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).
