Properties and substitutional chemistry of layered lead cuprate superconductors

Abstract

This article reviews the relationship between structure and properties for a series of layered Pb-containing superconducting cuprates from the research viewpoint of the solid state chemist or materials physicist. The 0211, 1201, 1212, 1222 and 2213 structures containing (Pb,M)O layers and their derivatives are considered with the emphasis on the general physiochemical relationships observed between crystal structure, allovalent ion chemical substitution, materials processing and optimisation of superconductivity.

References

1. M. Murukami, Supercond. Sci. Technol., 1992, 5, 185.
2. M. Ye, J. Schroeder, M. Mehbod, R. Deltour, A. G. M. Jansen and P. Wyder, in Applied Superconductivity 1995, IoP Conference Series No 148, vol. 2, p. 987, ed. D. Dew-Hughes, IoP, Bristol, 1995.
3. P. K. Gallagher, H. M. O'Bryan, S. A. Sunshine and D. W. Murphy, Mater. Res. Bull., 1987, 22, 995.
4. E. D. Specht, C. J. Sparks, A. G. Dhere, J. Brynestad, O. B. Cavin, D. M. Kroeger and H. A. Oye, Phys. Rev. B, 1988, 37, 7426.
5. T. Den and T. Kobayashi, Physica C, 1992, 196, 141.
6. T. P. Beales, L. Le Lay, M. Mölgg, C. Ferrari and W. Segir, Nuovo Cimento D, 1994, 16, 2067.
7. M. K. Wu, J. R. Ashburn, C. J. Torng, P. H. Hor, P. L. Meng, L. Gao, Z. J. Huang, Y. Q. Wang and C. W. Chu, Phys. Rev. Lett., 1987, 58, 908.
8. Z. Z. Sheng and A. M. Hermann, Nature (London), 1988, 332, 55.
9. H. Maeda, Y. Tanaka, M. Fukutumi and T. Ansano, Jpn. J. Appl. Phys., 1988, 27, L209.
10. T. Hikata, M. Ueyama, H. Mukai and K. Sato, Cryogenics, 1990, 30, 924.
11. M. P. Maley, J. Appl. Phys., 1991, 70, 6189.
12. R. S. Liu, D. N. Zheng, J. W. Loram, K. A. Mirza, A. M. Campbell and P. P. Edwards, Appl. Phys. Lett., 1992, 60, 1019.
13. Z. Z. Sheng, Y. F. Li and D. O. Pederson, in Superconductivity and its applications, 5th Annual Conference, Buffalo, NY, 24–26 September, 1991, AIP Conference Proceedings No. 251, 1992, pp. 477–488.
14. B. Raveau, C. Michel, M. Hervieu and A. Maignan, J. Mater. Chem., 1995, 5, 803.
15. T. Wada, S. Adachi, T. Mihara and R. Inaba, Jpn. J. Appl. Phys., 1987, 26, L706.
16. A. Ono, T. Tanaka, H. Nozaki and Y. Ishikawa, Jpn. J. Appl. Phys., 1987, 26, L1687.
17. B. W. Veal, W. K. Kwok, A. Umezawa, G. W. Crabtree, J. D. Jorgensen, J. W. Downey, L. J. Nowicki, A. W. Mitchell, A. P. Paulikas and C. H. Sower, Appl. Phys. Lett., 1987, 51, 279.
18. S. A. Sunshine, L. F. Schneemeyer, T. Siegrist, D. C. Douglass, J. V. Waszczak, R. J. Cava, E. M. Gyorgy and D. W. Murphy, Chem. Mater., 1989, 1, 331.
19. B. Okai, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 29, L2180.
20. P. R. Slater and C. Greaves, Physica C, 1991, 180, 299.
21. T. Den and T. Kobayashi, Physica C, 1992, 196, 141.
22. M. A. Subramanian, J. Golpalakrishnan, C. C. Torardi, P. L. Boyes, T. R. Askew, R. B. Flippen, W. E. Farneth and A. W. Sleight, Physica C, 1989, 157, 124.
23. J. Y. Lee, J. S. Swinnea and H. Steinfink, J. Mater. Res., 1989, 4, 763.
24. Y. Tokura, H. Takagi and S. Uchida, Nature (London), 1989, 337, 345.
25. A. Maignan, T. Rouillon, D. Groult, J. Provost, M. Hervieu, C. Michel, B. Raveau, R. S. Liu and P. P. Edwards, Physica C, 1991, 177, 461.
