Fabrication of mesa structures on superconducting Bi2Sr2CaCu208+x single crystals

Abstract

Adı-Soyadı :Cihan KURTEROkul : zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı :FizikProgramı :Fizik (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı :Üstüniletken Bi2Sr2CaCu2O8+δ Tek Kristaller Üzerine Mesa YapılarınınδÜretilmesiÖZETKristal yapıları, dü ük sıcaklık üstüniletkenlerine kıyasla hayli karma ık olan yükseksıcaklık üstüniletkenlerinin mekanizmalarının tümüyle anla ılabilmesi için büyük emekharcanmaktadır. Bu çalı mada, yüksek sıcaklık üstüniletkenlerine özgü bazı özellikleriara tırmak ve tünelleme karekteristiklerini elde edebilmek amacıyla optimal katkılanmı veHgBr2 molekülleriyle intercalate edilmi Bi2Sr2CaCu2O8+δ (Bi-2212) tek kristalleri üzerineδmikron boyutta mesa yapılar üretilmi tir. Fotolitografi ve Ar iyon a ındırması tekniklerikullanılarak elde edilen özgün Josephson eklemi yı ınlarının, akım-gerilim ve tünellemeiletkenlikleri, yüzeylerinden nokta kontak alınarak geni bir sıcaklık aralı ında (4.2-300 K)ölçülmü tür. Elde edilen mesaların yüzey topografileri ve yükseklikleri atomik kuvvetmikroskobu yardımıyla belirlenmi tir. Özgün Josephson eklemlerinin tünellemeiletkenli inin, Bi-2212 ye ait durum yo unlu unun spektral özelliklerini (örne insankiparçacık-quasiparticle-pikleri, ?dip? ve ?hump? yapıları) göstermesi gerekti inden yolaçıkılarak tünelleme ölçümleri sonucu alınan I-V ve dI/dV-V karakteristikleri ile bu özelliklergözlenmeye çalı ılmı ve sonuçlar SIN ve SIS eklemlerinin karakteristikleriylekar ıla tırılmı tır. Kristalde herhangi bir ekillendirme yapılmaksızın PCT tekni inin direkyüzeye uygulandı ı ölçümlerden elde edilen spektra ile mesa yapılardan alınan verilerinuyumsuzlu u özgün Josephson eklemlerindeki a ırı ısınmanın ve sankiparcacık enjeksiyonunvarlı ı ile açıklanmı tır. Bi-2212 kristalinin çok dü ük termal iletkenli e sahip olmasıdeneyler esnasında a ırı ısınma problemiyle kar ıla ma olasılı ını tetiklemektedir. Bu sorunua mada en etkin yöntemlerinden birisi, Bi-2212 üstüniletkeni içerisine kristalin yapısalsistemini bozmayacak yabancı bir molekül enjekte etmektir. HgBr2 intercalate edilmi Bi-2212 kristallerle yapılan deneylerden alınan sonuçlarda ısınma probleminin efektif birekilde yenilebildi i gözlenmi tir. Normalize edilmi pik voltajı de erlerinin normalizeedilmi sıcaklı a ba lılı ı, BCS fitiyle beraber incelendi inde yüksek sıcaklık üstüniletkenlerinin kritik sıcaklı ın çok üstündeki de erlerde dahi enerji aralı ı sergiledi igözlenmi ve sanki enerji aralı ının varlı ı incelenmi tir.

Name :Cihan KURTERSchool : zmir Institute of TechnologyDepartment :PhysicsMajor :Physics (Master)Title of Thesis :Fabrication of Mesa Structures on SuperconductingBi2Sr2CaCu2O8+δ Single CrystalsδABSTRACTThere have been tremendous efforts to understand the relatively much moresophisticated mechanism of superconductivity in high temperature superconductors(HTSC). In order to investigate the inherent features and tunneling characteristicsjust only peculiar to HTSC, micron-sized mesa structures were fabricated on thesurfaces of both pristine optimally doped and HgBr2 intercalated Bi2Sr2CaCu2O8+δδ(Bi-2212) single crystals using photolithography and Argon ion beam etchingtechniques. The surface topography and heights of the mesas were examined withatomic force microscopy. Hysteretic I-V curves with multiple branches andtemperature dependence of tunneling characteristics were investigated by means of anovel technique, point contact tunneling (PCT) and experiments were carried out in alarge range of temperatures from 4.2 K to 300 K. The results of SIN single junctionsand SIS break junctions obtained by interlayer tunneling using PCT technique onbulk crystals were compared with intrinsic Josephson junction quasiparticle spectragenerally showing sharp peaks at gap voltages and no dip/hump structures; which arereconciled with overheating in the mesa. The IJJ measurements performed withHgBr2 intercalated Bi-2212 samples showed far more enhanced characteristicsindicating less heating. The zero bias conductance versus temperature plots wereexamined to scrutinize the existence of pseudogap in electronic excitation spectra ofinvestigated samples. Besides, the normalized gap voltages were plotted againstnormalized temperature to show the deviation from BCS fit, which displays thenovelty of HTSC.