Фотоэлектронная спектромикроскопия IN SITU Nd1.85Ce0.15CuO4

М. Б. ЦЕТЛИН1, М. Н. МИХЕЕВА1, А. А. ЗАХАРОВ2, А. П. МЕНУШЕНКОВ3, А. А. ИВАНОВ3, О. А. ЧУРКИН3, И. ЛИНДАУ4

1Российский научный центр «Курчатовский институт», Москва

2Шведская национальная лаборатория MAX-lab, Лунд (Швеция)

3Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

4Университет, Лунд (Швеция)

фотоэлектронная спектромикроскопия

in situ Nd1.85Ce0.15CuO4

Представлены результаты исследований тонких пленок Nd1.85Ce0.15CuO4 методом фотоэлектронной микроскопии.

Отличительной особенностью ВТСП является высокая чувствительность их электрофизических свойств к содержанию кислорода. Наиболее ярко это проявляется в электроннодопированном Nd1.85Ce0.15CuO4. Даже при оптимальном содержании церия x = 0.15 это соединение не обладает сверхпроводимостью без отжига в вакууме. Удаление 1% кислорода путем вакуумного отжига приводит к уменьшению проводимости в нормальном состоянии и возникновению сверхпроводящего состояния с TC > 23 K, что свидетельствует о значительной перестройке электронной структуры. Эксперименты на линии фотоэлектронной спектромикроскопии BL31 источника СИ Шведской национальной лаборатории MAX-lab позволяют in situ проводить исследования эволюции электронной структуры ВТСП соединений в процессе отжига. В качестве образцов использовались тонкие эпитаксиальные пленки Nd1.85Ce0.15CuO4., полученные импульсным лазерным напылением. Электронные спектры чувствительны к состоянию поверхности, и, как показали эксперименты, пленочные образцы необходимо подвергать травлению ионами аргона с последующим отжигом дефектов ионного травления. При этом в качестве критерия «близости» состояния поверхности образца «внутреннему» состоянию использовались фотоэлектронные спектры валентной зоны, полученные на объемных монокристаллах. Отжиг приготовленных таким образом поверхностей в вакууме приводил к появлению плотности состояний на уровне Ферми, что свидетельствовало о переходе пленки в металлическое состояние. Последующие транспортные измерения отожженных в ходе экспериментов образцов показали наличие сверхпроводящего перехода с TC выше 21 K. Однако, как показало сканирование поверхности образца, пространственное распределение N(EF), было неоднородным. По-видимому, это определяется близостью параметров отжига, при которых наблюдается уход кислорода, к границе стабильности фазы NCCO, в связи с чем возможно частичное разложение поверхностного слоя, что и регистрировалось при сканировании поверхности пленки. Это может быть также связано с неоднородным выходом кислорода по границам зерен. Связь этого процесса с морфологией пленки и условиями синтеза а также условиями очистки поверхности будет предметом дальнейших исследований.

Рис. 1. Фотоэлектронные спектры валентной зоны пленки NCCO

Видно восстановление ступеньки Ферми после ионного травления и последующего отжига. a) исходный спектр; b) ионное травление (N2: 1 кВ, 20 мин; Ar: 1 кВ, 20 мин) и отжиг (350ºС, 10 мин); c) высокотемпературный отжиг (450°С, 60 мин и 500°С, 10–9 Торр., 10 мин).

Работа поддержана РФФИ грант № 05-02-16996-a и программы «Университеты России» (проект 146-05).