[論文レビュー] Absence of superconductivity in pulsed laser deposited Au/Ag modulated nanostructured thin films

Abhijit Biswas, Swati Parmar+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2018

Surface and Thin Film Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、脈動レーザー堆積法を用いてSi(100)および石英基板上に作成されたAu/Ag周期的ナノ構造薄膜のXRD、FESEM/EDAX、抵抗率（ρ-T）、磁化（M-T）測定を実施した。ナノ構造化がなされたにもかかわらず、5 Kから300 Kの間で超伝導転移は観察されず、この条件下でのAu/Agヘテロ構造に超伝導性が存在しないことが示された。

ABSTRACT

We have grown Au/Ag modulated nanostructured thin films by pulsed laser deposition using metallic targets. The growths performed at room temperature involved deposition of alternate layers of the two metals with larger thickness of Au and much lower thickness of Ag (two cases) on crystalline silicon (100) and quartz substrates. However, the characterization revealed that nanostructured configuration is realized in the film. We characterized the films by x-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (FESEM) with energy dispersive analysis of x-rays (EDAX), magnetization (M-T) and resistivity (Rho-T) measurements. The magnetization and resistivity measurements confirm that there is no signature of superconducting transition within the temperature range of 5K to 300K studied in these films.

研究の動機と目的

• 脈動レーザー堆積法を用いて作成されたナノ構造的Au/Agマルチレイヤーに超伝導性が存在する可能性を探ること。
• AuとAgの層の周期的ナノ構造が、超伝導的挙動を誘発するかどうかを特定すること。
• 複数の補完的技術を用いて、薄膜の構造的・表面形態的・電子的性質を特徴付けること。
• 層厚さおよび基板選択（Si、石英）が潜在的な超伝導転移に与える影響を評価すること。

提案手法

• 室温で、結晶性Si(100)および融けた石英基板上に、AuとAgの交互な層を脈動レーザー堆積法で成長させた。
• X線回折（XRD）を用いて、薄膜の結晶構造および相成分を分析した。
• 顕微鏡的走査電子顕微鏡（FESEM）とエネルギー分散型X線スペクトロスコピー（EDAX）を組み合わせ、表面形態および元素分布を観察した。
• 5 Kから300 Kの温度依存的抵抗率（ρ-T）測定を実施し、超伝導転移の検出を試みた。
• 同様の温度範囲で磁化（M-T）測定を実施し、超伝導的挙動の不在を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脈動レーザー堆積法によるAu/Ag周期的ナノ構造の形成が、超伝導性を引き起こすか？
• RQ2 AuとAgの層厚さ比が、マルチレイヤー薄膜の電子的性質に与える影響は何か？
• RQ3 5 Kから300 Kの温度範囲内で、これらのAu/Agヘテロ構造に超伝導転移は検出可能か？
• RQ4 構造的および形態的特性が、潜在的な超伝導的挙動に与える影響は何か？

主な発見

• 5 Kから300 Kの温度範囲において、抵抗率測定で超伝導転移は検出されなかった。
• 磁化測定では、マイスナー効果やマイスナー効果に由来する反磁性スクリーニングの痕跡が認められず、超伝導性の不在が確認された。
• XRD分析により、AuおよびAgの結晶相が確認されたが、合金化や新しいインタメタリック相の証拠は認められなかった。
• FESEMおよびEDAXにより、意図した設計に一致した明確なマルチレイヤー型ナノ構造が観察され、AuとAgの層が交互に存在していた。
• 薄膜は低温で抵抗率の低下を示さず、金属的挙動を示したため、超伝導転移は存在しないことが示された。