Role of local coordination geometry in charge transfer in YBa2Cu3O7-δ superconductors

Michèle Gupta; Raju P. Gupta

doi:doi:10.1051/jp3:1992114

Issue		J. Phys. III France Volume 2, Number 2, February 1992


Page(s)		175 - 180
DOI		https://doi.org/10.1051/jp3:1992114

DOI: 10.1051/jp3:1992114
J. Phys. III France 2 (1992) 175-180

Role of local coordination geometry in charge transfer in YBa $\mathsf{_2}$ Cu $\mathsf{_3}$ O $\mathsf{_{7-\delta}}$ superconductors

Michèle Gupta¹ and Raju P. Gupta²

¹ Université de Paris-Sud, Institut des Sciences des matériaux, U.R.A. 446 du C.N.R.S., Bât. 415, 91405 Orsay, France
² Centre d'Etudes de Saclay, Section de Recherches de Métallurgie Physique, 91191 Gif sur Yvette Cedex, France

(Received 7 November 1990, revised 6 September 1991, accepted 10 September 1991)

Abstract
Although the mechanism responsible for the high $T_{\rm c}$ superconductivity is still unknown, it is nevertheless clear that superconductivity in the hole-doped materials depends sensitively on the number of holes, $C_{\rm h}$ , per CuO ₂ plane. A correlation between $C_{\rm h}$ and $T_{\rm c}$ has been established. In this paper we present examples of the critical dependence of the charge transfer, and hence the value of $C_{\rm h}$ , on the crystallographic characteristics and particularly on the local coordination geometry of the chain Cu atom. Electronic structure investigation of YBa ₂Cu ₃O _6.5 have been performed for this purpose using three models for the oxygen ordering. We obtain a sizeable charge transfer of $\sim 0.16$ electron/CuO ₂ only in the alternate chain model in which one chain in two remains intact as in YBa ₂Cu ₃O ₇ while in the tetragonal structure or in the identical chain model, in which all chains along the b-axis are broken, a negligible charge transfer is obtained. These results show that the order-disorder phenomena of the chain site oxygen atoms in YBa ₂Cu ₃O $_{7-\delta}$ play a crucial role in charge transfer, hole creation in the CuO ₂ planes, and superconductivity.

Résumé
Bien que le mécanisme responsable de la supraconductivité à haute $T_{\rm c}$ n'ait pas encore été élucidé, il est néanmoins établi que la supraconductivité des matériaux dopés par trous dépend de façon sensible du nombre de trous, $C_{\rm h}$ , par plan CuO ₂. Une corrélation entre $C_{\rm h}$ et $T_{\rm c}$ a été mise en évidence. Dans cet article nous montrons à l'aide de divers exemples que les transferts de charge et la valeur de $C_{\rm h}$ dépendent des caractéristiques cristallographiques et en particulier de la coordination et de la géométrie locale des atomes de cuivre des chaînes. Des calculs de structure électronique du composé YBa ₂Cu ₃O _6.5 ont été réalisés à cet effet en utilisant trois modèles différents pour l'ordre des atomes d'oxygène. Nous obtenons un transfert de charge substantiel de $\sim 0.16$ e ^- par plan CuO ₂ seulement dans le modèle des chaînes alternées dans lequel une chaîne sur deux reste intacte comme dans YBa ₂Cu ₃O ₇. En revanche un transfert de charge négligeable est obtenu avec le modèle de structure tétragonale et le modèle des chaînes identiques structures pour lesquelles les chaînes le long de l'axe- b sont détruites. Ces résultats montrent que les phénomènes d'ordre-désordre des atomes d'oxygène dans YBa ₂Cu ₃O $_{7-\delta}$ joue un rôle crucial pour les transferts de charge, la création de trous dans les plans CuO ₂ et la supraconductivité.

Role of local coordination geometry in charge transfer in YBa Cu O superconductors

Role of local coordination geometry in charge transfer in YBa $\mathsf{_2}$ Cu $\mathsf{_3}$ O $\mathsf{_{7-\delta}}$ superconductors