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Crescimento de Filmes Finos Supercondutores de Alta Temperatura Crítica por Desbastamento Iônico Thiago J. de A. Mori, Lúcio S. Dorneles Laboratório de.

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1 Crescimento de Filmes Finos Supercondutores de Alta Temperatura Crítica por Desbastamento Iônico Thiago J. de A. Mori, Lúcio S. Dorneles Laboratório de Magnetismo e Materiais Magnéticos Departamento de Física Centro de Ciências Naturais e Exatas Universidade Federal de Santa Maria Santa Maria – RS – Brasil

2 Objetivos Introduzir os conceitos fundamentais que caracterizam o fenômeno da supercondutividade; Definir os parâmetros de deposição adequados para a formação da fase supercondutora em filmes finos de Y-Ba-Cu-O, no novo sistema de deposição de filmes finos de óxidos do LMMM / UFSM.

3 Supercondutividade Kammerling Onnes (em 1911) Condutividade PerfeitaDiamagnetismo Perfeito - Efeito Meissner Meissner e Ochsenfeld (em 1933) Além de os supercondutores excluírem o campo magnético de seu interior, um campo em uma amostra inicialmente normal também é expelido quando ele é resfriado abaixo de Tc

4 Supercondutores dos Tipos I e II Curvas de Magnetização características de supercondutores (a) do tipo I e (b) do tipo II

5 Deposição por Desbastamento Iônico (Sputtering) RESPUTTERING (íons O - e átomos de O) Diferença na estequiometria entre filme e alvo Resputtering

6 Deposição por Desbastamento Iônico (Sputtering) Maneiras de contornar o problema: Trabalhar com pressões tão altas quanto for possível; Projetar o sistema para que a voltagem e a potência no canhão sejam as menores possíveis; Posicionar o substrato fora do eixo do canhão; Magnetron Sputtering com configuração não balanceada. Eom et al. [2] mostraram que foi com uma geometria fora do eixo e altas pressões foi possível produzir filmes com estequiometrias excelentes, e ainda resolveu-se o problema da inomogeneidade ao longo do filme.

7 Deposição por Desbastamento Iônico (Sputtering)

8 Estrutura Cristalina Ortorrômbica OU Tetragonal Fase Supercondutora 123

9 Estrutura Cristalina Ortorrômbica OU Tetragonal Tratamento Térmico (in situ ou ex situ) Condições para o crescimento da fase 123: A deposição deve ocorrer a uma temperatura próxima da transição da fase tetragonal para supercondutora; A cristalização do filme durante a deposição precisa ser completa; A oxidação durante a deposição e resfriamento precisa ser suficiente para resultar na estequiometria correta.

10 Estrutura Cristalina Substratos: As estruturas cristalinas e os coeficientes de expansão térmica do filme e do substrato devem ser compatíveis; O substrato não pode ser reativo quimicamente com o HTS; A superfície do substrato deve ser polida e estável. Substratos Não-Compatíveis precisam ser cobertos por uma camada buffer. Bons candidatos para substrato de filmes finos de Y-Ba-Cu-O: LaAlO 3, SrTiO 3, MgO

11 Espessura Em filmes finos (< 0,5 µm) a temperatura crítica e a densidade de corrente crítica são menores que em filmes mais grossos. Resistividade em filmes de Er-Ba-Cu-O Mesmo filmes com apenas 50% da fase supercondutora apresentam a queda brusca em ρ(T) A supercondutividade na fase 123 é fortemente anisotrópica e a resistividade é duas ordens de grandeza maior ao longo do plano do que no eixo c. J C paralela ao plano do filme é da ordem de 10 2 A/cm 2, perpendicular ao plano é da ordem de 10 4 A/cm 2 Como a espessura é da ordem da célula unitária, a rugosidade do substrato sempre influencia nas características do filme depositado. Na camada superior normalmente se observa a formação de ilhas ou então crescimento espiral.

12 Proposta de Trabalho Construir um porta-substratos adequado: Que proporcione o crescimento de filmes finos na geometria fora do eixo; Sistema de aquecimento e controle de temperatura. Determinar os parâmetros necessários para o crescimento de filmes finos de óxidos com os equipamentos disponíveis no LMMM, com o objetivo de obter um filme fino.

13 Referências Bibliográficas Trabalho financiado com recursos [1] M. Leskelä, J. K. Truman et al., J. Vac. Sci. Technol. A 7, 3147 (1989). [2] C. B. Eom, J. Z. Sun, B. M. Lairson et al., Physica C 171, 354 (1990). [3] J. M. Triscone and O. Fischer, Rep. Prog. Phys. 60, 1673 (1997). [4] N. Savvides and A. Katsaros, Appl. Phys. Lett. 62, 528 (1992). [5] C. B. Eom, J. Z. Sun, K. Yamamoto et al., Appl. Phys. Lett. 55, 595 (1989). [6] A. Tsukamoto, E. Tsurukiri, Y. Soutome et al., Physica C 392, 1245 (2003). [7] P. G. Quigley, R. A. Rao and C. B. Eom J. Vac. Sci. Technol. A 15, 2854 (1997). [8] C. P. Foley, S. W. Filipczuk, N. Savvides et al., IEEE Trans. Magnet. 27, 3036 (1991). [9] C. Blue and P. Boolchand, Appl. Phys. Lett. 58, 2036 (1991). [10] R. A. Rao, Q. Gan and C. B. Eom, Appl. Phys. Lett. 69, 3911 (1996). [11] MAROUCHKINE, A. Room-Temperature Superconductivity. 1a. ed. Cambridge International Science Publishing, [12] TINKHAM, M. Introduction to Superconductivity. 2a. ed. Dover Books on Physics, 2004.


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