kollektive Wirbelströme an der Oberfläche des Materials zurückzuführen ist, was das Material für Anwendungen der Spintronik interessant macht.
Literatur
Bearbeiten- R. Fittipaldi et al.: Unveiling unconventional magnetism at the surface of Sr2RuO4. In: Nature Communications. Band 12, Nr. 1, 2021, S. 5792, doi:10.1038/s41467-021-26020-5, PMID 34608149.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b c d Y. Maeno, H. Hashimoto, K. Yoshida, S. Nishizaki, T. Fujita, J. G. Bednorz, F. Lichtenberg: Superconductivity in a layered perovskite without copper. In: Nature. Band 372, Nr. 6506, 1994, S. 532–534, doi:10.1038/372532a0.
- ↑ Johnpierre Paglione, C. Lupien, W. A. MacFarlane, J. M. Perz, Louis Taillefer, Z. Q. Mao, Y. Maeno: Elastic tensor of Sr2RuO4. In: Physical Review B. Band 65, Nr. 22, 2002, S. 220506, doi:10.1103/PhysRevB.65.220506.
- ↑ Z. Q. Mao, Y. Maenoab, H. Fukazawa: Crystal growth of Sr2RuO4. In: Materials Research Bulletin. Band 35, Nr. 11, 2000, S. 1813–1824, doi:10.1016/S0025-5408(00)00378-0.
- ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
- ↑ Brian Yanoff: Temperature dependence of the penetration depth in the unconventional superconductor Sr2RuO4. University of Illinois at Urbana-Champaign, 2000 (groups.mrl.uiuc.edu ( des vom 16. September 2012 im Internet Archive) [abgerufen am 11. Oktober 2021]).
- ↑ a b Q. Huang, J. L. Soubeyroux, O. Chmaissem, I. Natali Sora, A. Santoro, R. J. Cava, J. J. Krajewski, W. F. Peck: Neutron Powder Diffraction Study of the Crystal Structures of Sr2RuO4 and Sr2IrO4 at Room Temperature and at 10 K. In: Journal of Solid State Chemistry. Band 112, Nr. 2, 1994, S. 355–361, doi:10.1006/jssc.1994.1316.
- ↑ a b Rachel Wooten: Strontium Ruthenate. University of Tennessee-Knoxville, abgerufen am 16. April 2012.
- ↑ Alexander Steppke, Lishan Zhao, Mark E. Barber, Thomas Scaffidi, Fabian Jerzembeck, Helge Rosner, Alexandra S. Gibbs, Yoshiteru Maeno, Steven H. Simon, Andrew P. Mackenzie, Clifford W. Hicks: Strong peak in Tc of Sr2RuO4 under uniaxial pressure. In: Science. Band 355, Nr. 6321, 2017, S. eaaf9398, doi:10.1126/science.aaf9398, PMID 28082534 (pure-oai.bham.ac.uk [PDF]).
- ↑ Aharon Kapitulnik, Jing Xia, Elizabeth Schemm, Alexander Palevski: Polar Kerr effect as probe for time-reversal symmetry breaking in unconventional superconductors. In: New Journal of Physics. Band 11, Nr. 5, 2009, S. 055060, doi:10.1088/1367-2630/11/5/055060, arxiv:0906.2845, bibcode:2009NJPh...11e5060K.
- ↑ I. I. Mazin, David J. Singh: Ferromagnetic Spin Fluctuation Induced Superconductivity in Sr2RuO4. In: Physical Review Letters. Band 79, Nr. 4, 28. Juli 1997, S. 733–736, doi:10.1103/PhysRevLett.79.733, arxiv:cond-mat/9703068, bibcode:1997PhRvL..79..733M.
- ↑ Ferromagnetismus und Supraleitung – Die Verknüpfung von Wiedersprüchlichem in komplexen Oxiden. In: Forschungsbericht 2006. Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, abgerufen am 18. August 2022.