Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Revealing three-dimension (3D) and anisotropic behavior of DC Sputtered Bi-2223 Thin Film Gürcan Yıldırım, Mustafa Akdoğan, Mahir Gülen, Sevgi Bal, Yusuf.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Revealing three-dimension (3D) and anisotropic behavior of DC Sputtered Bi-2223 Thin Film Gürcan Yıldırım, Mustafa Akdoğan, Mahir Gülen, Sevgi Bal, Yusuf."— Sunum transkripti:

1 Revealing three-dimension (3D) and anisotropic behavior of DC Sputtered Bi-2223 Thin Film Gürcan Yıldırım, Mustafa Akdoğan, Mahir Gülen, Sevgi Bal, Yusuf Zalaoğlu, Cabir Terzioğlu ve Ahmet Varilci, 5. Ulusal Süperiletkenler Sempozyumu, İzmir Fizik Bölümü, Abant İzzet Baysal Üniversitesi 4 Temmuz 2011

2 Deneysel Detaylar Sonuçlar ve Yorumlar Gelecek Çalışmalar İçerik

3 Deneysel Detaylar Bi 2 O 3 (99.99%)PbO (99.9+%)SrCO 3 (99.9+%)CaCO 3 (99+%)CuO (99+%) Karıştırma Kalsinasyon Ball Milling cihazı ile 12 saat toz karıştırma işlemi yapıldı. 800 o C de 12 saat ısıl işlem yapıldı (5 o C/dak. ısıtma ve 5 o C/dak. Soğutma hızı ile) Bi 2 Pb 1 Sr 2 Ca 2.2 Cu 3.2 O y Pres Mekanik pres ile ~330 MPa Sinterleme 840 o C de 12 saat ısıl işlem yapıldı (5 o C/dak. ısıtma ve 5 o C/dak. Soğutma hızı ile) Homojen karışım elde edebilmek için, Ball Milling cihazı ile 12 saat toz-karıştırma işlemi yapıldı. Karıştırma (Bi 2 Pb 1 Sr 2 Ca 2.2 Cu 3.2 O y ) İnce Film Kaplama 93 Watt ile DC Sputtering işlemi yapıldı, 93 Watt değere 10 dakikada çıkılarak 4 saat süre ile kaplama işlemi yapıldı. Altlık sıcaklığı 40 o C de sabitlendi. Başlangıç vakum değeri 4.75x10 -6 torr iken kaplama esnasındaki vakum değeri 3.78x10 -3 torr a kadar düştü.

4 Isıl İşlem Basamakları Zaman (dakika) ( 3 saat ) Sıcaklık (K) o C/dak. 1 o C/dak.

5 Ölçümler DC Direnç Faz Analizi Mikroyapı İncelemesi Enerji Dağılım Spektroskopisi Standart dört-nokta yöntemi kullanıldı 40 K – 140 K, 100  A dc akım (manyetik alansız) (Keithley 2400 akım kaynağı + Keithley 2700 multimetre + Cryo-con 32B sıcaklık kontrolcüsü) Kapalı devre gaz kontaklı krayostat sistemi (Cryo industries (7T)) Rigaku MultiFlex 2kW X-Ray Diffractometer, CuK α, 2θ = 3º - 60º (oda sıcaklığı), tarama hızı 3º/dak ve 0.02º adım artırımı ile. JEOL JSM-6390LV Taramalı Elektron Mikroskobu büyütme yapabilmektedir. SEM cihazı ile bütünleşik IXRF Systems Model 550i Analyzer ile donatılmış EDX cihazı. Dedektör aralığı Bor elementinden Uranyum elementine kadardır. Kritik Akım Yoğunluğu 4,2 K de Keithley 2400 akım kaynağı ve Keithley 2700 multimetre ile i-v karakteristiği incelenerek transport J c değerleri hesaplanmıştır.

6 XRD Lattice Parameter a ( Å ) Lattice Parameter c ( Å ) (Bi, Pb)-2223 (%)(Bi, Pb)-2212 (%)

7 SEM The granular morphology consists primly from flaky layers of large platelet-like structure with random alignment distribution, which reveals the layered growth mechanism, typical of (Bi, Pb)-2223 phase formation [1-4].

