Статья:

Высокотемпературная сверхпроводимость на границе раздела купрат лантана / никелата лантана, легированного стронцием

Конференция: XV Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Ишмухаметова К.Ф. Высокотемпературная сверхпроводимость на границе раздела купрат лантана / никелата лантана, легированного стронцием // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(15). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/4(15).pdf (дата обращения: 13.06.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Высокотемпературная сверхпроводимость на границе раздела купрат лантана / никелата лантана, легированного стронцием

Ишмухаметова Карина Фаритовна
студент, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, РФ, г. Казань
Гайнуллина Наталья Романовна
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, РФ, г. Казань

 

В последние годы исследование эффектов взаимодействия в оксидных структурах привело к беспрецедентному улучшению свойств материалов и даже к появлению неожиданных функциональных возможностей.

Такое живое поле обеспечивает разрушительные возможности для разработки устройств следующего поколения с наноразмерной структурой [1].

Подход к разработке оксидных материалов посредством преднамеренного использования межфазных свойств получил раннее развитие в области ионных и смешанных ионно-электронных проводников [2,3], которые в настоящее время имеют решающее значение для разработки устройств для накопления и преобразования энергии [4].

Здесь могут возникать массовые отклонения концентрации подвижных ионных и электронных частиц на материальных неоднородностях (например, границах зерен и дислокациях) по сравнению с объемом (т.е. без разрывов) ситуация, приводящая в некоторых случаях к огромным изменениям в общих функциональных возможностях рассматриваемой системы [5,6]. Было показано, что такие ситуации можно в значительной степени объяснить в свете теории пространственного заряда [7,8]. В последнее время аналогичный подход был реализован в тонкопленочных гетероструктурах (обладающих хорошо контролируемой геометрией и превосходным качеством), которые допускается эпитаксиальное соединение огромного количества материалов. Эта концепция привела к появлению неожиданных свойств на границе раздела, включая электропроводность на границе раздела [9,10], магнетизм [11,12], сверхпроводимость [13,14] и высокотемпературную сверхпроводимость [15,16]. Такие эффекты, которые обычно ограничиваются несколькими нанометрами на границе раздела и которые не принадлежат к одной составляющей фазе, были приписаны различным явлениям, включающим, среди прочего, эпитаксиальную деформацию, перенос электронного заряда и катионную и анионную локальную нестехиометрию.

Мы представляем здесь всестороннее исследование структурных и функциональных свойств гетероструктур, состоящих из купрата лантана (La2CuO4-LCO) и никелата лантана, легированного стронцием (La2-xSrxNiO4-LSNO), изготовленного послойным атомным слоем, молекулярно-лучевая эпитаксия (ALL-MBE), и демонстрируем, что высокотемпературная сверхпроводимость (сверхпроводящая критическая температура TC до ≈ 40 K) может индуцироваться в LCO при контакте с LSNO, даже если ни одна из двух фаз не обладает сверхпроводимостью как таковой.

В то время как хорошо известно, что LCO претерпевает переход изолятор-высокотемпературный сверхпроводник при дырочном (h*) легировании (это обычно достигается в объемном виде путем введения легирующих примесей кислорода или акцептора – нулевого или гомогенного легирования) [18,19] недавние эксперименты касались возникновения локальной высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в LCO как следствие эффекта на границе фаз (двумерное или гетерогенное легирование) [16]. Однако до сих пор это ограничивалось гомоэпитаксиальными системами, в которых только используемая фаза была на основе LCO (например, межповерхностный ВТСП в двухслойных и сверхрешетках LCO / LCO легированных Sr, или в двумерной LCO): [15-17] Здесь вместо этого впервые показано, что межповерхностный ВТСП может индуцироваться в LCO также при гетероэпитаксиальном контакте с LSNO. Кроме того, мы раскрываем, что конечные сверхпроводящие свойства интерфейса LCO / LSNO можно эффективно настроить, просто изменив структурные параметры (уровень легирования x фазы никелата, последовательность слоев и расстояние между ними), оставив стехиометрию LCO неизменной, в отличие от «классическая» объемная картина.

