<p><b>釔鋇銅氧</b>，或稱<b>釔鋇銅氧化物</b>、<b>YBCO</b>，是化學式為YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>7</sub>的化合物。它是著名的高溫超導體，屬於第二類超導體，並且是第一個製得轉變溫度在液氮沸點以上的材料。
</p>


<h2><span id=".E5.8E.86.E5.8F.B2"></span><span id="历史">歷史</span></h2>
<p>在發現超導性後的第75年，在蘇黎世IBM工作的約翰內斯·貝德諾爾茨和卡爾·米勒發現特定的半導體氧化物可以在低於35K的溫度下顯示出超導性，特別是鑭鋇銅氧化物，一種缺氧鈣鈦礦型的潛在材料。
</p><p>在此基礎上，1987年，亨茨維爾阿拉巴馬大學的吳茂昆及其研究生（Ashburn和Torng），與休斯頓大學的朱經武和他的學生共同發現了釔鋇銅氧，也因此引發了對新高溫超導材料的研究熱潮。
</p><p>YBCO是首個超導溫度在77K以上的材料，也就是說它的轉變溫度高於液氮的沸點，用相對便宜的液氮就可以冷卻。之前發現的超導體都必須用液氦或液氫冷卻（T<sub>b</sub> = 20.28 K）。
</p>
<h2><span id=".E5.90.88.E6.88.90"></span><span id="合成">合成</span></h2>
<p>YBCO最早是通過在1000-1300K加熱金屬碳酸鹽混合物製備的。</p>
<dl><dd>4BaCO<sub>3</sub> + Y<sub>2</sub>(CO<sub>3</sub>)<sub>3</sub> + 6 CuCO<sub>3</sub> → 2 YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>{7-x}</sub> + 13 CO<sub>2</sub> + (3+x)O<sub>2</sub></dd></dl><p>現在YBCO的製取以相應的硝酸鹽和氧化物為原料。</p><p>YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>{7-x}</sub>的超導性質與x值（氧含量）很有關係，只有滿足0≤x≤0.5的材料在T<sub>c</sub>溫度下有超導性，當x~0時其轉變溫度最高，為95K。</p><p>除了氧的計量比外，YBCO的性質也由結晶方式決定。在燒結YBCO時必須小心，因為YBCO是晶體材料，只有小心控制退火和淬火的溫度和速度，校準晶界，才可以使其超導性達到最佳。
</p><p>吳茂昆和同事提出了其他合成YBCO的方法，比如化學氣相沉積（CVD）、溶膠-凝膠以及氣膠法。這些方法在燒結時仍然需要小心。
</p>
<h2><span id=".E7.BB.93.E6.9E.84"></span><span id="结构">結構</span></h2>

<p>YBCO為鈣鈦礦缺陷型層狀結構，含有CuO-CuO<sub>2</sub>-CuO<sub>2</sub>-CuO交替的層，CuO<sub>2</sub>層可以有變形和皺褶。釔原子存在於CuO<sub>2</sub>和CuO<sub>2</sub>層中，BaO層則在CuO與CuO<sub>2</sub>兩層之間。
</p><p>當YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>7</sub>中氧原子計量小於7時，根據具體數值的不同，這些非計量化合物結構可以有差異，可以化學式中的δ來表示。<span><span><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \delta }">
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  </semantics></math></span></span> = 1時為四方結構，CuO層（Cu(1)）的O(1)為空，不顯示超導性。略微增加氧的含量會增加O(1)的占有率。δ&lt; 0.65時<i>b</i>軸形成Cu-O鏈，結構變為正交，晶格參數分別為a=3.82、b=3.89及其c=11.68Å。當δ ~0.07時超導性最佳，O(1)中只有少數幾個為空。
</p><p>有證據顯示，當其它原子取代<mark class="template-facttext" title="需要提供文獻來源">Cu和Ba</mark>時，超導性發生在Cu(2)O層，Cu(1)O(1)鏈只用作儲存電荷（charge reservoirs）。然而鐠取代釔後形成化合物的超導性與此相矛盾。</p><p>釔鋇銅氧的超導長度規表現出各向異性，穿透深度 <span><span><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \lambda _{ab}\approx 150~{\textrm {nm}}}">
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</p>
<h2><span id=".E5.BA.94.E7.94.A8"></span><span id="应用">應用</span></h2>

