Effect of topochemical mixed anion control on apical site and improvement in physical properties of multi-layer type high Tc superconducting film

拓扑化学混合阴离子控制对多层型高温超导薄膜顶端位点的影响及物理性能的改善

• 批准号: 22K04192
• 负责人: 木場 信一郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Technology, Kumamoto College
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04192/
• 关键词: 頂点フッ素高温超伝導薄膜; 多層型高温超伝導薄膜トポケミカル反応; ペロブスカイト型銅酸化物高温超伝導; 複合アニオン制御超伝導; 酸素-フッ素置換複合アニオン物質; 頂点サイトトポケミカル反応; ペロブスカイト型銅酸化物薄膜; トポケミカル反応フッ化物薄膜; 多層型高温超伝導薄膜; 複合アニオン制御; トポケミカル反応; 頂点フッ素系高温超伝導

【概要】本研究は，多層型構造を特徴とする複合アニオン物質としての頂点フッ素(F)系高温超伝導体Ba2Can-1CunOy(O,F)2 (F-02(n-1)n，n:CuO2面の枚数)でn=3としたF0223薄膜において，トポケミカル反応を活用したピラミッド型頂点サイトの[O2-/F-]置換制御法を確立し，複合アニオン制御の効果と超伝導物性向上のメカニズムの解明を目的としている．2022年度は，「研究実施計画」に示した<1>-<4>のうち，「<1> CaF2-FアシストHE-PLD法における同時プロセスの最適条件」の探索により，F0223主相薄膜の成膜を主目標とした．【研究の成果】同時プロセスとは，2つの基板上に成膜されたCaF2膜（或いはCaF2単結晶基板）をFアシスト源としてFを供給しながら，これらに挟まれたSrTiO3基板上にBaO2, Ca2Cu3Oy(O,F)2の交互パルスレーザー堆積(PLD)２層積層（HE-PLD法）により試料薄膜を成膜するプロセスであり，以下のような結果を得た．①CaF2膜のPLD成膜におけるプロセス条件について，薄膜のX線回折(XRD)，燃焼ガスクロマトグラフの解析結果から，基板温度，酸素圧の最適条件を得た．②CaF2膜を用いた同時プロセス成膜試料では，超伝導転移と思われる抵抗率-温度特性が観測された．しかし，成膜プロセスが同一の薄膜で，転移開始温度(Tco = 54.8-58.4 K)，ゼロ抵抗転移温度(Tce = 5.0 K付近)の良好な転移を有する場合と，Tco = 34.8 Kと約20 K低温側シフトが観測されるなど，特性のバラツキが認められた．XRD解析結果から，超伝導転移はF0245相によるものと考えられる．その原因として，HE-PLD膜とCaF2膜間のCa拡散が偶発した可能性が考えられる．

[Summary] In this study, the characteristics of multilayer structure are studied. The composition of materials is characterized by high temperature superconductors Ba2Can-1CunOy(O,F)2.(F-02(n-1)n, n: The number of CuO2 faces) n=3 and F0223 thin films are used to determine the [O2-/F-] displacement control method. In 2022, the "Research and Implementation Plan" was presented in the "Exploration of <1><4><1>the Optimal Conditions for the Simultaneous Development of CaF2-F System HE-PLD Method". F0223 Main Phase Film Formation Main Purpose [Results of research] At the same time, CaF2 film (or CaF2 single crystal substrate) was formed on SrTiO3 substrate, and F source and F source were supplied to the film, so that BaO2, Ca2Cu3Oy (O,F)2 was deposited on SrTiO3 substrate (PLD)2-layer (HE-PLD method). 1. The optimum conditions for the formation of CaF2 films by PLD were obtained. The X-ray diffraction (XRD) and combustion analysis results of CaF2 films were obtained. The optimum conditions were substrate temperature and acid pressure. (2) CaF2 film is used in the process of film formation, and the resistivity and temperature characteristics of the film are measured. For the same thin film, the transition onset temperature (Tco = 54.8-58.4 K) and the transition resistance temperature (Tce = 5.0 K) have good transition properties.XRD analysis results show that the transition temperature is about 34.8 K and the transition resistance temperature is about 20 K. The reason for this is that the Ca dispersion between HE-PLD and CaF2 films may occur.