26. T. Maeda, K. Sakuyama, S. Koriyama, H. Yamauchi and S. Tanaka, Phys. Rev. B, 1991, 43, 7866.
27. S. H. H. Naqvi and I. W. Boyd, Physica C, 1993, 213, 161.
28. R. A. Hughes, Y. Lu, T. Timusk and J. S. Preston, Appl. Phys. Lett., 1991, 59, 2597.
29. X. X. Tang, D. E. Morris and A. P. B. Sinha, Phys. Rev. B, 1991, 43, 7936.
30. M. R. Presland, J. L. Tallon, R. G. Buckley, R. S. Liu and N. E. Flower, Physica C, 1991, 176, 95.
31. K. Kurusu, H. Takami and K. Shintomi, Analyst (London), 1989, 114, 1341.
32. M. Kosuge, T. Maeda, K. Sakuyama, H. Yamauchi, N. Koshikuza and S. Tanaka, Physica C, 1991, 182, 157.
33. T. Maeda, K. Sakuyama, F. Izumi, H. Yamauchi, H. Asano and S. Tanaka, Physica C, 1991, 175, 393.
34. A. Maignan, D. Groult, R. S. Liu, T. Rouillon, P. Daniel, C. Michel, M. Hervieu and B. Raveau, J. Solid State Chem., 1993, 102, 31.
35. B. Raveau, C. Michel, M. Hervieu, D. Groult and J. Provost, Adv. Mater., 1990, 2, 299.
36. H. B. Liu, D. E. Morris and A. P. B. Sinha, Physica C, 1993, 204, 262.
37. T. Rouillon, J. Provost, M. Hervieu, D. Groult, C. Michel and B. Raveau, J. Solid State Chem., 1990, 84, 375.
38. T. Roullion, A. Maignan, M. Hervieu, C. Michel, D. Groult and B. Raveau, Physica C, 1990, 171, 7.
39. E. L. Belokoneva, L. I. Leonyuk, A. G. Vetkin and N. I. Leonyuk, Supercond. Phys. Chem. Technol., 1992, 5, 948.
40. T. Rouillon, J. Provost, M. Hervieu, D. Groult, C. Michel and B. Raveau, Physica C, 1989, 159, 201.
41. G.-Yu. Babonas, R. Dagis, G. Pukinskas and L. I. Leonyuk, Supercond. Phys. Chem. Technol., 1992, 5, 1022.
42. T. P. Beales, W. G. Freeman, S. R. Hall, M. R. Harrison and J. M. Parberry, Physica C, 1993, 205, 383.
43. T. P. Beales, C. Dineen, W. G. Freeman, D. M. Jacobson, S. R. Hall, M. R. Harrison and S. Zammattio, Supercond. Sci. Technol., 1992, 5, 47.
44. R. S. Liu, D. Groult, A. Maignan, S. F. Hu, D. A. Jefferson, B. Raveau, C. Michel, M. Hervieu and P. P. Edwards, Physica C, 1992, 195, 35.
