Spannungsinduzierte Modifikation supraleitender Eigenschaften epitaktisch gewachsener oxidischer Hochtemperatursupraleiter
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurde der Einfluss epitaktischer Spannungen auf die funktionalen Eigenschaften supraleitender Dünnschichten untersucht. Um die Spannungen zu variieren, wurden piezoelektrische Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-28%PbTiO3 (PMN-PT) Einkristalle als Substrat verwendet. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die einkristallinen Substrate kommt es zu einer Änderung der Gitterkonstanten, die zu einer Dehnung oder Stauchung der epitaktisch aufgewachsenen Schicht führt. Die verfügbare Dehnung ist reversibel und direkt proportional zum angelegten Feld. Mit Hilfe von Dünnschichtdehnmessstreifen wurde die verfügbare Dehnung bei tiefen Temperaturen ermittelt. Dabei wurde ein deutliches Absinken der in-plane Dehnung mit sinkender Temperatur beobachtet. Mit Hilfe der gepulsten Laserdeposition wurden supraleitende Schichten auf die PMN-PT Substrate abgeschieden. Während für YBa2Cu3O7-δ (YBCO) ein direktes Wachstum auf den Piezokristallen möglich war, mussten für La1.85Sr0.15CuO4 (LSCO) und für BaFe1-xCoxAs2 (Ba-122) Pufferschichten verwendet werden. Für alle Materialien konnte anschließend eine eindeutige Epitaxiebeziehung zwischen Substrat und Schicht nachgewiesen werden. Für YBCO konnte wie auf vergleichbaren SrTiO3-Substraten eine Sprungtemperatur von 90 K erreicht werden. Demgegenüber waren die supraleitenden Übergänge für LSCO und Ba-122 zu niedrigeren Temperaturen verschoben. Der Supraleiter LSCO wurde als Modellsystem verwendet, um die Dehnungsabhängigkeit des supraleitenden Überganges zu untersuchen. Dabei führte eine Kompression der Schicht in der Substratebene zu einer Verschiebung des supraleitenden Überganges zu höheren Temperaturen, während Zugspannungen die Übergangstemperatur erniedrigte. Es wurde eine Verschiebung der Sprungtemperatur von 18 K pro % Dehnung beobachtet. Dieser Ergebnisse stimmen gut mit Werten aus uniaxialen Druckexperimenten an Einkristallen überein, die in der Literatur veröffentlicht wurde. Damit konnte nachgewiesen werden, dass der gewählte Ansatz geeignet ist, entsprechende Untersuchungen durchzuführen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen für das YBCO-System wurde auf den Einfluss der Sauerstoffstöchiometrie auf die Dehnungsabhängigkeit der supraleitenden Eigenschaften gelegt. Dazu wurden gezielt unterdotierte Proben hergestellt. Während optimal dotiertes YBCO nur eine geringe Dehnungsempfindlichkeit zeigt, wurde eine signifikante Erhöhung für unterdotiertes YBCO gefunden. Auch in diesem Fall konnte eine qualitative Übereinstimmung mit veröffentlichen Daten zu Druckexperimenten gefunden werden. Neben den Hochtemperatursupraleitern wurden im Projekt erstmals die neu entdeckten Febasierten Supraleiter auf piezoelektrischen Substraten abgeschieden. Schwerpunkt waren dabei Untersuchungen an Co-dotierten BaFe2As2. Auch in diesem Fall konnte der supraleitende Übergang mit Hilfe der Gitterdehnung im Piezokristall verschoben werden. Die Dehnungsempfindlichkeit der optimal dotierten Ba-122 Schichten liegt dabei zwischen den Werten für das YBCO und das LSCO. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass epitaktisch gewachsene supraleitende Schichten auf piezokristallinen Substraten genutzt werden können, um in einem dynamischen Versuch die Dehnungsempfindlichkeit der supraleitenden Eigenschaften zu bestimmen. Neben diesem Ansatz wurden auch alternative Methoden für derartige Experimente, wie die Abscheidung texturierter Ba-122 Schichten auf hochtexturierten flexiblen Templaten getestet.
Publications
- “Reversible shift in the superconducting transition for La1.85Sr0.15CuO4 and BaFe1.8Co0.2As2 using piezoelectric substrates”, New J. Phys. 12 (2010) 103030
S. Trommler, R. Hühne, K. Iida, S. Haindl, P. Pahlke, L. Schultz, B. Holzapfel
- „Preparation of epitaxial La2-xSrxCuO4 thin films for dynamic investigations of epitaxial strain“, J. Phys.: Conf. Ser. 234 (2010) 012045
S. Trommler, P. Pahlke, R. Hühne, L. Schultz, B. Holzapfel
- „Architecture, microstructure and Jc anisotropy of highly oriented biaxially textured Co-doped BaFe2As2 on Fe/IBAD-MgO-buffered metal tapes“, Supercond. Sci. Technol. 25 (2012) 084019
S. Trommler, J. Hänisch, V. Matias, R. Hühne, E. Reich, K. Iida, S. Haindl, L. Schultz, B. Holzapfel
(See online at https://doi.org/10.1088/0953-2048/25/8/084019) - „The influence of the buffer layer architecture on transport properties for BaFe1.8Co0.2As2 films on technical substrates”, Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 122602
S. Trommler, R. Hühne, J. Hänisch, E. Reich, K. Iida, S. Haindl, V. Matias, L. Schultz, B. Holzapfel
(See online at https://doi.org/10.1063/1.3696888)
