[論文レビュー] Superconductivity of FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition

Yoshinori Imai, Ryo Tanaka+4 more|ArXiv.org|Aug 10, 2009

Iron-based superconductors research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、脈動レーザー蒸着法を用いてMgO(100)およびLaSrAlO$_{4}$(001)基板上にFeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜を成長させ、MgO上では起磁転移温度が6.7 K（上昇点）および5.5 K（抵抗ゼロ点）に達したのに対し、LaSrAlO$_{4}$上では抵抗ゼロ点を示さない2.6 Kの上昇点にとどまり、エピタキシャル応力が超伝導特性を調整する上で極めて重要な役割を果たすことが示された。

ABSTRACT

FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ thin films with PbO-type structure are successfully grown on MgO(100) and LaSrAlO$_{4}$(001) substrates from FeSe$_{1-x}$Te$_{x+d}$ polycrystalline targets by pulsed-laser deposition. The film deposited on the MgO substrate (film thickness $\sim$ 63 nm) shows superconductivity at 6.7 K (onset) and 5.5 K (zero resistivity). On the other hand, the film deposited on the LaSrAlO$_{4}$ substrate (film thickness $\sim$ 52 nm) exhibits only the onset of superconducting transition at 2.6 K, but does not show zero resistivity. This indicates the strong influence of epitaxial strain to superconducting properties of FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ thin films.

研究の動機と目的

• 脈動レーザー蒸着法を用いてPbO型構造を有する高品質なFeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜の成長を目的とする。
• 異なる基板からのエピタキシャル応力が超伝導特性に与える影響を調査すること。
• 基板格子不整合が超伝導転移温度および抵抗ゼロ挙動をどのように制御するかを特定すること。
• MgO(100)およびLaSrAlO$_{4}$(001)基板上に成長させた薄膜の超伝導特性を比較すること。

提案手法

• 多結晶FeSe$_{1-x}$Te$_{x+d}$ターゲットを用いた脈動レーザー蒸着法により、FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜を成長させた。
• エピタキシャル薄膜をMgO(100)およびLaSrAlO$_{4}$(001)基板上に成長させ、格子応力を制御した。
• 薄膜厚さはMgO上で約63 nm、LaSrAlO$_{4}$上で約52 nmであった。
• 超伝導転移および抵抗ゼロ点の特定のために、電気的抵抗率測定を実施した。
• X線回折および薄膜の方位解析により、構造的品質を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる基板からのエピタキシャル応力が、FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜の超伝導転移温度にどのように影響を与えるか？
• RQ2 基板格子不整合が、FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜における抵抗ゼロの出現に及ぼす影響は何か？
• RQ3 脈動レーザー蒸着法は、さまざまな酸化物基板上にPbO型構造を有する高品質なFeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜を生成可能か？
• RQ4 なぜLaSrAlO$_{4}$上に成長させた薄膜は2.6 Kの上昇点しか示さず、抵抗ゼロに至らないのか？

主な発見

• MgO(100)基板上に成長させたFeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜は、超伝導転移上昇点が6.7 K、抵抗ゼロ点が5.5 Kに達した。
• LaSrAlO$_{4}$(001)基板上に成長させた薄膜は、上昇点が2.6 Kであったが、抵抗ゼロに至らなかったことから、超伝導性が抑制されていることが示された。
• 超伝導特性の差は、2つの基板が引き起こす異なるエピタキシャル応力に起因するものとされる。
• 本結果は、エピタキシャル応力がFeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜における超伝導特性を顕著に変調できることを示している。
• 脈動レーザー蒸着法により、両基板上に相純粋でエピタキシャルなPbO型構造を有するFeSe$_{1-x}$Te$_{x}$薄膜を効果的に生成できた。