Oxyde mixte de baryum, de cuivre et d'yttrium

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Oxyde mixte de baryum, de cuivre et d'yttrium
Image illustrative de l’article Oxyde mixte de baryum, de cuivre et d'yttrium
YBCO-unit-cell-CM-3D-balls.png
__ Y3+     __ Ba2+     __ Cu2+     __ O2−
Maille cristalline et apparence des matériaux YBaCuO
Identification
Synonymes

YBaCuO, YBCO

No CAS 107539-20-8 (hydrate)
No ECHA 100.121.379
PubChem 6337927 (hydrate)
Apparence solide noir
Propriétés chimiques
Formule brute Ba2Cu3O7YYBa2Cu3O7-δ
Masse molaire[1] 666,194 ± 0,025 g/mol
Ba 41,23 %, Cu 28,62 %, O 16,81 %, Y 13,35 %,
Propriétés physiques
fusion > 1 000 °C
Masse volumique 6,3 g·cm-3
Précautions
SGH[2]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H315, H319, H335, P261, P305, P338, P351,

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Les oxydes mixtes de baryum, de cuivre et d'yttrium ou YBaCuO ou YBCO sont des composés chimiques cristallins de formule YBa2Cu3O7-δ. Ils sont particulièrement connus pour avoir été les premiers matériaux supraconducteurs à température supérieure à celle de l'azote liquide (77 K) et donc les premiers supraconducteurs dits « à haute température ». Ils ont été découverts en 1986 par Johannes Georg Bednorz et Karl Alexander Müller[3].

Historique[modifier | modifier le code]

En avril 1986, soit 75 ans après la découverte de la supraconductivité en 1911, Georg Bednorz et Karl Müller, travaillant chez IBM à Zurich, ont découvert que certains oxydes semi-conducteurs deviennent supraconducteurs à 35 kelvins (−238 °C), considérée comme une température relativement élevée. En particulier, l'oxyde mixte de baryum, de cuivre et de lanthane (LBCO), à structure pérovskite déficiente en oxygène, se sont révélés prometteurs. En 1987, Bednorz et Müller ont reçu le prix Nobel en physique pour ce travail.

À partir de là, Maw-Kuen Wu et ses élèves, Ashburn et Torng, à l'université d'Alabama à Huntsville en 1987, et Paul Chu et ses élèves à l'université de Houston en 1987, ont découvert que l'YBCO avait une température critique de 93 K (le premier échantillon était Y1,2Ba0,8CuO4). Leurs travaux ont rapidement mené à un nouveau supraconducteur, inaugurant une nouvelle ère dans la science de la matière et de la chimie.

YBCO fut le premier matériau à être supraconducteur au-dessus de 77 K, le point d’ébullition de l'azote liquide. Tous les matériaux développés avant 1986 devenant supraconducteurs seulement à la température de l’hélium liquide (4,2 K) ou de l’hydrogène liquide (20,28 K) - la plus haute était atteinte par le Nb3Ge à 23 K. Le principal intérêt de la découverte de l'YBCO est le coût très bas de la substance utilisée pour le refroidissement en dessous de la température critique.

Synthèse[modifier | modifier le code]

Un oxyde mixte de baryum, de cuivre et d'yttrium à l'état relativement pure a été synthétisé pour la première fois par chauffage d'un mélange des carbonates des métaux le constituant sur une plage de températures s'étendant de 1 000 à 1 300 K[4],[5], suivant la réaction :

4 BaCO3 + Y2(CO3)3 + 6 CuCO3 + (1/2−x) O2 → 2 YBa2Cu3O7−x + 13 CO2.

Les préparations modernes d'YBCO reposent sur les oxydes et nitrates correspondant[5].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a et b SIGMA-ALDRICH
  3. (en) J.G. Bednorz et K.A. Müller, « Possible high Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system », Zeitschrift für Physik B, vol. 64, no 2,‎ , p. 189–193 (DOI 10.1007/BF01303701).
  4. (en) C. E. Housecroft et A. G. Sharpe, Inorganic Chemistry, 2nd, (ISBN 978-0130399137).
  5. a et b (en) Norman N. Greenwood et Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd, (ISBN 0-08-037941-9).