Thermoelectric power and band spectrum transformation in Y_1-xCa_xBa_2-xLa_xCu₃O_y

Abstract

The superconducting and normal-state transport properties (resistivity ρ and thermoelectric power S) of two sets of ceramic samples with composition Y 1−x Ca x Ba 2−x La x Cu 3 O y (x = 0−0.4) have been investigated. The co-doping effect was studied at different conditions of the oxygen subsystem, namely, at a near-stoichiometric oxygen content and at that decreased by annealing in vacuum atmosphere. The thermoelectric power changes only slightly with increasing doping level, while the S(T ) dependence acquires additional features, exhibiting a linear increase with decreasing temperature for heavily-doped samples and a rise in the S(T ) curve slope as x grows. The results obtained are analysed in terms of a phenomenological narrow-band model that makes it possible to determine the band spectrum parameters in the normal state and to trace their changes with varying composition. In co-doped Y 1−x Ca x Ba 2−x La x Cu 3 O y , impurities with valencies different from those of the native cations cancel out the influence of one another on the charge balance in the lattice. All the results obtained indicate that the normal-state and superconducting properties of the investigated system are mainly determined by this compensation effect. Comparison of the variation of the critical temperature T c with the changing conduction bandwidth W D shows that there is a correlation between these parameters, according to which the superconducting properties of doped YBa 2 Cu 3 O y depend strongly on the parameters of the band spectrum structure in the normal state. Analysis of how the conduction band is modified and S(T ) transforms suggests that calcium is responsible for additional states in the conduction band.

A study on the thermoelectric power and thermal conductivity properties of the Y1−xNdxBa2Cu3O7−δ system

“…This obviously implies decrease in the mobile hole concentration with the Nd concentration. Similar thermopower behaviors were also observed in Y-123 (Gasumyants et al, 2000), (Nd, Eu, Gd)BaCuO (Neeleshwar et al, 2003), Bi-2212 (Sekhar and Suryanarayana, 2004), Bi-2223 (Ibrahim et al, 2000), Tl-2223 (Xin et al, 1993). TEP increases linearly with decreasing the temperature.…”

“…While the substitutions of some elements such as Fe, Co, Al, Mn on the Cu site decreases the oxygen concentration (Tarascon et al, 1988;Liang et al, 1989), the substitution of Ca for Y sites increases the oxygen concentration (Chandrahood et al, 1990). The variation of the oxygen concentration depends on the relation between the valancies of substituting and substituted elements (Felner, 1991;Gasumyants et al, 2000). In order to restore the oxygen stoichiometry, researchers have made additional substitution to the YBCO system, such as Y 1−x A x Ba 2 Cu 3−x M x O ı (Suard et al, 1992;Zhao et al, 1991;Slater and Greaves, 1992).…”

Сравнительное исследование коэффициента Нернста--Эттингсгаузена в нормальной фазе в системах Y-=SUB=-1-x-=/SUB=-Pr-=SUB=-x-=/SUB=-Ba-=SUB=-2-=/SUB=-Cu-=SUB=-3-=/SUB=-O-=SUB=-y-=/SUB=- и Y-=SUB=-0.85-x-=/SUB=-Pr-=SUB=-x-=/SUB=-Ca-=SUB=-0.15-=/SUB=-Ba-=SUB=-2-=/SUB=-Cu-=SUB=-3-=/SUB=-O-=SUB=-y-=/SUB=-

“…Расчетные кривые, наилучшим образом соответствующие экспериментальным данным, представлены на рис. [39,43,44,[46][47][48][49], при всех остальных катионных замещениях проводящая зона остается симметричной (параметр используемой нами модели b равен нулю) [4,5], в том числе и во всех образцах исследованной здесь системы Y 1−x Pr x Ba 2 Cu 3 O y [4,50]. В целом большие абсолютные значения величины kW D , характерные для системы Y 0.85−x Pr x Ca 0.15 Ba 2 Cu 3 O y , объясняются характером воздействия примеси кальция, который в случае одиночного замещения Ca → Y приводит к росту степени асимметрии закона дисперсии [5,32], а незначительный по величине дополнительный по сравнению с системой Y 1−x Pr x Ba 2 Cu 3 O y дефицит кислорода, имеющийся в образцах этой серии вследствие использованной процедуры их изготовления, не приводит, согласно [5,32] [51].…”

“…Согласно многочисленным данным, примесью, оказывающей нетривиальное воздействие как на сверхпроводящие, так и на нормальные свойства ВТСП иттриевой системы, является кальций [39]. При одновременном двойном легировании кальций ослабляет подавление сверхпроводимости, вызванное другой примесью [40][41][42][43][44], а при одиночном легировании кислорододефицитных образцов системы YBa 2 Cu 3 O y [45,46] или дополнительном легировании образцов с фиксированным содержанием первой примеси (лантан в позиции бария, а также кобальт или цинк в позиции меди [47][48][49]) увеличение содержания кальция приводит к росту значения T c . Кроме того, температурные и концентрационные зависимости коэффициентов термоэдс и Холла при введении в решетку YBa 2 Cu 3 O y кальция приобретают ряд отличительных, по сравнению с другими типами легирования, особенностей [4,39,[46][47][48][49].…”

“…3, a), в области высоких температур наблюдается постоянство значений КНЭ. Отметим, что указанные особенности зависимостей Q(T ) в системе Y 0.85−x Pr x Ca 0.15 Ba 2 Cu 3 O y наблюдаются во всех кальций-содержащих образцах иттриевых ВТСП [5,38] и связаны, очевидно, с особым характером воздействия примеси кальция на структуру энергетического спектра YBa 2 Cu 3 O y[39,[42][43][44][46][47][48][49].На рис. 4 приведены зависимости значений коэффициентов термоэдс, S 300 K , и Нернста−Эттингсгаузена, Q 300 K , при T = 300 K от содержания празеодима в обеих исследованных сериях образцов.…”