[논문 리뷰] Superconductivity of FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition

Yoshinori Imai, Ryo Tanaka외 4명|ArXiv.org|2009. 08. 10.

Iron-based superconductors research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 펄스 레이저 증착을 통해 MgO(100) 및 LaSrAlO$_{4}$(001) 기판 상에서 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막의 성장을 보여주며, MgO 기판에서는 초전도 전이 온도가 6.7 K(시작점)이고 저항이 0이 되는 온도가 5.5 K로 관측되었고, LaSrAlO$_{4}$ 기판 상의 박막은 저항이 0이 되지 않는 2.6 K의 전이 시작점만 나타내어 에피택시얼 스트레인의 초전도 성질 조절에 있어 핵심적인 역할을 확인하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 펄스 레이저 증착을 통해 PbO 유형의 구조를 가진 고품질의 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막을 성장시키는 것.
• 다른 기판으로부터 유도되는 에피택시얼 스트레인이 초전도 성질에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 기판 격자 불일치가 초전도 전이 온도와 저항이 0이 되는 행동을 조절하는 데 있어서 핵심적인 역할을 하는지 규명하는 것.
• MgO(100) 및 LaSrAlO$_{4}$(001) 기판 상에서 성장된 박막 간의 초전도 성능을 비교하는 것.

제안 방법

• 다이크리스탈린 FeSe$_{1-x}$Te$_{x+d}$ 타겟에서 펄스 레이저 증착을 이용해 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막을 성장시켰다.
• 에피택시얼 박막을 MgO(100) 및 LaSrAlO$_{4}$(001) 기판 상에서 성장시켜 격자 스트레인을 제어하였다.
• 박막 두께는 MgO 기판에서는 약 63 nm, LaSrAlO$_{4}$ 기판에서는 약 52 nm로 측정되었다.
• 초전도 전이와 저항이 0이 되는 시작점을 확인하기 위해 전기적 저항 측정을 수행하였다.
• X선 회절 및 박막의 정렬 분석을 통해 구조적 품질을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다른 기판에서 유도되는 에피택시얼 스트레인이 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막의 초전도 전이 온도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 기판 격자 불일치가 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막에서 저항이 0이 되는 현상의 발생에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 펄스 레이저 증착을 통해 다양한 산화물 기판 상에서 PbO 유형의 구조를 가진 고품질의 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막을 제조할 수 있는가?
• RQ4 왜 LaSrAlO$_{4}$ 기판 상의 박막은 저항이 0이 되지 않는 2.6 K의 전이 시작점만 나타내는가?

주요 결과

• MgO(100) 기판 상에서 성장된 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막은 초전도 전이 시작점이 6.7 K이며, 저항이 0이 되는 온도는 5.5 K였다.
• LaSrAlO$_{4}$(001) 기판 상의 박막은 전이 시작점이 2.6 K였지만 저항이 0이 되지 않아 초전도성이 억제된 것으로 나타났다.
• 초전도 성질의 차이는 두 기판이 유도하는 상이한 에피택시얼 스트레인에 기인한다.
• 결과적으로 에피택시얼 스트레인이 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막의 초전도 성질을 크게 조절한다는 것이 입증되었다.
• 펄스 레이저 증착을 통해 두 기판 상에서 모두 상이 순도의 에피택시얼 FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ 박막을 성공적으로 제조하였다.