超薄MgB2薄膜的临界电流密度随温度和磁场的变化.docVIP

  超薄 MgB2 薄膜的临界电流密度随温度和磁 场的变化# 张辰，王达，张焱，王越** 5 10 （北京大学物理学院，北京 100871） 摘要：利用紫外曝光配合 Ar 离子刻蚀、FIB 后续加工的方法，在 10 nm 厚的 MgB2 薄膜上 制备了宽度在微米到亚微米不等的超导微桥。通过对这些微桥的电学输运性质的测量，研究 了超薄 MgB2 薄膜的临界电流密度 Jc 随温度和磁场的变化。结果发现 Jc 随温度的变化符合 传统的 G-L 理论预言。当施加有垂直于膜面的磁场时，Jc 随磁场的升高而下降，而且随着 温度的升高 Jc 的下降更明显，表明磁通线进入超导体的边界势垒随着温度的升高而逐渐变 弱。实验中还观察到 FIB 加工对临界电流密度有一定的增强效应。 关键词：凝聚态物理；MgB2；超薄薄膜；临界电流密度 中图分类号：O469 15 Temperature and magnetic field dependence of critical current densities in MgB2 ultrathin films ZHANG Chen, WANG Da, ZHANG Yan, WANG Yue (School of Physics, Peking University, Beijing 100871) 20 25 30 35 Abstract: In this paper, microbridges with widths ranging from microns to submicrons were fabricated in 10 nm thick MgB2 ultrathin films using ultra-violet lithography, Ar ion etching and FIB methods. Electrical transport properties of these microbridges were measured and the dependencies of the critical current density Jc on the temperature and magnetic field were investigated. It was found that the temperature dependence of the Jc could be well described by the traditional G-L theory. When applying a magnetic field perpendicular to the film surface, the Jc decreased with increasing field and this trend was more evident when raising the temperature, implying that the edge barrier for flux line to enter MgB2 microbridges become lower as the temeprature rises. It was also osbserved that the process of FIB could enhance the Jc of the films. Key words: condensed matter physics; MgB2; ultrathin film; critical current density 0 引言 2001 年新发现的超导材料 MgB2 因其较高的超导转变温度（Tc ~ 39 K）[1]，简单的晶格 结构，廉价的原料以及无晶界弱连接等优点，在超导弱电领域具有很好的应用前景。厚度在 10 nm 左右的超薄 MgB2 薄膜可以用来制备超导纳米线单光子探测器（Superconducting Single Photon Detector, SSPD）[2]、热电子辐射热计（hot-electron bolometer, HEB）[3]等超导器件。 相比于依赖液氦或者价格高、结构复杂的低温制冷机的传统低温超导材料，基于 MgB2 的超 导器件有望工作在 20 K 左右的温区，所需的制冷机相对简单、廉价。这体现出 MgB2 独特 的应用优势。 40 基金项目：国家自然科学基金；高等学校博士学科点专项科研基金（20100001120006） 作者简介：张辰（1988-），男，博士生，主要研究方向：超导物理 通信联系人：王越（1981-），男，副教授，主要研究方向：超导材料、物理与器件应用. yue.wang@pku.