ES2564493T3

ES2564493T3 - Contacto de Josephson en etapas reproducible

Info

Publication number: ES2564493T3
Application number: ES13716186.5T
Authority: ES
Inventors: Mikhail Faley
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: AU2013243054C1; AU2013243054A1; DK2834860T3; EP2834860A1; US20150069331A1; EP2834860B1; JP6230593B2; WO2013149607A1; AU2013243054B2; CN104350623B; CN104350623A; AU2013243054A2; JP2015514322A; US9666783B2

Abstract

Elemento de construcción con un contacto de Josephson, que presenta un enlace débil, que comprende un substrato con al menos un borde gradual en su superficie, y una capa funcional dispuesta sobre el mismo, constituida por un material superconductor a alta temperatura, presentando esta capa en el borde gradual un límite intergranular que forma el enlace débil del contacto de Josephson, estando orientado en ambos lados del borde gradual el eje de cristal a y/o b en el plano de la capa funcional superconductora a alta temperatura hasta en una desviación, a modo de ejemplo, de un máximo de 10º perpendicularmente al límite intergranular, a través de una texturización del substrato y/o al menos una capa tampón dispuesta entre el substrato y la capa funcional superconductora a alta temperatura, caracterizado por que la texturización comprende resaltos y/o cavidades con una altura, o bien profundidad media entre 1 nm y 10 nm, preferentemente entre 1 nm y 5 nm.

Description

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la figura 1: ejemplo de ejecución del elemento de construcción según la invención con dos capas tampón,

la figura 2: ejemplo de ejecución del elemento de construcción según la invención con sólo una capa tampón,

la figura 3: toma AFM de un substrato texturizado,

la figura 4: toma AFM de una capa de YBCO en una capa tampón antiepitáctica de MgCO3, que se aplicó a su vez sobre un substrato de MgO texturizado,

la figura 5: toma por microscopía electrónica de una capa de YBCO, que se desarrolló sobre una capa tampón antiepitáctica gruesa,

la figura 6: toma por microscopía electrónica de una capa de YBCO, que se desarrolló sobre una capa tampón antiepitáctica delgada frente a la figura 5,

la figura 7: ejemplo de ejecución del elemento de construcción según la invención con capa de bloqueo y capa germinal en representación esquemática,

la figura 8: tomas de sección transversal por microscopía electrónica del ejemplo de ejecución esbozado en la figura 7,

la figura 9: vistas superiores por microscopía electrónica sobre las capas funcionales de dos elementos de construcción según la invención sin (a) y con (b) capa de bloqueo y capa germinal,

la figura 10: toma por microscopía electrónica de una capa de YBCO, que se desarrolló con texturización, y capa germinal YBCO y capa de bloqueo de SrTiO3, pero sin capa tampón antiepitáctica sobre el escalón de 45 grados de un substrato de MgO.

La figura 1 muestra un ejemplo de ejecución del elemento de construcción según la invención. En el substrato

1.1 constituido por MgO, con una superficie depurada mediante corrosión por haz iónico, se encuentra una capa tampón de MgO 1.2 texturizada, de aproximadamente 10 nm de grosor, homoepitáctica. Mediante la depuración del substrato se eliminó una capa amorfa de su superficie; esto posibilita el crecimiento homoepitáctico. A través de la estructura insular ruda de la capa tampón 1.2 se predetermina automáticamente una texturización. En la capa tampón homoepitáctica 1.2 se encuentra una capa tampón antiepitáctica 1.3 de aproximadamente 0,5 nm, constituida por MgCO3. Esta desacopla la orientación del eje c de la capa de YBCO (capa funcional) 1.4 de aproximadamente 150 nm de grosor, aplicada sobre la misma, de la influencia del substrato 1.1. Por lo tanto, el eje c es perpendicular a la superficie de la capa de YBCO 1.4 en su totalidad. Al mismo tiempo, los ejes a y b están orientados en la estructura insular rectangular (texturización) de la capa de MgO homoepitáctica. La capa tampón de MgCO3 amorfa se puede obtener con diferentes métodos de deposición. A modo de ejemplo, el MgCO3 se puede formar con una breve reacción química de MgO en un plasma de CO2 o en líquidos orgánicos, como por ejemplo acetona. No obstante, naturalmente también se puede desarrollar mediante una exposición de la superficie de MgO al aire. En lugar de MgCO3 se puede emplear también una capa de CeO2 de 0,5 nm a 1 nm de grosor como capa tampón antiepitáctica.

