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

【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．

【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．