[논문 리뷰] Absence of superconductivity in pulsed laser deposited Au/Ag modulated nanostructured thin films

Abhijit Biswas, Swati Parmar외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 31.

Surface and Thin Film Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 펄스 레이저 증착을 통해 Si(100) 및 퀀츠 기판에 도핑된 나노다층 Au/Ag 구조를 갖는 박막에 대해 XRD, FESEM/EDAX, 전기저항(ρ-T), 자화도(M-T) 측정을 수행하여 연구하였다. 나노다층화 조건에서도 5 K에서 300 K 사이의 초전도 전이가 관찰되지 않아, 이 조건에서 Au/Ag 이방성 다층막에 초전도성이 존재하지 않음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 펄스 레이저 증착을 통해 제작된 나노다층 Au/Ag 다층막에서 초전도성의 가능성 탐색.
• Au 및 Ag 다층의 다층 나노다층화가 초전도 행동을 유도하는지 여부 확인.
• 다양한 상호보완적 기법을 사용하여 박막의 구조적, 미세형상적, 전자적 특성 특성화.
• 층 두께 및 기판 선택(실리콘, 퀀츠)이 잠재적인 초전도 전이에 미치는 영향 평가.

제안 방법

• 실리콘(100) 기판 및 퓌즈 퀀츠 기판에 상온에서 펄스 레이저 증착을 사용하여 Au와 Ag의 교대 다층 구조를 형성하였다.
• X선 회절(XRD)을 이용하여 박막의 결정 구조 및 상 조성을 분석하였다.
• 현미경 및 에너지 분산형 X선 분석기(EDAX)를 조합한 현미경(FeSEM)을 사용하여 표면 형상 및 원소 분포를 관찰하였다.
• 5 K에서 300 K까지의 온도 의존 전기저항(ρ-T) 측정을 수행하여 초전도 전이 여부를 탐지하였다.
• 동일한 온도 범위에서 자화도(M-T) 측정을 실시하여 초전도 행동의 부재를 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 펄스 레이저 증착을 통한 다층 Au/Ag 나노다층화가 초전도성을 유도하는가?
• RQ2 Au 및 Ag 층 두께 비율이 다층 박막의 전자적 성질에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 이 Au/Ag 이방성 다층막에서 5 K에서 300 K 사이의 온도 범위에서 초전도 전이가 감지되는가?
• RQ4 구조적 및 형상적 특성이 잠재적인 초전도 행동에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 5 K에서 300 K 사이의 온도 범위에서 전기저항 측정에서 초전도 전이가 관찰되지 않았다.
• 자화도 측정에서 반자성 스크리닝 또는 메이스너 효과의 징후가 없었으며, 초전도성의 부재가 확인되었다.
• XRD 분석을 통해 Au 및 Ag의 결정상 존재가 확인되었으며, 합금화 또는 새로운 인터메탈릭 상의 증거는 없었다.
• FESEM 및 EDAX 측정을 통해 의도한 설계에 부합하는 명확한 다층 나노다층화가 관찰되었으며, 교대로 배치된 Au 및 Ag 층이 확인되었다.
• 저온에서 전기저항 감소가 없어 금속적 거동을 보였으며, 이는 초전도 전이가 없음을 시사한다.