--~
--
60 Prosiding Pertenulall dall Preselltasi JImiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 Apri/1995
131
BllklllI
ANALISIS KEKOSONGAN OKSIGEN DALAM SUPERKONDUKTOR YBCO-123 MENGGUNAKAN TEKNIK DIFRAKSI NEUTRON Ridwan, Gunawan, Wuryanto, W. Prasuad, Epung S. B daD Marsongkohadi PPSM-BATAN, Kawasan PlispitekSerpong Tangerang 15310
ABSTRAK ANALlSA KEKOSONGAN OKS1GENDALAM SUPERKONDUKTOR YBCO-I23 MENGGUNAKAN TEKNIK DIFRAKSI NEUTRON. Sifat-sifat sllperkondllktifdalam bahan YBa2CII307-x(YBCO-I 23) sangat bergantllng padajllmlah kandllngan oksigen di dalam moleklllnya. Keberadaan oksigen di dalam bahan ini secara efektif dapat ditentllkan dengan metoda difraksi nelltron. Dalam makalah ini akan dibahas strllktllr kristal YBCO-I23 berdasarkan datapengllkllranyang diperoleh menggllnakan 'High Resollition Powder DijJractometer'(HRPD)-PPSM yang dianalisis dengan metoda Rietveld. RIETAN'94. Gllna memperoleh informasi yang lebih mendalam mengenai keberadaan oksigen di dalam bahan YBCO- I23 ini, menggunakan sllatll metoda 'Follrier' telahPilla dibllat peta distribllsi kerapatan nllklir IIntliksetiap posisi atom oksigen di dalam bahan.
ABSTRACT ANALYSIS OF OXYGEN DEFICIENCY IN SUPERCONDUCTOR YBCO-I23 USING NEUTRON DIFFRACTION TECHNIQUE. Slipercondlictivityproperties in the YBa2CzI307-x(YBCO-I23)is very depend on the nllmber of oxygenscontents in the molecliles.Occllpation of these oxygen can be determined effectively by means of nelltron diffraction method. The crystal strllctllre of YBCO-I 23 analyzed IIsing Rietveld method, RIETAN '94, based on measllred data taken by High Resollition Powder Diffractometer (HRPD)-PPSM Definite information of occllpation of oxygens in the YBCO-J23 have also been studied by using Follrier method to draw the nllclear distriblltion density to each oxygen atom positions in the compound.
PENDAHULUAN
P
enelitian di bidahg superkonduktor telah berkembang dengan pesat sejak ditemukannya bahan-bahan barn yang mempunyai suhu transisi di atas temperatur titik didih nitrogen cair. Superkonduktor YBa2Cu307-x (YBCO-123) merupakan salah satu contoh yang sangat populer dalam kelompok ceramic. Proses pembuatan/ sintesa bahan tersebut bukanlah hal yang eksklusif lagi, daD kalau boleh sudah dapat dikatakan establish. Kandungan oksigen di dalam bahan YBCO-123 ini sangatlah renting. Bahan akan bersifat superkonduktif apabila oksigen di dalam bahan 0< x<0,5 dengan struktur kristal ortorombik [I]. Mengingat peranan yang renting daTioksigen ini, maka informasi yang akurat mengenai kedudukan oksigen di dalam struktur kristalnya amatlah diperlukan.
ISSN 0216-3128
Panjang hamburan atomik oksigen terhadap neutron yang lebih besar dibandingkan terhadap sinar-X menyebabkan keberadaan oksigen di dalam bahan akan lebih akurasi hila ditentukan daTidata difraksi neutron. Keakurasian ini sudah tentu tidak dapat dilepaskan dari peralatan yang digunakan dalam pengambilan data. Analisis struktur YBCO-123 berdasarkan data basil pengukuran menggunakan difraktometer dua-sumbu (resolusi rendah) pactasuhu rendah yang dilakukan penulis [2] daD Katano dkk. [3],sangat bersesuaian satu sarna lain. Pacta posisi 1e (0,1/2,0) tidak ditempati oleh atom oksigen sarna sekali. Hal ini berbeda dengan yang diperoleh Izumi dkk.