45. Y. Qian, H. Huang, K. Tang, G. Cao and Z. Chen, Chinese Phys. Lett., 1992, 9, 552.
46. G. C. Che, Y. C. Lan and Z. X. Zhao, J. Alloys Compd., 1995, 228, 45.
47. W.-J. Yu, Z. Q. Mao, X. M. Liu, M. L. Tian, G. E. Zhou and Y. H. Zhang, Physica C, 1996, 261, 27.
48. W. Widder, M. Franz, L. Bauernfeind and H. F. Braun, Physica C, 1993, 217, 121.
49. S. N. Putilin, I. Bryntse and E. V. Antipov, Mater. Res. Bull., 1991, 26, 1299.
50. S. F. Hu, D. A. Jefferson, R. S. Liu and P. P. Edwards, J. Solid State Chem, 1993, 103, 280.
51. O. Chmaissen and Z. Z. Sheng, Physica C, 1995, 247, 125.
52. R. S. Liu, P. T. Wu, S. F. Wu, W. N. Wangh and P. Edwards, Physica C, 1990, 165, 111.
53. R. S. Liu, P. P. Edwards and P. T. Wu, Adv. Mater., 1990, 2, 369.
54. R. Suryanarayanan, H. Pankowska, L. Ouhammou, O. Gorochov and A. Halli, J. Mater. Sci. Lett., 1990, 9, 33.
55. S. Claude, M. Hervieu and P. T. Moseley, J. Mater. Chem., 1992, 2, 471.
56. R. S. Liu, S. F. Hu and P. P. Edwards, Appl. Phys. Lett., 1991, 59, 985.
57. M. Ohta, M. Tsutsumi, J. Yoshimoto and B. Okai, Physica C, 1991, 185–189, 667.
58. W. Widder, L. Bauernfeind, M. Franz and H. F. Braun, J. Alloys Compd., 1993, 195, 61.
59. L. Bauernfeind, W. Widder, W. Hoffman and H. F. Braun, Physica C, 1994, 235–240, 947.
60. A. Bauer, P. Zoller, J. Glaser, A. Ehmann, W. Wischert and S. Kemmler-Sack, Physica C, 1996, 256, 177.
61. M. A. Subramanian, C. C. Torardi, J. Golpalakrishnan, P. L. Gai, J. C. Calabrese, T. R. Askew, R. B. Flippen and A. W. Sleight, Science, 1988, 242, 249.
62. M. A. Subramanian, P. L. Gai and A. W. Sleight, Mater. Res. Bull., 1990, 25, 101.
63. Z. Z. Sheng, L. Sheng, X. Fei and A. M. Hermann, Phys. Rev. B, 1989, 39, 2918.
64. C. N. R. Rao, A. K. Ganguli and R. Vijayaraghavan, Phys. Rev. B, 1989, 40, 2565.
65. R. S. Liu, P. P. Edwards, Y. T. Huang, S. F. Wu and P. T. Wu, J. Solid State Chem., 1990, 86, 334.
66. A. Ehmann, S. Kemmler-Sack, S. Lösch, M. Schlichenmaier, W. Wischert, P. Zoller, T. Nissel and R. P. Huebener, Physica C, 1992, 198, 1.
67. H.-U. Nissen, M. Cantoni, S. Kemmler-Sack, A. Ehmann, S. Lösch, W. Wischert and P. Zoller, Physica C, 1992, 203, 436.
68. J. Wang, S. Takano, M. Wakata, R. Usami, K. Hamada, A. Fukuoka and H. Yamauchi, Physica C, 1994, 219, 33.
69. P. Zoller, J. Glaser, B. Seling, A. Ehmann, W. Wischert and S. Kemmler-Sack, Physica C, 1994, 235–240, 955.
70. I. K. Gopalakrishnan, H. Rajagopal, J. V. Yakhmi, A. Sequeira and R. M. Iyer, J. Supercond., 1994, 7, 857.
71. S. Kambe, T. Akao, I. Shime, S. Ohshima and K. Okuyama, Mater. Sci. Eng. B, 1995, 32, 57.
72. T. P. Beales, C. Dineen, S. R. Hall, M. R. Harrison and J. M. Parberry, Physica C, 1993, 207, 1.
73. W. Tang, J. Liang, J. Yang and G. Rao, J. Alloys Compd., 1996, 240, L4.
74. Y. Qian, K. Tang, P. Yang, Z. Chen and R. Li, Physica C, 1993, 209, 516.
75. T. P. Beales and J. M. Parberry, Mater. Res. Bull., 1997, 32, 1293.
76. J. B. Shi, H. J. Tsao and M. F. Tai, Physica C, 1996, 261, 201.
77. A. Kharlanov and J. P. Attfield, Physica C, 1996, 265, 315.
78. S. Kambe, T. Akao, S. Ohshima and K. Okuyama, Physica C, 1995, 255, 151.
79. T. P. Beales and J. M. Parberry, J. Alloys Compd., in press.
80. R. S. Liu, W. Zhou and P. P. Edwards, Appl. Phys. Lett., 1990, 57, 2492.
81. Z. Iqbal, B. L. Ramakrishna and J. C. Barry, Physica C, 1990, 169, 396.
82. Y. F. Li and Z. Z. Sheng, Mod. Phys. Lett. B, 1991, 5, 1661.
83. Y. F. Li, Z. Z. Sheng and D. O. Pederson, in Superconductivity and its applications, 5th Annual Conference, Buffalo, NY, 24–26 September 1991, AIP Conference Proceedings No. 251, 1992, pp. 376–387.
