Yüksek sıcaklık üstüniletkenlerindeki özgün Josephson eklemlerinin tünelleme karakteristiği

Abstract

Yüksek sıcaklık üstüniletkenlerinin, üstüniletkenlik mekanizmasının anlaşılması için çok büyük emek harcanmaktadır. Deneysel tekniklerde biri olan tünelleme spektroskopisi (üstüniletken-yalıtkan-normal metal (SIN) ve üstüniletken-yalıtkan-üstüniletken (SIS)), elektronların çiftlenme mekanizması hakkında önemli bilgiler verir. Yüksek sıcaklık üstüniletkenlerinin büyük anisotropisi ve aşırı kısa koherens uzunluğu sebebiyle hala tekrarlanabilir düzlemsel tünel eklemler üretilememiştir. Kristal yapılarının kompleks olmasına karşın, bütün yüksek sıcaklık üstüniletkenleri bazı katmanları Cu ve O dan oluşan kare örgülerden oluşur. Üstüniletkenlik bu CuO2 düzlemlerdeki kuvvetli etkileşen elektronlardan kaynaklanırken birim hücredeki diğer katmanlar pasif boşluk doldurucular veya yük depoları gibi davranır. Bu mükemmel katmanlı yapı kullanılarak, Bi2Sr2CaCu2O8+d tek kristalleri veya c-exseni boyunca büyütülmüş incefilmleri kullanılarak mesa yapılar üretilebilir ve bunlar özgün Josephson eklemleri olarak isimlendirilir. Bu çalışmada, fotolitografi ve Argon iyon demeti milling yöntemi ile 10x10 mıkrometre ve 20x20 mıkrometre boyutlarında Bi2Sr2CaCu2O8+d tek kristalleri üzewrine özgün Josephson eklemleri hazırlanmıştır. Elde edilen eklemlerin, geniş bir sıcaklık aralığında (4.2-300 K) akım-gerilim ve tünelleme iletkenliği ölçülmüştür. Bir SIN eklemin tünelleme iletkenliği durum yoğunluğu ile orantılı olduğundan, SISISI… eklemleri seriside de bu durum yoğunluklarının birleştirilmesinden oluşur. Özgün Josephson eklemlerinin tünelleme iletkenliğide sonuçta, incelenen üstüniletkenin durum yoğunluğunun spektral özelliklerini (örneğin keskin sankiparçacık (quasiparticle) pikleri ve “dip” ve “hump”) göstermesi gerekir. Bu özellikler optimum doping yapılmış Bi2Sr2CaCu2O8+d örnekler için incelenmiş ve yasak enerji aralığının ve Josephson akımının dopinge bağımlılığı bulunarak SIN ve SIS ile elde edilenlerle karşılaştırılmıştır. Özgün Josephson eklemleri ve SIS lerin karşılaştırılması sonucunda tamamen farklı karakteristiklere sahip oldukları görülmüştür. Bu özelliklerin özgün Josephson eklemlerinde ısınma ve sankiparcacık enjekte edilmesi ile açıklanmıştır