[4],
dengan menggunakan
difraktometer serbuk resolusi tinggi (HRPD), mereka confirm bahw'a oksigen pacta posisi Ie tersebut tidak sepenuhnya kosong. HasH yang diperoleh terakhir ini dapat diterima, mengingat puncak-puncak difraksi yang berhimpitan dengan menggunakan alaitersebut dapatdihindari sehingga informasi mengenai struktur kristal bahan dapat lebih ditentukan dengan teliti.
Ridwan dkk.
-
132
Buku II
Prosidillg PertenulOlI dolI Presentasi 1111liall PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
(A-47). Dalam Analisis struktur kristal ini Beberapa waktu yang lalu di Pus at Penelitian Sains Materi (PPSM) Batan telah keberadaan atom-atom oksigen di refinement tanpa dipasang clan dikalibrasi Difraktometer Serbuk menggunakan syarat batas. Parameter termal Resolusi Tinggi (HRPD) [5] Sejumlah data difraksi dari Tabell. Koordinat atom site occupation beserta parameter termal isotrop basil refinement YBCO-123 cuplikan YBCO-123 pacta tempertur ruang telah diambil Atom Site Occ x z B menggunakan peralatan y HRPD ini. Hasil Analisis y Ih 1,0 0,5 0,5 0,5 0,9084 (9) lengkap mengenai parameter struktur kristal bahan akan Ba 2t 1,0 0,5 0,5 0,185618 0,6103 (0) diterangkan secara lengkap la Cu (I) 1,0 0,0 0,0 0,0 1,5032 (4) dalam makalah ini.Lebihjauh 1,0 Cu (2) 2q 0,0 0,0 0,354852 0,6682 (6) lagi untuk memverifikasi keberadaan atom-atom Ib 0,8287 0,5 0,0 0,0 0,0100 (0) 0 (I) oksigen di dalam kristal Ie 0,0839 0 (2) 0,0 0,5 0,0 0,5800 (0) dengan memanfaatkan metoda Analisis Fourier 1,0 0,156239 0 (3) 2q 0,0 0,0 0,6430 (0) dihitung kerapatan nuklir 2r 1,0 0,0 0,5 0,379888 0 (4) 0,3797 (3) untuk setiap posisi atom 25 1,0 0,5 0,0 0,377768 0 (5) 0,8116 (3) oksigen yang kemudian digambarkan dalam peta kerapatan nuklir dua- dimensi. isotrop di setiap posisi atom juga di refine tanpa menggunakan syarat batas. Hasillengkap mengenai parameter struktur TATAKERJA kristal dapat dilihat pactatabel I. Koordinat atomik yang diperoleh sangat bersesusian dengan yang Cuplikan YBCO-123 yang digunakan disini d,iperoleh Izumi dkk. [4] maupun Asano dkk. [8]. adalah berupa bahan standard yang diperoleh dari Disini terlihat pula oksigen pacta posisi Ie (0,,0) STREEM yang kemudian disintering sebelum tidak sepenuh kosong melainkan 0,08. Berdasarkan basil analisis ini maka diperoleh bahwa rumus dilakukan pengukuran. Sejumlah kira-kira 5 gram kimia bahan adalah YBa2Cu30691.Faktor reabilitas bubuk halus YBCO-123 ini kemudian ditempatkan dalam tatTIng vanadium guna pengambilan data pacta akhir refinement adalah Rwp=11,15 %, Rp= 8,91%, RF 5,94% clan good offitness S= 1,87%. difi:aksi.Intensitas difi:aksidiukur dalam selang 28; 2,500 - 1600 dengan step width 0,05. Pengukuran HasH pencocokan data observasi dengan perhitungan menggunakan program RlETAN ini dilakukan pacta temperatur ruang menggunakan dapat dilihat pacta gambar I. Pacta tabel 2, dapat counting mode dengan kondisi reaktor 25 MW. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa dilihatjarak antar atom Ba-O ataupun Cu-O. Untuk puncak-puncak utama sangat tinggi hila memberikan gambaran yang jelas mengenai dibandingkan dengan cacah Jatar belakang. Ini keberadaan atom di dalam kristal, maka pacta gambar 2 dapat dilihat susunan atom-atom di menunjukkan bahwa statistik basil pengukuran sudah cukup baik. Keseluruhan data ini kemudian dalam satu-satuan gelyang diperoleh menggunakan dipakai untuk Analisis struktur kristallebih lanjut. program ORTEP. Analisis Fourier Struktur YBCO-123
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Struktur Kristal YBCO-123 Data sebanyak 3200 titik basil pengukuran yang setelah dikoreksi kemudian digunakan dalam Analisis struktur kristal menggunakan metoda Rietveld dengan memanfmitkanprogram komputer RlETAN'94 [6.7].Model struktur kristal "diambil ortorombi dengan simetri grup ruang Pmmm
Ridwan
dkk.