<p>高溫超導體有很多實際中的應用，例如可用作核磁共振成像、磁懸浮設施以及約瑟夫森結中的磁體。
</p><p>主要有兩個問題限制了YBCO在超導方面的應用：
</p>
<ul><li>第一，YBCO單晶有很高的臨界電流密度，至於多晶則很低（保持超導態時僅能通過很小的電流）。這是由材料的晶粒界面造成：當晶界角大於約5°時，超導電流就無法越過界面。這個問題可由通過化學氣相沉積製備薄膜或調準晶界得到改善。</li>
<li>第二，此類的氧化物材料很脆，以傳統方法製成線狀並不能很好地保留其超導性質。</li></ul><p>另外，很多情況下大規模冷卻物體至液氮的溫度並不十分實際。
</p>
<h2><span id="YBCO.E7.9A.84.E8.A1.A8.E9.9D.A2.E7.89.B9.E6.80.A7"></span><span id="YBCO的表面特性">YBCO的表面特性</span></h2>
<p>表面改性常會導致材料的新性質。表面改性的YBCO可衍生出許多性質，如抑制腐蝕、黏合聚合物、成核，製備有機超導體/絕緣體/高溫超導體以及製備金屬/絕緣體/超導體隧道結。</p><p>這些分子層狀材料可用循環伏安法製備。目前已製得烷基胺、芳香胺和硫醇與YBCO形成的材料，它們穩定性不一。有理論認為在這其中胺扮演路易斯鹼，與YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>7</sub>中路易斯酸性的Cu位點結合生成穩定的配位鍵。
</p>
<h2><span id=".E7.A3.81.E6.82.AC.E6.B5.AE"></span><span id="磁悬浮">磁懸浮</span></h2>
<p>YBCO和其他超導體一樣，在轉變溫度會發生邁斯納效應。在該溫度或低於該溫度時，YBCO變為抗磁性，內部磁通量為零，磁力線無法進入超導體，超導體排斥體內的磁場。因此這時超導體表面的任何磁鐵都會懸浮起來，見下方的影片。</p>
<h2><span id=".E5.BD.B1.E7.89.87"></span><span id="影片">影片</span></h2>
<p><br clear="left"></p>
<h2><span id=".E5.8F.82.E8.80.83.E8.B5.84.E6.96.99"></span><span id="参考资料">參考資料</span></h2>
<h3><span id=".E8.A8.BB.E9.87.8B"></span><span id="註釋">註釋</span></h3>

<h3><span id=".E5.8F.83.E8.80.83.E6.96.87.E7.8D.BB"></span><span id="參考文獻">參考文獻</span></h3>
<ul><li>http://www.aps.org/apsnews/0703/070312.cfm （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）</li></ul><h2><span id=".E5.A4.96.E9.83.A8.E9.93.BE.E6.8E.A5"></span><span id="外部链接">外部連結</span></h2>
<ul><li>http://www.ch.ic.ac.uk/otway/YBCO.html （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）</li>
<li>超導體應用</li>
<li>MSDS資料頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）</li></ul><!-- 
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**釔鋇銅氧**，或稱**釔鋇銅氧化物**、**YBCO**，是化學式為 YBa2Cu3O7 的化合物。它是著名的高溫超導體，屬於第二類超導體，並且是第一個製得轉變溫度在液氮沸點以上的材料。

## 歷史

在發現超導性後的第 75 年，在蘇黎世 IBM 工作的約翰內斯・貝德諾爾茨和卡爾・米勒發現特定的半導體氧化物可以在低於 35K 的溫度下顯示出超導性，特別是鑭鋇銅氧化物，一種缺氧鈣鈦礦型的潛在材料。

在此基礎上，1987 年，亨茨維爾阿拉巴馬大學的吳茂昆及其研究生（Ashburn 和 Torng），與休斯頓大學的朱經武和他的學生共同發現了釔鋇銅氧，也因此引發了對新高溫超導材料的研究熱潮。

YBCO 是首個超導溫度在 77K 以上的材料，也就是說它的轉變溫度高於液氮的沸點，用相對便宜的液氮就可以冷卻。之前發現的超導體都必須用液氦或液氫冷卻（Tb = 20.28 K）。

## 合成

YBCO 最早是通過在 1000-1300K 加熱金屬碳酸鹽混合物製備的。

　
: 4BaCO3 + Y2(CO3)3 + 6 CuCO3 → 2 YBa2Cu3O{7-x} + 13 CO2 + (3+x)O2

現在 YBCO 的製取以相應的硝酸鹽和氧化物為原料。

YBa2Cu3O{7-x}的超導性質與 x 值（氧含量）很有關係，只有滿足 0≤x≤0.5 的材料在 Tc 溫度下有超導性，當 x~0 時其轉變溫度最高，為 95K。

