YBa2Cu3O(7−δ)-ohutkalvojen kriittisen virtatiheyden parantaminen nollakentässä monikerrosrakenteilla
2.58 MB
avoin
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset203
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
YBa2Cu3O(7−δ) (YBCO) suprajohteen kiderakenteen ja nollakentän kriittisen virtatiheyden Jc,0 tiedetään huononevan voimakkaasti YBCO:n paksuuden kasvaessa. Paksumpien suprajohdekalvojen valmistamista pidetään kuitenkin tärkeänä keinona suprajohdenauhojen kriittisen virran Ic kasvattamisessa. Tällöin kriittisen virtatiheyden Jc,0 pitäisi kuitenkin pysyä vakiona paksuudesta riippumatta.
Aiemmissa tutkimuksissa YBCO:n paksuudesta riippuva kiderakenteen ja Jc,0:n huononeminen on kuitenkin onnistuttu välttämään YBCO/oksidi-monikerrosrakenteilla, joissa yhden paksun YBCO-kerroksen sijaan YBCO
jaetaan useampaan oksidivälikerroksella erotettuun kerrokseen. Tällöin oksidivälikerros toimii uutena kasvualustana seuraavalle YBCO-kerrokselle, jolloin koko kalvon kiderakenne pysyy hyvänä. Tässä työssä tutkittiin YBCO/CeO2- monikerrosrakenteen vaikutusta YBCO:n nollakentän kriittiseen virtatiheyteen Jc,0 ja pyrittiin selvittämään optimaalisin monikerrosrakenne mahdollisimman korkean Jc,0:n saavuttamiseksi. CeO2 valittiin välikerrosmateriaaliksi, sillä sen kiderakenne on lähes täysin yhteensopiva YBCO:n kiderakenteen kanssa.
Monikerrosrakenteen optimointi aloitettiin CeO2-kerroksen kasvatuslämpötilan ja paksuuden optimoimisella. Tutkittavat näytteet valmistettiin laserhöyrystyksellä, jonka jälkeen näytteitä tutkittiin röntgendiffraktiolla, atomivoimamikroskopialla sekä magnetometrisillä mittauksilla. CeO2:n optimaalisimmaksi kasvatuslämpötilaksi saatiin 700 ◦C ja paksuudeksi 20 nm. Lopuksi PLD:llä valmistettiin kaksi YBCO/CeO2-monikerrosrakennetta, jossa toisessa oli neljä ja toisessa kahdeksan erillistä YBCO-kerrosta. Lisäksi valmistettiin vertailunäyte. Kaikissa näytteissä YBCO:n yhteispaksuus oli yhtä suuri.
Jaettaessa YBCO kahdeksaan erilliseen kerrokseen sen kiderakenne heikkeni ja myös suprajohtavuusominaisuudet huononivat. Neljällä YBCO-kerroksella saavutettiin kuitenkin toivottu kiderakenteen parantuminen sekä Jc,0:n kasvu. Nelikerroksisella YBCO/CeO2-monikerrosrakenteella saavutettiin 25 % nousu nollakentän kriittisessä virtatiheydessä. Havaitut tulokset osoittavat selkeästi, että monikerrosrakenteilla saavutetut optimaaliset kerrospaksuudet voivat tarjota uusia ratkaisumalleja suprajohdenauhojen teolliseen optimointiin.