[논문 리뷰] Growth and superconducting transition of {\mathrm {Pr}}_{1-x}{\mathrm{Ca}}_x{\mathrm {Ba_2Cu_3O_{7-\delta } }}~(x\approx 0.5) epitaxial thin films

Jiaxin Xiang, Z Y Liu외 8명|arXiv (Cornell University)|2005. 01. 01.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 22인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 펄스 레이저 에이브레이션을 통해 SrTiO3( STO) 및 YSZ 기반에서 Pr1-xCa xBa2Cu3O7-δ (x≈0.5) 에pitaxial 박막의 성장 및 초전도성질을 조사한다. 기반 온도를 조절함으로써 STO 상에서 c축 및 a축 정렬 박막을 확보하였고, YSZ 상에서는 오직 c축 정렬이 신뢰성 있게 확보되었다. YSZ 상의 c축 정렬 박막에서 최고의 Tc는 37 K를 기록하였으며, 국소화된 전자 상태로부터의 산란을 나타내는 약한 국소화 행동이 관찰되었다.

ABSTRACT

thin films have been grown on SrTiO3 (STO) and yttrium-stabilized ZrO2 (YSZ) substrates by pulsed laser ablation. The substrate temperature dependence of orientation and superconducting properties were systematically studied. Good quality c-axis and a-axis orientated films can be obtained on SrTiO3 solely by changing the substrate temperature. On YSZ, films with good c-axis orientation can be grown, while it is hard to grow films with good a-axis orientation by changing substrate temperature alone. The highest TC 0 is about 37 K, which is found in the films grown on YSZ with a good c-axis orientation. For the films grown on STO, however, the highest TC 0 is about 35.6 K, with a mixed orientation of c-axis and a-axis. In most of the superconducting films, the weak temperature dependence of the normal state resistivity, as characterized by small ratios, together with a weak localization behaviour just above TC, could be attributed to the essential scattering due to the localized electronic states. The superconducting transitions in a field up to 10 T along the c-axis have been measured on a c-axis oriented film grown on SrTiO3. The zero-temperature in-plane upper critical field BC 2ab(0) is estimated from the resistivity transition data.

연구 동기 및 목표

• STO 및 YSZ 기반에서 제어된 정렬을 가진 Pr1-xCa xBa2Cu3O7-δ 에pitaxial 박막의 성장을 최적화하기 위해.
• 기반 온도가 박막 정렬 및 초전도 전이 온도(Tc)에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 다른 기반에서 c축 및 a축 정렬 박막에서 달성 가능한 최고의 Tc를 규명하기 위해.
• 정상 상태 저항율 및 약한 국소화 행동을 전자 산란 메커니즘과 연관하여 분석하기 위해.
• STO 상의 c축 정렬 박막에서 고자기장에서의 면내 상한 임계장(BC2ab(0))을 측정하기 위해.

제안 방법

• Pulsed laser ablation을 사용하여 SrTiO3(STO) 및 yttrium-stabilized ZrO2(YSZ) 기반에서 에pitaxial 박막을 성장시켰다.
• 기반 온도를 체계적으로 변화시켜 박막 정렬(c축 또는 a축) 및 초전도성질을 제어하였다.
• X선 회절을 사용하여 박막 정렬 및 에pitaxial 품질을 확인하였다.
• 온도 의존 저항율 측정을 실시하여 Tc를 결정하고 정상 상태 행동을 분석하였다.
• c축 방향으로 최대 10 T까지 자기장 의존 저항율을 측정하여 BC2ab(0)을 추출하였다.
• Tc보다 약간 높은 온도에서의 저항율 데이터를 분석하여 약한 국소화 행동을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기반 온도는 STO 및 YSZ 상에서 Pr1-xCa xBa2Cu3O7-δ 박막의 정렬(c축 대비 a축)에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 STO 및 YSZ 기반에서 c축 및 a축 정렬 박막에서 달성 가능한 최고의 초전도 전이 온도(Tc)는 얼마인가?
• RQ3 이 박막에서 정상 상태 저항율의 약한 온도 의존성과 관측된 약한 국소화 행동의 원인은 무엇인가?
• RQ4 STO 상의 c축 정렬 박막에서 면내 상한 임계장(BC2ab(0))은 c축 방향 자기장에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 온도 조절에도 불구하고 YSZ 기반에서 a축 정렬을 얻는 것이 어려운 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 기반 온도를 조절함으로써 SrTiO3 상에서 양호한 품질의 c축 및 a축 정렬 박막을 성공적으로 성장시켰다.
• YSZ 기반에서는 오직 c축 정렬 박막만 신뢰성 있게 제조되었으며, 최고 Tc는 37 K로 관측되었다.
• STO 상에서의 최고 Tc는 35.6 K였으며, 이는 c축 및 a축 정렬이 혼합된 박막에서 관측되었다.
• 정상 상태 저항율은 온도에 따라 약한 의존성을 보였고, Tc보다 약간 높은 온도에서 약한 국소화 행동이 관측되어 국소화된 전자 상태로부터의 산란을 시사하였다.
• c축 정렬 박막의 0K에서의 면내 상한 임계장 BC2ab(0)은 자기장 최대 10 T까지의 저항율 데이터로부터 추정되었다.
• 온도 조절에도 불구하고 YSZ 기반에서 a축 정렬을 얻는 데 어려움이 있었으며, 이는 기반 특유의 에pitaxial 제약 때문으로 기인되었다.