프닉타이드 산화물

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화학에서 "닉타이드"는 원소 주기율표 15족 원소를 -3가의 상태로 함유하는 화합물의 총칭이다. 닉타이드 산화물산소, 닉토겐(5족, 특히 (P)과 비소(As))과 다른 하나 이상의 원소를 포함하는 물질이다.

이 그룹의 화합물들이 1995년 이래 알려졌음에도, [1] 이 종류의 화합물에 대한 관심이 2006년 [2] 과 2008년 [3] [4] LaOFeP와 LaOFeAs에서 초전도성이 발견된 이후 극적으로 증가했다.

이 실험에서 산소는 부분적으로 불소로 대체되었다. 이 화합물은 새로운 종류의 초전도체 군을 형성하며, 산소가 아니라 철이 초전도에 핵심적인 역할을 하는 것으로 보인 이래 철-비소 기반 초전도체(Iron-Arsenide Superconductor)라 불리고 있다.

닉타이드 산화물은 자기 반도체로 2006년 특허가 되었다.[5]

구조[편집]

많은 닉타이드 산화물이 층상 구조(layered structure)를 이루고 있다. [6]. 예를 들어 LnFePO는 La3+02-와 Fe2+P3-가 층을 이루고 있는 구조이다.[2] 이런 구조는 ZrCuSiAs와 비슷하며 이제는 대부분의 닉타이드 산화물의 부모격인 구조로 생각된다.[7]

초전도체[편집]

인에 기반을 둔 첫 철-닉타이드 산화물 계통의 초전도체는 2006년 발견되었다.[2] 급격한 초전도성(초전도 상전이 임계 온도)의 증가는 인이 비소로 치환됨으로써 얻어졌다.[3]. 이 발견은 1986년 발견된 구리계 산화물이 그러했듯이 비슷한 화합물의 연구를 촉발시켰다.

2008년에는 화학식이 ReOTmPn인 몇몇 닉타이드 산화물에서 최대 55 K까지 올라가는 고온 초전도가 관찰되었다. (Re : 희토류 원소, Tm : 전이금속 원소, Pn : 비소(As)와 같은 5족 원소) [8]

초전도를 보이는 몇몇 닉타이드 산화물과 그 임계 온도는 다음과 같다 :

  • LaO0.89F0.11FeAs : 26 K
  • CeFeAsO0.84F0.16 : 41 K
  • SmFeAsO0.9F0.1 : 43 K
  • NdFeAsO0.89F0.11 : 52 K
  • PrFeAsO0.89F0.11 : 52 K
  • GdFeAsO1-δ [9] : 53.5K

자기장을 45 T(테슬라)까지 올린 실험 [10] [11]들에 따르면 LaFeAsO0.89F0.11임계 자기장은 약 64 T 근처인 것으로 생각된다.

닉타이드 산화물은 잘 부스러지기 때문에, 초전도 전선을 만들 경우에는 철제 튜브에 파우더 형태로 넣는 공정을 걸쳐서 만들어진다.[12].

닉타이드 산화물에서의 초전도는 철과 5족 원소의 층에 생기는 것으로 보인다.

철-비소에는 산소를 포함하지 않는 것도 있으며 심지어는 닉토겐(5족 원소)을 포함하지 않는 것도 있다.

닉타이드 산화물에서 초전도가 보이는 원인은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.

주석[편집]

  1. Barbara I. Zimmer, Wolfgang Jeitschko, Jörg H. Albering, Robert Glaum and Manfred Reehuis (1995년). The rate earth transition metal phosphide oxides LnFePO, LnRuPO and LnCoPO with ZrCuSiAs type structure. 《Journal of Alloys and Compounds》 229 (2): 238-242. doi:10.1016/0925-8388(95)01672-4.
  2. Yoichi Kamihara, Hidenori Hiramatsu, Masahiro Hirano, Ryuto Kawamura, Hiroshi Yanagi, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono (2006년). Iron-Based Layered Superconductor: LaOFeP. 《J. Am. Chem. Soc.》 128 (31): 10012 -10013. doi:10.1021/ja063355c S0002-7863(06)03355-5.
  3. Hiroki Takahashi, Kazumi Igawa, Kazunobu Arii, Yoichi Kamihara, Masahiro Hirano, Hideo Hosono (2008년). Superconductivity at 43 K in an iron-based layered compound LaO1-xFxFeAs. 《Nature》 453: 376-378. doi:10.1038/nature06972.
  4. Charles Day (2008년). New family of quaternary iron-based compounds superconducts at tens of kelvin. 《Physics Today》 61 (5): 11–12. doi:10.1063/1.2930719.
  5. MAGNETIC SEMICONDUCTOR MATERIAL - Patent EP1868215
  6. "Chemistry of layered d-metal pnictide oxides and their potential as candidates for new superconductors - topical review" Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (2008) 033003 (free download)
  7. Marcus Tegel, Daniel Bichler and Dirk Johrendt (2008년). Synthesis, crystal structure and superconductivity of LaNiPO. 《Solid State Sciences》 10 (2): 193–197. doi:10.1016/j.solidstatesciences.2007.08.016.
  8. X. H. Chen, T. Wu, G. Wu, R. H. Liu, H. Chen and D. F. Fang (2008). Samarium based SmFeAsO1−xFx.
  9. doi: http://dx.doi.org/10.1088/0953-2048/21/8/082001
  10. R. Colin Johnson (Mai 29, 2008). High-temp superconductors pave way for 'supermagnets'. planetanalog.
  11. F. Hunte, J. Jaroszynski, A. Gurevich, D. C. Larbalestier, R. Jin, A. S. Sefat, M. A. McGuire, B. C. Sales, D. K. Christen & D. Mandrus (2008년). Two-band superconductivity in LaFeAsO0.89F0.11 at very high magnetic fields. 《Nature》 453: 903-905. doi:10.1038/nature07058.
  12. http://www.iop.org/EJ/abstract/0953-2048/21/10/105024 LaFeAsOF wires