Efeito da dopagem de sulfetos de metais 3d nas propriedades supercondutoras de Bi-2212

Abstract

Desde a descoberta dos supercondutores de alta temperatura crítica Tc (HTSC), o estudo substitucional em um sítio tem provado ser útil no entendimento dos aspectos básicos destes sistemas. Aproximadamente todos os HTSC descobertos até agora são cupratos. Assim, o átomo de cobre é de suma importância quando a supercondutividade é suposta residir primeiramente nos planos CuO2. Para substituições no sítio do Cu em cupratos supercondutores de alta Tc, os metais 3d têm sua própria importância devido ao tamanho similar da estrutura orbital externa e ao raio iônico semelhante ao do Cu. Neste contexto é que entra o sistema BiSrCaCuO. Por apresentar apenas um tipo de sítio de Cu este sistema é um dos melhores candidatos capazes de elucidar o mecanismo da supercondutividade. Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito da dopagem de NiS e CuS em sistemas do tipo Bi-2212, com composição nominal dada por Bi2.1Sr2.1Ca0.8[(CuO)1-x(MS)x]2O8+δ, onde M = Ni ou Cu. As amostras foram sintetizadas por reação sólida, e caracterizadas estrutural e magneticamente por difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-x por dispersão de energia (EDX), e por medidas de magnetização. As medidas de difração de raios-x mostraram que tanto para as amostras dopadas com CuS quanto para NiS há estabilização da fase Bi-2212 sem a presença de nenhuma fase secundária. As medidas de magnetização ac e dc comprovaram que as amostras dopadas com CuS e NiS exibem comportamento supercondutor abaixo de Tc. Porém as dopagens tiveram efeitos diferentes nesses sistemas. Todas as amostras dopadas com CuS apresentaram Tc maior que as amostras de Bi- 2212 não dopadas. As análises por EDX mostraram que há uma substituição parcial de oxigênio por enxofre na rede Bi-2212 e as imagens obtidas por MEV revelam que a microestrutura das amostras é constituída de por CuS não reagido e pela fase Bi-2212 dopada. Há um aumento da fase Bi-2212 com o acréscimo da dopagem de CuS. Isto nos leva a concluir que o aumento de Tc nessas amostras deve ser causado por modificações na estequiometria de oxigênio com uma conseqüente melhora na concentração de buracos. Contrario ao que foi observado no sistema dopado com CuS, todas amostras dopadas com NiS apresentaram uma temperatura de transição supercondutora inferior a do supercondutor Bi-2212 não dopado. Nesse caso, há um decréscimo de Tc com o aumento da concentração de NiS. Aqui parece que o efeito combinado da substituição de Cu por Ni e de S por O nos planos de CuO2 produz a uma forte localização dos portadores de carga ao mesmo tempo em que há um acréscimo na concentração de buracos.O efeito conjunto desses fenômenos é uma redução na temperatura de transição supercondutora do sistema. No entanto, a deteriorização da supercondutividade não é dramática