Distrontiumruthenat

Kristallstruktur
Sr2RuO4 Layered Perovskite Structure
_ Sr2+   _ Ru4+   _ O2−
Allgemeines
Name Distrontiumruthenat
Andere Namen

Strontiumruthenat (mehrdeutig)

Verhältnisformel Sr2RuO4
Kurzbeschreibung

geschichteter Perowskit[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 60862-59-1
Wikidata Q7624778
Eigenschaften
Molare Masse 340,31 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

5,92 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

~2200 °C[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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]

Gewinnung und Darstellung

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Distrontiumruthenat 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

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Distrontiumruthenat besitzt eine tetragonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe I4/mmm (Raumgruppen-Nr. 139)Vorlage:Raumgruppe/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

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Die 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

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Besonders 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

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Einzelnachweise

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  1. ↑ 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.
  2. ↑ 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.
  3. ↑ 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.
  4. ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  5. ↑ Brian Yanoff: Temperature dependence of the penetration depth in the unconventional superconductor Sr2RuO4. University of Illinois at Urbana-Champaign, 2000 (groups.mrl.uiuc.edu (Memento des Originals vom 16. September 2012 im Internet Archive) [abgerufen am 11. Oktober 2021]).
  6. ↑ 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.
  7. ↑ a b Rachel Wooten: Strontium Ruthenate. University of Tennessee-Knoxville, abgerufen am 16. April 2012.
  8. ↑ 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]).
  9. ↑ 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.
  10. ↑ 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.
  11. ↑ Ferromagnetismus und Supraleitung – Die Verknüpfung von Wiedersprüchlichem in komplexen Oxiden. In: Forschungsbericht 2006. Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, abgerufen am 18. August 2022.