84. Y. F. Li, O. Chmaissen and Z. Z. Sheng, Physica C, 1995, 248, 42.
85. V. Hardy, A. Ruyter, A. Wahl, A. Maignan, D. Groult, J. Provost, Ch. Simon and H. Noel, Physica C, 1996, 257, 16.
86. R. S. Liu, S. F. Hu, D. A. Jefferson, P. P. Edwards and P. D. Hunneyball, Physica C, 1993, 205, 206.
87. K.-B. Tang, Y.-T. Qian, Z.-Y. Chen, L. Yiang and Y.-H. Zhang, Physica C, 1995, 248, 11.
88. G. Van Tendeloo, M. Hervieu, X. F. Zhang and B. Raveau, J. Solid State Chem., 1995, 114, 369.
89. Z. Hiroi, J. Shimoyama and K. Kishio, Physica C, 1996, 257, 210.
90. O. Chmaissen and Z. Z. Sheng, Physica C, 1995, 242, 23.
91. O. Chmaissen and Z. Z. Sheng, Physica C, 1995, 242, 228.
92. K.-B. Tang, Y.-T. Qian, Z.-Y. Chen, L. Yiang, L.-B. Wang and Y.-H. Zhang, Physica C, 1995, 242, 216.
93. T. Mochiku, T. Nagashima, M. Watahiki, Y. Fukai and H. Asano, Jpn. J. Appl. Phys., 1989, 28, L1926.
94. S. Adachi, K. Setsune and K. Wasa, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 29, L890.
95. C. Martin, D. Bourgault, C. Michel, J. Provost, M. Hervieu and B. Raveau, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 1989, 26, 1.
96. D. Bourgault, C. Martin, C. Michel, M. Hervieu, J. Provost and B. Raveau, J. Solid State Chem., 1989, 78, 326.
97. H. Sasakura, K. Nakahigashi, A. Hirose, H. Teraoke, S. Minamigawa, K. Inada, S. Noguchi and K. Okuda, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 29, L1628.
98. S. Adachi, K. Setsune and K. Wasa, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 29, L1799.
99. S. Adachi, K. Setsune and K. Wasa, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 29, L2183.
100. M. Shida, E. Ohshima, M. Kikuchi, M. Nagoshi and Y. Syono, Physica C, 1996, 268, 95.
101. S. Adachi, O. Inoue, H. Hirano, Y. Takahashi and S. Kawashima, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 28, L775.