Наконец, сверхпроводимость рационализируется путем рассмотрения механизма накопления дырок на границе раздела, основанного на локальном катионном перемешивании, а также на соображениях пространственного заряда.

 
Список литературы:
1. Mannhart J., Schlom D. G. Oxide interfaces—an opportunity for electronics //Science. – 2010. – Т. 327. – №. 5973. – С. 1607-1611.
2. Maier J. Defect chemistry and conductivity effects in heterogeneous solid electrolytes //Journal of The Electrochemical Society. – 1987. – Т. 134. – №. 6. – С. 1524-1535.
3. Tschöpe A. Grain size-dependent electrical conductivity of polycrystalline cerium oxide II: Space charge model //Solid State Ionics. – 2001. – Т. 139. – №. 3-4. – С. 267-280.
4. Chen C. C., Fu L., Maier J. Synergistic, ultrafast mass storage and removal in artificial mixed conductors //Nature. – 2016. – Т. 536. – №. 7615. – С. 159.
5. Hammerl G. et al. Enhanced supercurrent density in polycrystalline YBa 2 Cu 3 O 7-δ at 77 K from calcium doping of grain boundaries //Nature. – 2000. – Т. 407. – №. 6801. – С. 162.
6. Navickas E. et al. Dislocations accelerate oxygen ion diffusion in La0. 8Sr0. 2MnO3 epitaxial thin films //ACS nano. – 2017. – Т. 11. – №. 11. – С. 11475-11487.
7. Maier J. Ionic conduction in space charge regions //Progress in solid state chemistry. – 1995. – Т. 23. – №. 3. – С. 171-263.
8. Gregori G., Merkle R., Maier J. Ion conduction and redistribution at grain boundaries in oxide systems //Progress in Materials Science. – 2017. – Т. 89. – С. 252-305.
9. Ohtomo A., Hwang H. Y. A high-mobility electron gas at the LaAlO 3/SrTiO 3 heterointerface //Nature. – 2004. – Т. 427. – №. 6973. – С. 423.
10. Cen C. et al. Oxide nanoelectronics on demand //Science. – 2009. – Т. 323. – №. 5917. – С. 1026-1030.
11. Takahashi K. S., Kawasaki M., Tokura Y. Interface ferromagnetism in oxide superlattices of CaMnO 3/CaRuO 3 //Applied Physics Letters. – 2001. – Т. 79. – №. 9. – С. 1324-1326.
12. Brinkman A. et al. Magnetic effects at the interface between non-magnetic oxides //Nature materials. – 2007. – Т. 6. – №. 7. – С. 493.
13. Reyren N. et al. Superconducting interfaces between insulating oxides //Science. – 2007. – Т. 317. – №. 5842. – С. 1196-1199.
14. Biscaras J. et al. Two-dimensional superconductivity at a Mott insulator/band insulator interface LaTiO 3/SrTiO 3 //Nature communications. – 2010. – Т. 1. – С. 89.
15. Gozar A. et al. High-temperature interface superconductivity between metallic and insulating copper oxides //Nature. – 2008. – Т. 455. – №. 7214. – С. 782.
16. Wang H. et al. Bifunctional non-noble metal oxide nanoparticle electrocatalysts through lithium-induced conversion for overall water splitting //Nature communications. – 2015. – Т. 6. – С. 7261.
17. Smadici S. et al. Superconducting Transition at 38 K in Insulating-Overdoped La 2 Cu O 4− La 1.64 Sr 0.36 Cu O 4 Superlattices: Evidence for Interface Electronic Redistribution from Resonant Soft X-Ray Scattering //Physical review letters. – 2009. – Т. 102. – №. 10. – С. 107004.
18. Radaelli P. G. et al. Structural and superconducting properties of La 2− x Sr x CuO 4 as a function of Sr content //Physical Review B. – 1994. – Т. 49. – №. 6. – С. 4163.
19. Sato H., Naito M., Yamamoto H. Superconducting thin films of La2CuO4+ δ by oxygen doping using ozone //Physica C: Superconductivity. – 1997. – Т. 280. – №. 3. – С. 178-186.