除了氧的計量比外，YBCO 的性質也由結晶方式決定。在燒結 YBCO 時必須小心，因為 YBCO 是晶體材料，只有小心控制退火和淬火的溫度和速度，校準晶界，才可以使其超導性達到最佳。

吳茂昆和同事提出了其他合成 YBCO 的方法，比如化學氣相沉積（CVD）、溶膠 - 凝膠以及氣膠法。這些方法在燒結時仍然需要小心。

## 結構

YBCO 為鈣鈦礦缺陷型層狀結構，含有 CuO-CuO2-CuO2-CuO 交替的層，CuO2 層可以有變形和皺褶。釔原子存在於 CuO2 和 CuO2 層中，BaO 層則在 CuO 與 CuO2 兩層之間。

當 YBa2Cu3O7 中氧原子計量小於 7 時，根據具體數值的不同，這些非計量化合物結構可以有差異，可以化學式中的 δ 來表示。 $\delta $ = 1 時為四方結構，CuO 層（Cu (1)）的 O (1) 為空，不顯示超導性。略微增加氧的含量會增加 O (1) 的占有率。δ< 0.65 時 _b_ 軸形成 Cu-O 鏈，結構變為正交，晶格參數分別為 a=3.82、b=3.89 及其 c=11.68Å。當 δ ~0.07 時超導性最佳，O (1) 中只有少數幾個為空。

有證據顯示，當其它原子取代 Cu 和 Ba 時，超導性發生在 Cu (2) O 層，Cu (1) O (1) 鏈只用作儲存電荷（charge reservoirs）。然而鐠取代釔後形成化合物的超導性與此相矛盾。

釔鋇銅氧的超導長度規表現出各向異性，穿透深度 $\lambda _{ab}\approx 150~{\textrm {nm}}$ ， $\lambda _{c}\approx 800~{\textrm {nm}}$ ，相干長度 $\xi _{ab}\approx 2~{\textrm {nm}}$ ， $\xi _{c}\approx 0.4~{\textrm {nm}}$ 。雖然 a-b 平面的相干長度是 _c_ 軸的 6 倍之多，但與傳統的超導體，如鈮（ $\xi \approx 40~{\textrm {nm}}$ ）相比仍顯得較小。這意味著其超導態易受到界面或晶胞缺陷的影響，因此對製作 YBCO 時的儀器要求增高，並且 YBCO 對潮濕環境相當敏感。

## 應用

高溫超導體有很多實際中的應用，例如可用作核磁共振成像、磁懸浮設施以及約瑟夫森結中的磁體。

主要有兩個問題限制了 YBCO 在超導方面的應用：

* 第一，YBCO 單晶有很高的臨界電流密度，至於多晶則很低（保持超導態時僅能通過很小的電流）。這是由材料的晶粒界面造成：當晶界角大於約 5° 時，超導電流就無法越過界面。這個問題可由通過化學氣相沉積製備薄膜或調準晶界得到改善。
* 第二，此類的氧化物材料很脆，以傳統方法製成線狀並不能很好地保留其超導性質。

另外，很多情況下大規模冷卻物體至液氮的溫度並不十分實際。

## YBCO 的表面特性

表面改性常會導致材料的新性質。表面改性的 YBCO 可衍生出許多性質，如抑制腐蝕、黏合聚合物、成核，製備有機超導體 / 絕緣體 / 高溫超導體以及製備金屬 / 絕緣體 / 超導體隧道結。

這些分子層狀材料可用循環伏安法製備。目前已製得烷基胺、芳香胺和硫醇與 YBCO 形成的材料，它們穩定性不一。有理論認為在這其中胺扮演路易斯鹼，與 YBa2Cu3O7 中路易斯酸性的 Cu 位點結合生成穩定的配位鍵。

## 磁懸浮

YBCO 和其他超導體一樣，在轉變溫度會發生邁斯納效應。在該溫度或低於該溫度時，YBCO 變為抗磁性，內部磁通量為零，磁力線無法進入超導體，超導體排斥體內的磁場。因此這時超導體表面的任何磁鐵都會懸浮起來，見下方的影片。

## 影片

 

## 參考資料

### 註釋

### 參考文獻

* http://www.aps.org/apsnews/0703/070312.cfm （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 外部連結

* http://www.ch.ic.ac.uk/otway/YBCO.html （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 超導體應用
* MSDS 資料頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
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