Study on the Structural and Transporting Property of Sr2Ru1-xCuxO4-y(0.0≤x≤0.5)

$Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}(0.0{\le}x{\le}0.5)$ compounds were prepared using a conventional solid state reaction. Based on the Rietveld refinements of X-ray diffraction results, it is revealed that $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$ compounds are the single phases with K2NiF4 type tetragonal system in the range of 0=x=0.3, while the mixed phases of$Sr_2RuO_4$ and $Sr_2CuO_3$ in the range of $0.4{\le}x{\le}0.5$. By means of X-ray photoelectron spectroscopy, the valence states of Ru and Cu in $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$, have been confirmed to 4+ and 2+, respectively. The bond length difference between $Ru-O_1 ({\times}4)\;and\;Ru-O_2 ({\times}2)\;in\;RuO_6$ octahedron is gradually decreased with increasing Cu content in $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$, which results in the lower c/a ratio. So, it might be assured that the variation of local symmetry of $RuO_6$ octahedron is very closely related to the transporting property of $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$ compounds. The behavior of resistivity discloses that the metallic property in $Sr_2RuO_4$ changes into the semiconducting one in proportion to the Cu content in $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$.

Sr2Ru1-xCuxO4-y(0.0≤x≤0.5) 화합물의 구조 및 전달 특성에 대한 연구

고상반응으로 $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}(0.0{\le}x{\le}0.5)$ 화합물을 합성하였다. X-선 회절 분석 결과에 대한 Rietveld 정밀화로부터 합성된 $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$ 화합물은 $0{\le}x{\le}0.30$의 Cu 치환 범위에서는 모두 단일상의 정방정계 구조를 갖는 $K_2NiF_4$ 형태의 구조를 취하지만, $0.4{\le}x{\le}0.5$의 범위에서는 미량의 $Sr_2CuO_3$ 화합물의 회절 피이크가 관찰되는 이중상을 갖는 화합물로 존재한다는 사실을 알 수 있었다. $Sr_2RuO_4$ 화합물의 Ru자리에 Cu 이온을 부분적으로 치환할 때의 전이금속 이온인, Ru와 Cu이온의 원자가 상태는 X-선 전자 분광법으로 확인하였다. $Ru\; 3p_{3/2}$ 전자와 $Cu\; 2p_{3/2}$ 전자의 결합에너지 측정으로부터 $Ru^{4+},\;Cu^{2+}$를 갖는 것으로 확인되었다. $Sr_2RuO_4$ 화합물의 Ru 자리에 치환하는 Cu 이온의 농도를 증가할수록 $Ru-O1({\times}4)$ 와 $Ru-O_2({\times}2$)의 결합길이 차이가 ${\Delta}=0.1329 {\AA}Sr_2RuO_4$ 경우)에서 ${\Delta}=0.0383 {\AA}(Sr_Ru_{0.7}Cu_{0.3}O_{4-y}$ 경우)으로 변하며, c/a 역시 감소하는 경향을 나타내고 있다. 따라서, $Sr_2RuO_4$ 화합물의 Ru 자리에 Cu 이온을 치환함에 따라 $RuO_6$ 팔면체의 국부 대칭성의 변화에 의해 결정구조가 정방정계로의 변화를 수반하면서, 이에 따른 $Sr_2Ru_{1-x}Cu_xO_{4-y}$의 전달특성이 금속에서 반도체로 변화한다.