Ossopnictide

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In chimica un'ossopnictide è un composto che include ossigeno e uno pnicogeno (un elemento del gruppo 15 della tavola periodica degli elementi), oltre ad uno o più elementi chimici appartenenti ai metalli di transizione o alle terre rare ed ai metalli alcalini o metalli alcalino terrosi. Sono composti artificiali ottenuti in laboratorio e studiati a partire dal 1995[1]. L'interesse per questi composti è specialmente legato alle proprietà di superconduzione che alcuni mostrerebbero (LaOFeP e LaOFeAs fra i primi scoperti)[2][3][4]. Dalle ossopnictidi si riuscirebbe, attraverso la sostituzione dell'ossido con fluoro, a raggiungere materiali dalle migliori proprietà.

Le ossopnictidi sono state brevettate come semiconduttori magnetici[5].

Formule e Struttura[modifica | modifica wikitesto]

Le ossopnictidi sono costituite da strati. All'interno degli strati sono perlopiù presenti strutture tetragonali, esagonali, occasionalmente monocline[6]. La formula con cui generalmente si indicano sono 

ATPnO   (A=primo metallo) (T=secondo metallo se presente) (Pn=fosforo, arsenico, antimonio, bismuto)

Alcune ossopnictidi

  • A2Mn3Pn2O2 (A=stronzio, bario) (Pn=fosforo, arsenico, antimonio, bismuto), tetragonale
  • A2Zn3As2O2 (A=stronzio, bario)
  • Ba2Mn2Pn2O (Pn=antimonio, bismuto), esagonale
  • Ba2Mn2As2O, monoclino
  • U2Cu2Pn3O (Pn=fosforo, arsenico), tetragonale
  • ACuPO e AAsPO (A=uranio, torio), tetragonale semplice

Superconduttività[modifica | modifica wikitesto]

La prima ossopnictide di ferro superconduttore è stata scoperta nel 2006[2] Un drastico aumento della superconducibilità fu riscontrato con la sostituzione dell'elemento fosforo con l'arsenico[3] e la scoperta si aggancia a studi simili fatti su cuprati superconduttori scoperti nel 1986.

Nel 2008 sono stati scoperti superconduttori ad alte temperature (sopra i 55 K) di composizione ReOTmPn dove Re è una terra rara, Tm è un metallo di transizione e Pn è un pnictogeno[7].

Tc di alcune ossopnictidi
Material LaO0.89F0.11FeAs LaO0.9F0.2FeAs CeFeAsO0.84F0.16 SmFeAsO0.9F0.1 La0.5Y0.5FeAsO0.6 NdFeAsO0.89F0.11 PrFeAsO0.89F0.11 GdFeAsO0.85 SmFeAsO~0.85
Tc (K) 26[8] 28.5[9] 41[8] 43[8] 43.1[10] 52[8] 52[11] 53.5[12] 55[13]

Test magnetici a campi superiori ai 45 T (tesla)[14][15] suggerirebbero che il campo critico di composti come LaFeAsO0.89F0.11 potrebbe essere intorno ai 64 T. Un materiale differente basato sull'elemento lantanio e testato a 6 K predirrebbe un campo critico a 122 T (La0.8K0.2FeAsO0.8F0.2.[9]).

