Terahertz ışıyan mesalarda C-ekseni Josephson akım yoğunluğunun yüzey alan ve oksijen doping bağımlılığı

Abstract

Terahertz dalgaları, yolcuların havaalanında taranması, patlayıcı ve ilaç tayini, güvenli kablosuz iletişim ve tıpta kanser tanısı gibi bir çok alanda önemli uygulama alanina sahiptir. Yakın zaman önce Bi2Sr2CaCu2O8+d (Bi2212) tek kristallerinden yapılan mesaların, küçük boyutlu bir kaynak olarak yüksek güçte terahertz ışıması yapabildiği kanıtlanmıştır. Katmanlı yüksek sıcaklık süperiletkeni Bi2212, özgün Josephson eklemleri olarak adlandırılan Josephson eklemlerinin doğal yığınlarına sahiptir. Terahertz ışıması, elektromagnetik spektrumun mikrodalgalar ile uzak-IR arasında yer alan bölümüdür. Bu bölge 0.1-10 THz frekans aralığına ve 3 mm den 0,03 mm ye dalga boyu aralığına sahiptir. Bu çalışmada farklı alanlara sahip (300×50, 200×50, 100×50 μm2 ) mesa yapıları aynı kristal üzerinde oluşturulmuştur. İlk önce tavlanmış olan kristaller safir altaş üzerine yapıştırılmıştır ve ardından yontma işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra 100 nm kalınlığında altın kaplanmıştır ve ardından e-demeti litrografisi tekniği ile Ar iyon demeti aşındırma yöntemleri kullanılarak üçlü mesa yapıları elde edilmiştir. Üretilen mesaların alanları çok küçük olduğundan dolayı elektriksel ölçüm almak için oluşturulacak kontakları kolaylaştırmak amacıyla CaF2 yalıtkan tabaksı kaplanmıştır. En son olarak da gümüş epoksi kullanılarak kontaklar alınmıştır. Mesa üretimi tamamlandıktan sonra SEM ve yüzey profilometrisi kullanılarak üretilen mesaların tam boyutları tayin edilmiştir. Elektriksel karakterizasyon için R-T, I-V ölçümleri alınmıştır. I-V karakteristiklerine bakılarak bir mesa için kritik akım değerleri tayin edilerek, Josephson kritik akım yoğunlukları hesaplanmıştır. Çalışmanın sonucunda Josephson kritik akım yoğunluğunun mesa alanının artmasıyla azaldığı gözlenmiştir. Dahası, yüksek boyutlu mesalarda ısınma etkilerinin baskın olmasından dolayı, akım gerilim grafiklerinde geri bükülme değerleri daha düşük voltajlarda gözlenmiştir.