Surface Study of Epitaxially Grown High Temperature Superconductor Thin Films using Scanning Tunneling Microscopy

Abstract

임계 온도 이하에서 직류 저항이 없으며, 자기장을 밀어내는 독특한 현상으로 대표되는 초전도현상은 그 발견 이래 응집물질물리 분야에서 가장 활발히 연구되는 분야이다. 많은 초전도의 비밀이 BCS이론의 미시적인 접근으로 풀리게 되었지만, 최근 발견된 구리산화물 및 철기반 초전도체와 같은 고온 초전도체는 새로운 초전도 기전의 설명을 필요로 한다. 이 연구에서는 고온 초전도체 이해를 넓히기 위해, 저온 주사형 터널링 현미경을 통해서 에피탁시 성장된 고온 초전도체 박막의 연구를 실시하였다. 박막의 에피탁시 성장을 위해서 이 연구에서는 분자선 에피탁시 기법과 펄스 레이저 증착법을 이용하여 박막을 성장할 수 있는 장비를 제작하였고, 그 구성 및 디자인의 고려사항들을 수록하였다. 그리고 성장한 박막의 측정을 진공 내부에서 실시할 수 있도록 주사형 터널링 현미경과 레이저 분자선 에피탁시 장비를 결합하여 여러 종류의 초전도체 박막을 성장시키고 측정할 수 있었다. <br/> 펄스 레이저 증착 기법을 이용한 코발트 도핑된 바륨-철-비소 고온 초전도 화합물 박막에서는 2√2×2√2 R45° 표면 재구성이 나타났으며, 바륨 레이어에 의한 초전도 갭의 가림 효과를 확인하였다. 그리고 초전도 갭 근처에서 전하 밀도 파동을 관찰하였다. 또 다른 철 기반 고온 초전도체인 리튬-철-비소 화합물 박막은 최초로 펄스 레이저 증착 기법을 이용해서 성장시켰다. 성장 조건 및 성장의 최적화는 주사형 터널링 현미경과 반사 고에너지 전자선 회절법을 통해서 실시되었다. 그리고 성장 중단 기법을 통해서 박막의 품질을 향상시키고, 적층 구조적 성장에 더 가깝게 하였다.<br/>