A causa della fragilità delle ossopnictidi, i test sono stati eseguiti usando il composto in forma polvere all'interno di tubi[16]. Sembra anche appurato che in realtà la superconduzione nelle ossopnictidi risieda nello strato del metallo di transizione (quale ad esempio ferro). Esistono materiali superconduttori sia senza ossigeno che senza elemento pnicogeno.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Barbara I. Zimmer, Wolfgang Jeitschko, Jörg H. Albering, Robert Glaum and Manfred Reehuis, The rate earth transition metal phosphide oxides LnFePO, LnRuPO and LnCoPO with ZrCuSiAs type structure, in Journal of Alloys and Compounds, vol. 229, n. 2, 1995, pp. 238–242, DOI:10.1016/0925-8388(95)01672-4.
  2. ^ a b Yoichi Kamihara, Hidenori Hiramatsu, Masahiro Hirano, Ryuto Kawamura, Hiroshi Yanagi, Toshio Kamiya, and Hideo Hosono, Iron-Based Layered Superconductor: LaOFeP, in J. Am. Chem. Soc., vol. 128, n. 31, 2006, pp. 10012–10013, DOI:10.1021/ja063355c, PMID 16881620.
  3. ^ a b Hiroki Takahashi, Kazumi Igawa, Kazunobu Arii, Yoichi Kamihara, Masahiro Hirano, Hideo Hosono, Superconductivity at 43 K in an iron-based layered compound LaO1-xFxFeAs, in Nature, vol. 453, n. 7193, 2008, pp. 376–378, DOI:10.1038/nature06972, PMID 18432191.
  4. ^ Charles Day, New family of quaternary iron-based compounds superconducts at tens of kelvin, in Physics Today, vol. 61, n. 5, 2008, pp. 11–12, DOI:10.1063/1.2930719. URL consultato il 24 novembre 2009 (archiviato dall'url originale il 20 agosto 2008).
  5. ^ H. Hosono et al. (2006) Magnetic semiconductor material European Patent Application EP1868215
  6. ^ Z. Naturforsch., 57B, (2002), 165-170
  7. ^ X. H. Chen, T. Wu, G. Wu, R. H. Liu, H. Chen and D. F. Fang, Samarium based SmFeAsO1-xFx, in Materials Research Innovations, vol. 12, 2008, p. 105, DOI:10.1179/143307508X333686.
  8. ^ a b c d K. Ishida et al, To What Extent Iron-Pnictide New Superconductors Have Been Clarified: A Progress Report, in J. Phys. Soc. Jpn., vol. 78, 2009, p. 062001, DOI:10.1143/JPSJ.78.062001.
  9. ^ a b Prakash, J., S. J., S. L., S. e A. K., Potassium fluoride doped LaOFeAs multi-band superconductor: Evidence of extremely high upper critical field, in EPL (Europhysics Letters), vol. 84, 2008, p. 57003, DOI:10.1209/0295-5075/84/57003.
  10. ^ Shirage, Parasharam M., Kiichi, Hijiri, Hiroshi e Akira, Superconductivity at 43 K at ambient pressure in the iron-based layered compound La1-xYxFeAsOy, in Physical Review B, vol. 78, 2008, p. 172503, Bibcode:2008PhRvB..78q2503S, DOI:10.1103/PhysRevB.78.172503.
  11. ^ Ren, Z. A., J., W., W., G. C., X. L., L. L. e Z. X., Superconductivity at 52 K in iron based F doped layered quaternary compound Pr[O1–xFx]FeAs, in Materials Research Innovations, vol. 12, 2008, p. 105, DOI:10.1179/143307508X333686.
  12. ^ Yang, Jie, Zheng-Cai, Wei, Wei, Xiao-Li, Zhi-An, Guang-Can, Xiao-Li e Li-Ling, Superconductivity at 53.5 K in GdFeAsO1-d, in Superconductor Science and Technology, vol. 21, 2008, p. 082001, DOI:10.1088/0953-2048/21/8/082001.
  13. ^ Ren, Zhi-An, Guang-Can, Xiao-Li, Jie, Wei, Wei, Xiao-Li, Zheng-Cai e Li-Ling, "Superconductivity and phase diagram in iron-based arsenic-oxides ReFeAsO1-d (Re = rare-earth metal) without fluorine doping, in EPL (Europhysics Letters), vol. 83, 2008, p. 17002, DOI:10.1209/0295-5075/83/17002.
  14. ^ R. Colin Johnson, High-temp superconductors pave way for 'supermagnets', su planetanalog.com, 29 maggio 2008. URL consultato il 16 giugno 2023 (archiviato dall'url originale il 10 settembre 2012).
  15. ^ 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, Two-band superconductivity in LaFeAsO0.89F0.11 at very high magnetic fields, in Nature, vol. 453, n. 7197, 2008, pp. 903–905, DOI:10.1038/nature07058, PMID 18509332.
  16. ^ Gao, Zhaoshun, Lei, Yanpeng, Dongliang, Xianping e Yanwei, Preparation of LaFeAsO0.9F0.1 wires by the powder-in-tube method, in Superconductor Science and Technology, vol. 21, 2008, p. 105024, DOI:10.1088/0953-2048/21/10/105024.

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