Analisis Fourier banyak sekali terpakai di dalam kristallografi terutama dalam penentuan posisi suatu atom secara akurat di dalam kristal. Seperti halnya dalam Analisis menggunakan sinar-X, kerapatan elektron suatu atom di dalam satu-satuan gel dapat dinyatakan dengan: p(X,y,z) = I/V Lh4LI
Fhkl e-21ti(hx+ky+1z)
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertenuwn dan Presentasi llmialr PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
133
Bllkll II
,--
3000 ,
2>00 2000 ::-
1500
) ':~A 0 r,
-500f-v-1000
r- ,.h..lt-'"
20
7$
. 28
100
-
120
150
anale
Gambar1. Fitting - antara data observasi dengan perhitllngan mellggllnakan metoda Rietveld
Tabel 2.
Jarak Ikatan Antar Atom di dalam Kristal
Atom
-
Atom
A
y
-
0 (4)
2,4003 (x 0,0106)
-
0 (5)
2,3882 (x 0,0114)
-
0 (3)
2,7497 (x 0,0039)
0 (I)
1,9456 (x 0,0003)
0 (2)
1,9124 (x 0,0002)
0 (3)
1,8286 (x 0,0196)
0 (3)
2,3245 (x 0,0228)
0 (4)
1,9347 (x 0,0035)
0 (5)
1,9640 (x 0,0032)
Ba Cu (I)
Cu (2)
-
-
.
r
Gambar3a-3b. Peta distribllsi kerapatan nllklir llntllk atom 0(1) dun
0(2) diperolehanalisaFourier
'(
Mengingat data yang akan digunakan disini adalah basil difraksi neutron, maka Analisis Fourier yang diperoleh akan merupakan distribusi kerapatan nuklir. Pada gambar 3a clan3b dapat dilihat dengan jelas perbedaan kerapatan nuklir untuk 01 clan O2. Hal ini sangat sesuai dengan basil yang diperoleh pada tabel I, yakni keberadaan atom oksigen (02) pada posisi Ie yang sangat keeil dibandingkan dengan keberadaan atom oksigen (01) pada posisi Ib, seperti yang terlihat pada gambar 3b. Pada gambar 4a, 4b clan 4e terlihat bahwa distribusi kerapatan nuklir oksigen pada posisi 2q, 2r clan 2s sangatlah tinggi. Hal ini sangat bersesuaian dengan dengan basil yang diperoleh yakni pada posisi-posisi tersebut sepenuhnya diisi oleh atom-atom oksigen.
Gambar 2. Strllktllr YBCO-123 Digambar Menggllnakan ORTEP
ISSN 0216-3128
Ridwan dkk.
,.
134
Bllkll 11
Prosidi/lg Pertenuta/l don Presentasi llmiall PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
KESIMPULAN 0
~
0
'.
