CARACTERIZA

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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 Magnetismo e Materiais
Magnéticos Departamento de Física Centro de
Ciências Naturais e Exatas Universidade Federal
de Santa Maria 97105-900 Santa Maria RS
Brasil www.ufsm.br/lmmm
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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.

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Supercondutividade
Condutividade Perfeita
Diamagnetismo 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
Kammerling Onnes (em 1911)?
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Supercondutores dos Tipos I e II
Curvas de Magnetização características de
supercondutores (a) do tipo I e (b) do tipo II
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Deposição por Desbastamento Iônico (Sputtering)?
RESPUTTERING (íons O- e átomos de O)?
Diferença na estequiometria entre filme e alvo
Resputtering
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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.
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Deposição por Desbastamento Iônico (Sputtering)?
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Estrutura Cristalina
Ortorrômbica OU Tetragonal
Fase Supercondutora 123
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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.

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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
• LaAlO3 , SrTiO3 , MgO

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Espessura

• Em filmes finos (lt 0,5 µm) a temperatura
  crítica e a densidade de corrente crítica são
  menores que em filmes mais grossos.

• Mesmo filmes com apenas 50 da fase
  supercondutora apresentam a queda brusca em ?(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.
• JC paralela ao plano do filme é da ordem de
  102A/cm2, perpendicular ao plano é da ordem de
  104A/cm2

Resistividade em filmes de Er-Ba-Cu-O

• 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.

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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.

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Referências Bibliográficas
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, 2004. 12
TINKHAM, M. Introduction to Superconductivity.
2a. ed. Dover Books on Physics, 2004.

• Trabalho financiado com recursos