8 EDX

9 I-V 1  V kriter altındaki kritik akım yoğunluğu 4800 A/cm2

10 R-T (H//ab)

11 R-T (H//c)

12 Elektrik Özellikleri (T c, T 0 and ΔT) Magnetic Field  =0°  =90°  =0°  =90°  =0°  =90° TcTc TcTc T0T0 T0T0 ΔT(T c − T 0 ) 0 T T T T T T T

13 H c1 ve H c2 değerleri

14 Sıcaklık (K)H c2//c (T)H c2//ab (T)γ h = H c2//ab / H c2//c ξ ab ( Å )ξ c ( Å ) γ h = ξ ab / ξ c Sıcaklık (K)H c1//ab H c1//c λ λ = H c1//ab / H c1//c λ ab ( Å )λ c ( Å ) λ λ = λ c / λ ab Anizotropik değerler

15 λ λ anizotropi değerinin γ h anizotropik değerine nazaran daha küçük olduğu, Her iki anizotropi değeri de sıcaklığı bağlı olduğu, λ λ daha fazla sıcaklık bağımlı olduğu, Üretilen filmin güçlü anizotropik davranışa sahip olduğu gözlenmektedir.

16 Aktivasyon enerjisi U(H,T), II. Tip süperiletkenlerin karışık durumdaki akı dinamiğini anlatan iyi bir parametredir. Ayrıca bu enerji, girdap oluşumunu kontrol eden en yüksek enerji bariyer değerini de açıklar. Termal aktif akı (TAFF) bölgesinde, aktivasyon enerjisi sıcaklık ve alan bağımlı olarak [10], Şeklinde yazılır. Burada T p tepe noktası sıcaklığıdır ve dR/dT karşı sıcaklık grafiğinin tepe noktasından elde edilir.

17 dR/dT –Sıcaklık grafiği Uygulanan magnetik alan ab yüzeyine paralel iken (H //ab)

18 dR/dT –Sıcaklık grafiği Uygulanan magnetik alan c-eksenine paralel iken (H //c)

19 Magnetic Field FWHM (K)U(H) (eV) H//abH//cH//abH//c 0 T T T T T T T

20 Uygulanan magnetik alan ile T p sıcaklık değerleri arasında lineer bir değişim göze çarpmaktadır. Bu değişim de bize çalışılan filmin 3boyutlu davranışı olduğunu göstermektedir [11].

21 Aktivasyon Enerjileri Üretilen filmin farklı magnetik alan altındaki aktivasyon enerji grafikleri

22 TAFF bölgesindeki aktivasyon enerjisi tanımından faydalanarak, magnetik alan ve Tp ye bağlı olan, üstel m parametresi 2boyut davranış gösteren materyaller ve TlBaCaCuO (TBCCO) ince filmler için 2 olarak alınır [5]. Diğer bir yandan, m degeri YBaCuO filmler [5], tek kristaller [9] ve B(P)SCCO filmler [10] gibi 3boyutlu davranış gösteren yüksek sıcaklık süperiletken materyaller için 3/2 olarak bulunmuştur. Wang ve ark. [11], 3boyutlu davranış sergileyen örnekler için başlangıç olarak m değerini 1.5 alınmasını önermiştir. Gerçekten de bizim ölçümlerimizde m değeri, uygulanan magnetik alan ab yüzeyine paralel iken (H//ab) 1.572, c eksenine paralel iken olarak bulunmuştur.

23 Aktivasyon enerji değerini bulabilmek için belirlenen bu formülde, aktivasyon enerjisinin magnetik alanla direkt olarak değişimini üstel olarak α parametresi vermektedir. Biz elde ettiğimiz hesaplamalarımızı bu denklemde yerine koyduğumuzda, α parametresini uygulanan magnetik alan ab yüzeyine paralel (H//ab) iken 0.546, c eksenine paralel (H//c) iken olarak bulduk. Ayrıca, aktivasyon enerjisinin üstsel olarak uygulanan magnetik alana bağımlılığı değişimi; tanecikler arası zayıf bağlar ve taneciklerin yanlış yönelimi ile ilgilidir. Ayrıca son yıllarda yapılan çalışmalarda BSCCO-2212 sistem [13-15], BSCCO-2223 sistem [16,17] ve TBCCO ince filmler için [18] α değerleri 0.5 olarak gösterilmiştir.

24 Magnetic Field FWHM (K)U(H) (eV) H//abH//cH//abH//c 0 T T T T T T T

25 Tablodan görüldüğü üzere, üretilen filmin ab yüzeyine paralel uygulanan magnetik alan altındaki aktivasyon enerji değerleri, c-eksenine uygulanan magnetik alan altındaki enerji değerlerinden daha büyük olarak bulunmuştur. Yani, alan ab yüzeyine paralel iken akı çivileme kuvveti daha güçlüdür. Bu olay da, çalışılan filmin ab yüzey ve c ekseni boyunca farklı anizotropik davranışının bir sonucudur.