El substrato 1.1 presenta un borde gradual agudo. Este permite formar un límite intergranular 1.5 a la capa de YBCO 1.4. Esta forma el enlace débil para el contacto de Josephson. El borde gradual separa una zona superficial plana del substrato 1.1 de una zona curvada, que a su vez se transforma continuamente en otra zona plana. En este caso, el radio de curvatura es suficientemente amplio, de modo que la capa de YBCO (capa funcional) 1.4 no forma otros límites intergranulares.

La texturización de la capa tampón 1.2 tiene un sentido preferente perpendicularmente al borde gradual del substrato 1.1. Por consiguiente, el eje a y/o b de la capa de YBCO 1.4 está orientado perpendicularmente al límite intergranular 1.5 a ambos lados del borde gradual en cada caso. De este modo se puede transportar una corriente de supraconductividad máxima Ic con resistencia máxima Rn en estado de conductividad normal a través del límite intergranular 1.5.

La estructuración lateral de la capa de YBCO 1.4 en el plano de capa que forma el elemento de construcción concreto a partir de la capa, no está representada en la figura 1.

La figura 2 muestra otro ejemplo de ejecución del elemento de construcción según la invención. Sobre el substrato 2.1 se ha aplicado una capa antiepitáctica 2.2, que está texturizada simultáneamente. Por consiguiente, esta desacopla la orientación del eje c de la capa de YBCO superpuesta (capa funcional) 2.3 de la influencia del substrato 2.1, mientras que su texturización orienta al mismo tiempo el eje a de la capa de YBCO

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delgada esencialmente sin que se produzca posiblemente en el límite intergranular una vía a lo largo de la cual se podría difundir magnesio en la capa funcional de YBCO situada por encima de la capa de STO.

La figura 9 muestra vistas vistas superiores por microscopía electrónica sobre las capas funcionales de dos elementos de construcción según la invención sin (a) y con (b) capa de bloqueo y capa germinal. En el caso del 5 elemento de construcción con capa de bloqueo y capa germinal apenas son visibles pocos defectos. En el caso del elemento de construcción sin capa de bloqueo ni capa germinal, reacciones químicas con magnesio introducido por difusión del substrato han formado muchos orificios en la capa funcional. El producto Jc * Rn, para el elemento de construcción sin capa de bloqueo ni capa germinal, con 300 mV a 77 K, ya está claramente mejorado frente al estado de la técnica, aunque muchas vías de corriente en la capa funcional están

10 interrumpidas por los orificios. Con capa de bloqueo y capa terminal, el producto Jc * Rn se aumenta a aproximadamente 1 mV a 77 K. Análogamente, la temperatura crítica Tc del elemento de construcción con capa de bloqueo y capa germinal es aproximadamente 10 K más elevada que en el caso del elemento de construcción sin capa de bloqueo ni capa germinal.

La figura 10 muestra una toma por microscopía electrónica de una capa de YBCO, que se desarrolló con

15 texturización y capa germinal de YBCO, y capa de bloqueo de SrTiO3, pero sin capa tampón antiepitáctica, sobre un substrato de MgO con un escalón de 45 grados, que separa dos zonas planas del substrato. Al haber adoptado la capa en las zonas planas a la derecha y a la izquierda del escalón una primera orientación [001] del substrato, y en la zona del escalón una segunda orientación [011], en ambas transiciones del escalón con las zonas planas se han formado dos límites intergranulares, en los cuales la orientación de cristal de la capa de

20 YBCO se modifica respectivamente en el mismo ángulo θ = 45º. En comparación con la figura 6, que muestra la misma vista superior sobre una capa funcional obtenida sin capa de bloqueo ni capa germinal, una fracción de granos aún mayor, con su eje a, está orientada perpendicularmente al borde gradual que se desarrolla de arriba a abajo en el centro de la figura, y forma menos fase Y2BaCuO (fase verde). La figura 10 se intensificó en contraste en diversas zonas de diferentes claridad, para hacer visibles la mayor cantidad posible de granos. Las

25 capas de YBCO presentan dos orientaciones frente a la orientación [001] del substrato de MgO: 0 grados en las zonas planas y 45 grados en el escalón.

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Claims

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