高品質高温超伝導体単結晶への位置制御された人工欠陥導入とその物性

高质量高温超导单晶中人工缺陷的位置控制引入及其物理性能

基本信息

批准号：
17760017
负责人：
大井修一
金额：
$ 2.3万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

高品質高温超伝導体単結晶、主に劈開による薄膜作製が可能なBi2Sr2CaCu2O8+yへの位置制御された微細孔の導入、およびその磁束線物性評価を行った。ミリングによる試料表面の過熱防止、ダメージ低減のため、30Kまで冷却可能な試料ホルダーをミリングチャンバー内に組み込み、同時に磁場下での抵抗測定が可能となるように改造を行った。さらに、この試料ホルダーは可動式であり、ミリングと物理加熱蒸着をin-situで行うことが出来る。イオンミリングによる試料作製と磁場下での磁束線フロー抵抗測定を同一チャンバー内で大気解放することなくできるため、大気中の水蒸気などによる試料劣化などの影響を受けることなく、物性測定を行うことが可能となった。試料の微細孔の導入に関して、Focused Ion Beamを用いて正三角格子・正方格子・ハニカム格子・ランダム配置といった対称性を持つ微細孔格子の導入に引き続き、空間的に非対称な形状を持つ孔(具体的には三角形)を正方格子状に配置した試料の作製を行った。正三角格子・正方格子・ハニカム格子など、面内対称性がある場合には、磁束液体相におけるマッチング効果の存在が、局所磁化測定・磁束線フロー抵抗測定から確認できた。一方、ランダム配置の場合には、磁束線フロー抵抗にマッチング効果は見られていない。空間的に非対称な孔形状の場合には、高温超伝導体で初めて磁束線フローでのラチェット効果を確認した。ラチェット効果の極性はマッチング磁場を境に急激に正負反転する。その物理的な起因はまだ不明であるが、従来超伝導体においては見られていないだけに興味深い。また、貫通孔だけでなく、表面に数10nmのメッシュ状構造を導入する事に成功し、僅かな表面構造にもかかわらず非常に顕著なマッチング効果が、磁束線フローに現れる事を見出した。

我们将位置控制的微孔引入到高质量高温超导单晶 Bi2Sr2CaCu2O8+y 中，该单晶主要通过解理制备成薄膜，并评估了其磁通线特性。为了防止铣削过程中过热并减少对样品表面的损坏，铣削室中内置了可冷却至30K的样品架，同时对其进行了改造，以实现磁场下的电阻测量。此外，样品架是可移动的，允许在原位进行铣削和物理加热沉积。由于可以在同一室中进行离子铣削的样品制备和磁场下的磁通线流阻测量，而无需将其暴露在大气中，因此可以测量物理性质，而不会受到大气中水蒸气引起的样品劣化的影响。这成为可能。关于在样品中引入微孔，在引入对称微孔晶格（例如正三角形晶格、正方形晶格、蜂窝晶格）以及使用聚焦离子束随机排列之后，孔具有空间不对称形状（具体来说，我们制造了一个样品，其中三角形形状排列成方形格子。在面内对称的情况下，例如等边三角形晶格、正方形晶格和蜂窝晶格，通过局部磁化测量和磁通线流阻测量证实了磁通液相中匹配效应的存在。另一方面，在随机排列的情况下，在磁通线流阻方面没有观察到匹配效果。在空间不对称孔形状的情况下，我们首次证实了高温超导体中磁通线流动的棘轮效应。棘轮效应的极性在匹配磁场中快速反转正负。这种现象的物理原因仍然未知，但很有趣，因为尚未在超导体中观察到。此外，我们不仅成功地在表面引入了通孔，而且还引入了数十纳米的网状结构，并发现尽管表面结构很小，但磁通线流却出现了非常显着的匹配效果。