Progress in Superconductivity and Cryogenics (한국초전도ㆍ저온공학회논문지)

The Korean Society of Superconductivity and Cryogenics (한국초전도저온학회)
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Synthesis of La0.7Sr0.3Mn1-xIrxO3 thin-films in search of superconductivity

  • Byeongjun Seok (Department of Physics and Astronomy, Seoul National University) ;
  • Youngdo Kim (Department of Physics and Astronomy, Seoul National University) ;
  • Donghan Kim (Department of Physics and Astronomy, Seoul National University) ;
  • Jongho Park (Department of Physics and Astronomy, Seoul National University) ;
  • Changyoung Kim (Department of Physics and Astronomy, Seoul National University)
  • Received : 2023.06.09
  • Accepted : 2023.06.29
  • Published : 2023.06.30
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Abstract

High-TC superconductivity (HTSC) has been the central issue in the field of condensed matter physics for decades. An essential part of the research on superconductivity is finding new exotic superconductors. It was recently suggested that Ir-substituted La0.7Sr0.3MnO3 (LSMIO) is a new high-TC superconductor. However, systematic studies to experimentally verify the superconductivity have not been done. Here, we report the growth processes of LSMIO thin films and their electrical transport properties. We observed a clear negative correlation between the intensity of the laser utilized for film deposition and the Curie temperature of the deposited film. We attributed this effect to the suppression of Sr concentration in the LSMIO films as the laser intensity increased. However, our LSMIO films show conventional ferromagnetism instead of HTSC. To realize the HTSC in LSMIO systems, further exploration of diverse compositions of LSMIO compounds is essential.

본 연구에서는 현재까지 연구된 HTSC와 다른 새로운 HTSC 물질군으로 제시된 LSMIO에 대한 합성 및 박막 성장과 물성 측정을 진행하였다. LSMIO는 기존의 HTSC 물질들과 비교하여 초전도처럼 보이는 현상의 기작이 상이한 것으로 예상되어 초전도 현상에 대한 이해의 폭을 넓히는데 도움이 될 것으로 기대되는 물질이다. 박막 성장을 위해 고상 합성법을 적용하여 La0.7Sr0.3Mn1-xIrxO3 세라믹 타겟을 합성하였으며, XRD 패턴 분석 결과 La0.7Sr0.3Mn0.88Ir0.12O3 샘플을 1200℃에서 2회 소결하는 것이 최적의 합성 조건임을 찾아내었다. 해당 조성의 LSMIO 세라믹 타겟을 사용하여 레이저 강도를 0.4 J/cm2에서 1.2 J/cm2까지 조절하며 PLD를 사용해 박막을 증착 하였다. 모든 LSMIO 박막은 동일한 단결정 LSAT 기판 위에 같은 두께로 성장하여 기판과 시료 두께에 의한 효과는 배제하였다. RHEED 패턴과 박막 XRD 측정 결과 성장된 박막들은 epitaxial하게 100 UC로 성장되었음을 확인할 수 있었으며, 각 박막들은 저항 측정 결과 모체 화합물인 LSMO와 비슷한 저항 특성을 보이며, 레이저 강도가 강할수록 Curie 온도가 낮아지는 결과가 나타났다. LSMIO와 LSMO가 유사한 전기적 특성을 가지는 것을 볼 때, Curie 온도의 하락은 박막의 Sr 치환 비율의 감소에 의한 것으로 사료된다. 본 연구에서는 HTSC의 후보군인 LSMO에 Ir을 치환하여 결정 및 전자 구조의 다양한 변화 시도하고 그 특성을 관찰하였다. LSMIO 페로브스카이트 시스템에서는 자기 양자불안정 (magnetic quantum instability) 상태 부근에서 강자성요동 (ferromagnetic fluctuation)에 의해 초전도가 발현될 수 있다고 보고되었지만, [5, 14] 본 연구에서 성장된 LSMIO 박막은 일반적인 강자성 특성을 보이며 초전도 현상은 관찰되지 않았다. 차후, 아직은 시작 단계인 LSMIO 소재에 관한 연구 저변을 확대하고 다양한 조성비의 박막을 성장하여 물리적 특성과 근원에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다. 비록 초전도는 발현되지 않았지만 manganite 페로브스카이트 시스템에서 전이금속 원소의 치환 및 세라믹 타겟 합성, 그리고 박막 성장과 특성 분석에 걸친 전과정에 대한 연구를 진행하였다. 이를 바탕으로 차후 다양한 HTSC 소재의 합성 및 박막화와 그 특성을 평가하는 연구에 대한 통찰을 제공하기를 기대한다.

Keywords

Acknowledgement

B. Seok and Y. Kim contributed equally to this work. This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIT) (No. 2022R1A3B1077234) and the Institute for Basic Science in Korea (Grant No. IBS-R009-G2).

References

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