102. R. S. Liu, D. S. Shy, S. F. Hu and D. A. Jefferson, Physica C, 1993, 216, 237.
103. D. Pelloquin, C. Michel, M. Hervieu, F. Struder and B. Raveau, Physica C, 1996, 257, 195.
104. D. Pelloquin, A. Maignan, A. Guesdon, V. Hardy and B. Raveau, Physica C, 1996, 265, 5.
105. J. B. Mandel, B. Bandyopadhyay, F. Fauth, T. Chattopadhyay and B. Ghosh, Physica C, 1996, 264, 145.
106. T. P. Beales, J. D. Johnson and J. M. Parberry, Supercond. Sci. Technol., 1997, 10, 502.
107. J. Akimitsu, S. Suzuki, M. Watanabe and H. Sawa, Jpn. J. Appl. Phys., 1988, 27, L1859.
108. S. Adachi, O. Inoue, S. Kawashima, H. Adachi, Y. Ichikawa, K. Setsune and K. Wasa, Physica C, 1990, 168, 1.
109. C. Martin, D. Bourgault, M. Hervieu, C. Michel, J. Provost and B. Raveau, Mod. Phys. Lett. B, 1989, 3, 993.
110. T. Maeda, K. Sakuyama, S. Koriyama, A. Ichinose, H. Yamauchi and S. Tanaka, Physica C, 1990, 169, 133.
111. T. Maeda, K. Sakuyama, N. Sakai, H. Yamauchi and S. Tanaka, Physica C, 1991, 177, 337.
112. T. Maeda, N. Sakai, F. Izumi, T. Wada, H. Yamauchi, H. Asano and S. Tanaka, Physica C, 1992, 193, 73.
113. H. Sasakura, H. Teraoka, K. Nakahigigashi, S. Minamigawa and K. Yoshiara, Jpn. J. Appl. Phys., 1992, 31, L25.
114. J. Min, J. Liang, C. Wong, F. Wu, H. Chen, C. Dong and G. Rao, J Phys.: Condens. Matter, 1995, 7, 5975.
115. A. Nara, T. Wada, A. Ichinose, H. Yamauchi and S. Tanaka, Physica C, 1991, 185–189, 599.
116. T. Wada, A. Nara, A. Ichinose, H. Yamauchi and S. Tanaka, Physica C, 1992, 192, 181.
117. W. Shizong, T. Kaibin, Q. Yitai, Y. Peidong, C. Zuyao, Y. Weichao and Z. Guien, Physica C, 1994, 226, 121.
118. T. Wada, A. Ichinose, H. Yamauchi and S. Tanaka, Physica C, 1990, 171, 344.
119. T. Wada, A. Ichinose, F. Izumi, A. Nara, H. Yamauchi, H. Asano and S. Tanaka, Physica C, 1991, 179, 455.
120. A. Maignan, C. Michel, M. Hervieu, J. Provost, D. Groult and B. Raveau, Physica C, 1992, 191, 333.
121. B. Seling, A. Ehmann, S. Kemmler-Sack, J. Linhart and W. Reimers, Phys. Status Solidi A, 1996, 156, 451.
122. R. J. Cava, B. Batlogg, R. B. van Dover, J. J. Krajewskii, J. V. Waszczak, R. M. Fleming, W. F. Peck Jr., L. W. Rupp, P. Marsh, A. C. W. P. James and L. F. Schneemayer, Nature (London), 1990, 345, 602.
123. A. T. Matveev, J. Ramirez-Castellanos, Y. Matsui and E. Takayama-Muromachi, Physica C, 1996, 262, 279.
124. R. J. Cava, B. Batlogg, J. J. Krajewski, L. W. Rupp, L. F. Schneemeyer, T. Siegrist, R. B. VanDover, P. Marsh, W. F. Peck Jr., P. K. Gallagher, S. H. Glarum, J. H. Marshall, R. C. Farrow, J. V. Waszczak, R. Hull and P. Trevor, Nature (London), 1988, 336, 211.
125. M. A. Subramanian, J. Gopalakrishnan, C. C. Torardi, P. L. Gai, E. D. Boyes, T. R. Askew, R. B. Flippen, W. E. Farneth and A. W. Sleight, Physica C, 1989, 157, 124.
126. O. Inoue, S. Adachi, Y. Takahashi, H. Hirano and S. Kawashima, Jpn. J. Appl. Phys., 1989, 28, L60.
127. H. W. Zandbergen, K. Kadowski, M. J. V. Menken, A. A. Menovsky, G. Van Tendeloo and S. Amelinckx, Physica C, 1989, 158, 155.
128. K. Kadowski, M. J. V. Menken and A. C. Moleman, Physica C, 1989, 159, 165.
129. Z. Korczak, W. Korczak, S. Kolesnik, T. Skoskiewicz and J. Igalson, Supercond. Sci. Technol., 1990, 3, 370.
130. M. M. Lukina, V. N. Milov, V. V. Moschchalkov and A. V. Gavrilov, Supercond. Chem. Phys. Technol., 1991, 3, 1962.
131. S. H. H. Naqvi, F. Beech and I. W. Boyd, Appl. Surf. Sci., 1992, 54, 166.
132. R. A. Hughes, Y. Lu, T. Timusk and J. S. Preston, Appl. Phys. Lett. B, 1991, 58, 762.
133. R. Retoux, C. Michel, M. Hervieu and B. Raveau, Mod. Phys. Lett B, 1989, 3, 591.
134. W. T. Fu, H. W. Zandbergen, W. G. Haije and L. J. DeJongh, Physica C, 1989, 159, 210.
135. X. X. Tang and D. E. Morris, Phys. Rev. B, 1991, 44, 4553.
136. M. Reedyk, T. Timusk, J. S. Xue and J. E. Greedon, Phys. Rev. B, 1992, 45, 7406.
137. A. L. Kharlanov, E. V. Antipov, L. M. Kovba, L. G. Akselrud, I. G. Muttik, A. A. Gippus and V. V. Moshchalkov, Physica C, 1990, 169, 469.
138. T. Mochiku, M. Osawa and H. Asano, Jpn. J. Appl. Phys., 1990, 29, L1406.
139. S. Adachi, O. Inoue, S. Kawashima, H. Adachi, Y. Ichikawa, K. Setsune and K. Wasa, Physica C, 1990, 168, 1.
140. M. Marezio, A. Santoro, J. J. Caponi, E. A. Hewat, R. J. Cava and F. Beech, Physica C, 1990, 169, 401.
141. P. Goodman, D. G. Jensen and T. J. White, Physica C, 1989, 158, 173.
142. S. H. H. Naqvi and I. W. Boyd, Mater. Sci. Eng. B, 1995, 33, 67.