26 YORUMLAR Analiz sonuçlarına göre en iyi 2223 süperiletkenlik fazı geçiş özelliği 860 o C 3 saatlik numunede gözlenmiştir. Yapıla çalışmalarda bu film kullanılmıştır. Sonuç olarak diyebiliriz ki, ürettiğimiz ince film numunelerinde 2223 fazını elde ettiğimiz ısıl işlem aralığı oldukça dar bir aralıktır. Magnetik alan arttıkça üretilen filmin süperiletkenlik özelliklerinin bozulduğu ve hatta magnetik alan c-eksenine paralel uygulandığında bu özelliklerin çok daha hızlı bozulduğu gözlemlendi. Bu sonuçlara dayanarak, elde edilen filmin anizotropisinin büyük olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, yapılan deneylerde üretilen filmin 3 boyutlu bir davranış sergilediği açıkça ortaya konulmuştur.

27 Gelecekteki Çalışmalar İnce filmin ısıl işleme tabi tutulması esnasında farklı gaz atmosferleri uygulanarak filmin süperiletkenlik ve yapısal oluşumları araştırılacaktır. Ex-situ yöntemi yerine In-situ yöntemi kullanılarak faz elde edilmeye çalışılacaktır. Farklı türde nadir toprak elementleri katkılanarak numunelerin süperiletkenlik özelliklerindeki değişimler incelenecektir. Bu ince filmler üzerine çeşitli manyetik malzemeler ile kuantum noktalar oluşturarak incelemeler yapılacaktır.

28 Kaynakça [1] M. Akdogan, C. Terzioglu, A. Varilci, I. Belenli I, Physica B 2010, 405, [2] O. Ozturk, D. Yegen, M. Yilmazlar, A. Varilci, C. Terzioglu, Physica C 2007, 451, 113. [3] M. Erdem, O. Ozturk, E. Yucel, S. P. Altintas, A. Varilci, C. Terzioglu, I. Belenli, Physica B 2011, 406, 705. [4] C. Terzioglu, M. Yilmazlar, O. Ozturk, E. Yanmaz, Physica C 2005, 423, 119. [5] D.H. Kim, K.E. Gray, R.T. Kampwirth, D.M. McKay, Phys. Rev. B 1990, 42, [6] M. Tinkham, Phys. Rev. Lett. 1988, 61, [7] Y. Yeshurun, A.P. Malozemoff, Phys. Rev. Lett. 1988, 60, [8] Z.H. Wang, X.W. Cao, Solid State Commun. 1999, 109, 709. [9] P.H. Kes, J. Aarts, V.M. Vinokur, C.J. van der Beek, Phys. Rev. Lett. 1990, 64, [10] Z.H. Wang, Supercond. Sci. Technol. 1999, 12, 421. [11] M.A. Aksan, M.E. Yakinci, A. Guldeste, Thin Solid Films 2007, 515, [12] M.H. Pu, Y. Feng, P.X. Zhang, J.X. Wang, J.J. Du, L. Zhou, Physica C 2004, 412–414, 467. [13] V. Geshkenbein, A. Larkin,M. Feigel' man, V. Vinokur, Physica C 1989, 162–164, 239. [14] T.T.M. Palstra, B. Batlogg, L.F. Schneemeyer, J.V. Waszczak, Phys. Rev. Lett. 1988, 61, [15] A.K. Paradhan, M. Muralidhar, Y. Feng, M. Murakami, K. Nakao, N. Koshizuka, Phys. Rev. B 2001, 64, [16] K.C.Woo, K.E. Gray, R.T. Kampwirth, J.H. Kang, S.J. Stein, R. East, D.M. Mckay, Phys. Rev. Lett. 1989, 63, [17] J.Z. Sun, K. Char, M.R. Hahn, T.H. Geballe, A. Kapitulnik, Appl. Phys. Lett. 1989, 54, 663. [18] Z.H.Wang, S.A. Aruna, S.Y. Ding, X.W. Cao, Supercond. Sci. Technol. 2000, 13, [19] M. Tachiki, S. Takahashi, Solid State Commun. 1989, 72, 1083.

29 TEŞEKKÜRLER


"Revealing three-dimension (3D) and anisotropic behavior of DC Sputtered Bi-2223 Thin Film Gürcan Yıldırım, Mustafa Akdoğan, Mahir Gülen, Sevgi Bal, Yusuf." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları