分子線エピタキシー法による鉄系超伝導Ba122エピタキシャル薄膜の物性開拓

利用分子束外延技术开发铁基超导 Ba122 外延薄膜的物理性能

• 批准号: 22KJ1252
• 负责人: 秦 東益
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1252/
• 关键词: エピタキシャル薄膜; 超伝導

主に以下の二つの実験を行った。一つ目は、酸化物基板上へのBa1-xKxFe2As2のエピタキシャル成長である。過去の実験から、フッ化物基板上に直接蒸着することではエピタキシャル成長する一方で、MgO(001)基板やサファイア基板などの代表的な酸化物基板上ではエピタキシャル成長しないことが分かっていた。入手可能な全ての酸化物基板上への直接成膜を試みたが、エピタキシャル薄膜は得られなかった。そのため、酸化物基板上にバッファ層（中間層）を導入することを検討した。同じ鉄系超伝導体で良好なエピタキシャル成長が報告されているCeO2やFeをバッファ層として導入したが、エピタキシャル成長しなった。次に、高温で酸化物基板上に成膜が可能であるBaFe2As2をバッファ層にすることを検討した。MgO(001)基板上に設定温度上限である720℃でBaFe2As2バッファ層を成膜した後、400℃まで降温後Ba1-xKxFe2As2を成膜した結果、エピタキシャル成長した。試料は、最高で39.8 Kの高い超伝導転移温度を示した。また、断面透過型電子顕微鏡観察より、BaFe2As2バッファ層とBa1-xKxFe2As2が原子レベルで整合していることが確認され、バッファ層がエピタキシャル成長において重要であることが確認された。磁化測定より見積もられた臨界電流密度は単結晶を上回る3.9 MA/cm2であった。二つ目は、MgOバイクリスタル基板上へのBa1-xKxFe2As2エピタキシャル薄膜の作製である。酸化物基板上へのエピタキシャル薄膜の作製が可能になったため、バイクリスタル基板上へエピタキシャル薄膜を成膜し、粒界特性の解明を試みた。基板の[001]方向にそれぞれ6°, 13°, 24°, 30°回転して圧着されたバイクリスタル基板上へのBa1-xKxFe2As2エピタキシャル薄膜の作製に成功した。

进行了以下两个主要实验。首先是BA1-XKXFE2AS2在氧化物底物上的外延生长。先前的实验表明，通过直接沉积在氟化物底物上实现外延生长，但在典型的氧化物底物（例如MGO（001）底物和蓝宝石底物）上实现了外延生长。尝试直接沉积所有可用的氧化物底物，但未获得外延薄膜。因此，被认为将缓冲层（中间层）引入氧化物底物。据报道，CEO2和FE在同一基于铁的超导体中具有良好的外延生长，以缓冲液层引入，但实现了外延生长。接下来，认为它使用BAFE2AS2，该BAFE2AS2可以作为缓冲层在高温下沉积在氧化物底物上。将BAFE2AS2缓冲层沉积在MGO（001）底物上的上限为720°C上后，形成了温度降低至400°C，并形成了BA1-XKXFE2AS2，从而导致外延生长。样品表现出高度高达39.8 K的高超导过渡温度，此外，使用横截面透射电子显微镜进行观察证实，BAFE2AS2缓冲层和BA1-XKXFE2AS2在原子水平上是一致的，确认了缓冲层对外皮症的生长很重要。磁化测量值估计的临界电流密度为3.9 mA/cm2，大于单晶的临界电流测量值。第二个是在MGO自行车晶体底物上的BA1-XKXFE2AS2外延薄膜的制造。由于可以在氧化物底物上捏造外延薄膜，因此在双层底物上形成外延薄膜以阐明晶界特性。我们已经成功地制造了BA1-XKXFE2AS2外延薄膜，分别沿底物的[001]方向旋转6°，13°，24°和30°。

项目成果

Superconducting Properties of Ba1－xKxFe2As2 Thin Films on MgO Substrate and the Role of Parent BaFe2As2 Buffer Layer

MgO基体Ba1－xKxFe2As2薄膜的超导性能及母体BaFe2As2缓冲层的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Qin Dongyi;Iida Kazumasa;Guo Zimeng;Wang Chao;Saito Hikaru;Hata Satoshi;Naito Michio;Yamamoto Akiyasu;Dongyi Qin
• 通讯作者: Dongyi Qin

K-doped Ba122 epitaxial thin film on MgO substrate by buffer engineering

• DOI: 10.1088/1361-6668/ac8025
• 发表时间: 2022-09-01
• 期刊: SUPERCONDUCTOR SCIENCE & TECHNOLOGY
• 影响因子: 3.6
• 作者: Qin, Dongyi;Iida, Kazumasa;Yamamoto, Akiyasu
• 通讯作者: Yamamoto, Akiyasu