Berdasarkan hasil Analisis struktur kristal yang telah dilakukan maka rumus kimia bahan superkonduktor yang digunakan adalah 'lBa2CuJ06.91.Metoda difTaksineutron sangat baik dalam Analisis struktur mikro suatu bahan terutama untuk menentukan secara akurat posisi atom-atom ringan di dalam kristal yang dengan difTaksisinar-X sangat sulit ditentukan. Analisis struktur kristal yang telah dilakukan juga confirm bahwa oksigen atom pada posisi Ie (0,1/2,0) tidak sepenuhnya kosong. Secara keseluruhan basil yang diperoleh sangat bersesuaian dengan Izumi dkk daD Asano dkk. Hal ini membuktikan juga bahwa faktor resolusi alat sangat memegang peranan penting guna memperoleh basil yang akurat. Dengan Anal is is Fourier maka informasi mengenai keberadaan atom pada posisi tertentu di dalam ~el samail secara kuantitatif dapat diperoleh. Terutama untuk bahan YBCO-I~3 ini dimana keberadaan atom oksigen sangat berperan dalam menentukan sifat superkonduktif bahan, maka konfirmasi keberadaan oksigen sangat diperlukan.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. F. Izumi yang telah memberi izin untuk menggunakan program RIETAN'94 serta Prof. Y. Hamaguchi yang banyak membantu dalam Analisis Fourier. Terima kasih daD penghargaan yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada semua staff daD teknisi ISN-PPSM yang banyak membantu dalam persiapan alat daD pengambilan data difTaksineutron.
DAFT AR PUST AKA
..
Gombar 40, 4b, 4c.
Peta distribusi kerapatan nuklir untuk atom 0(3),094) daD 0(5) diperoleh dengan analisa Fourier"
Ridwan dkk.
1. JORGENSEN, J. D., VEAL, B. W., KWOK, W. K., CRABTREE, G. W., UMEZAWA, A., NOWICKI, L. J. and PAULIKAS, A. P.,Structural' and superconducting properties of orthorombic and tetragonal YBa2Cu307-x: The effect of oxygen stoichiometry and orderingon superconductivity, Phys. Rev. B 36, 5731 (1987) 2. RIDWAN DAN ENGKIR SUKIRMAN, Analisis Struktur YBa2Cu30x Pada Suhu 26K dengan Menggunakan Metoda Rietveld, Telaah XII (1990)
ISSN 0216-3128
Prosiding PertenUian den Presenlasi IllIIill" PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
3. KATANO, S., FUNAHASHI, F., HA TANO, T., MATSUSHITA, A., NAKAMURA, K., ATSUMOTO, T. and OGAWA, K., Structure of YBa2Cu3066at Low Temperature, Jpn. J. Appl. Phys. 26, L 1049(1987) 4. IZUMI, F., ASANO, H., ISHIGAKI, T., TAKA YAMA-MUROMACHI, E., UCHIDA, Y.,andWATANABE,N.,Jpn.J. Appl. Phys. 7, L 1193 (1987) 5. PRASUAD, W., GUNAWAN, RIDWAN daD MARSONGKOHADI, Akan diseminarkan pacta Pertemuan clan Presentasi Ilmiah, Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan clan Teknologi Nuklir, Yogyakarta (1995) 6. IZUMI, F., "The Rietveld Method", Ed. by. R. A. Young, Oxford University Press, Oxford (1993) 7. KIM, Y-!. and IZUMI, F., J. Ceram. Soc. Jpn.,IO2,401(1994) 8. ASANO, H., TAKITA, K., ISHIGAKI, T., AKINAGA, H., KATOH, H., MASUDA,
BllkllII
/35
K., IZUMI, F.and WATANABE,N.,Jpn. J. Appl. 8, L 1341 (1987)
TANYAJAWAB
.
ISSN 0216-3128
Sumining Apa tujuan mengetahui kekosongan oksigen pada sliperkondllktor ? dan apa solllsinya ? Ritlwan Tujuan mengetahui kekosongan oksigen pacta bahan superkonduktor YBCO-123 ini sebetulnya berkaitan dengan fenomena superkonduktif yang muncul pacta bahan tersebut yang berkaitan dengan jumlah oksigen di dalam bahan. Namun demikian hat yang sangatmendasar clan clan ingin diterangkan adalah mekanisme superkonduktif yang muncul sehibungan dengan jaringan ikatan layer Cu-O yang acta clan sampai saat ini belum dapat diterangkan sepenuhnya dari sudut teoritisnya.
Ridwan dkk.
