결정축이 정렬된 Ni기판 위에 성장시킨 $YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$ 박막의 고온초전도 특성에 관한 연구

Abstract

요약하면 본 연구에서는 결정성이 정렬된 Ni 금속 위에 산화물 고온초전도체 YBCO를 성장시켜 그 물성을 측정하고 또, 측정결과의 해석을 위해 모델링을 통해 정성적인 특성을 설명하고자 하였다. 우선 Ni기판의 결정성을 정렬시키고 또 기판으로 사용하기 위해 요구되는 조건들에 관하여 그 영향을 살펴보았으며, 기판의 표면 거칠기가 중요한 것이 아니라 표면 결정성이 중요함을 알았다. 또한, buffer layer 제작에 있어 보고되고 있는 미세균열의 원인이 $CeO_2$ 박막의 고유 응력에 의한 것임을 규명하였으며 이를 방지할 수 있는 방법으로 e-beam방법으로seed layer를 성장시킨 후 sputtering방법으로 박막을 성장시키는 방법을 시도하였다. 제작된 시료에 대하여 magnetoresistance 측정을 하여 기존 STO 단결정이나 자성이 약한 Ni-Cr기판 위에 성장시킨 YBCO와의 비교를 하였으며, 이 결과 Ni 위에 성장시킨 YBCO는 flux의 움직임이 둔화되어 비저항이 급격히 줄어드는 것을 관찰하였다. 또한 18cm길이의 두바퀴 코일을 제작하여, 그 특성을 측정하였는데, 이는 장선제작에의 가능성 타진 및 개발기술확보와 그 자체로도 최초의 고온 초전도 YBCO 코일의 제작이라는 두 가지 의미가 있다. 실험에 사용된 YBCO증착용 chamber는 증발이 이루어지는 곳과 산소와의 반응이 이루어지는 공간을 나누어 thermal coevaporation 방법으로 증착하였다. 제작된 YBCO coil의 임계전류밀도의 온도변화를 측정하여 기본적인 물성을 살펴 보았으며, 초전도 임계온도는 88K이며, 자기장이 가해지지 않은 상태에서 임계전류밀도는 $6×10^5 A/㎠$였다. 교류전류에 의한 교류 손실을 측정하였으며, 측정된 교류손실은 알려진 결과들과 대체적으로 일치하는 결과를 보였다. 또, Josephson junction array model을 통하여 결정성이 정렬된 초전도체 시스템의 특성을 정성적으로 살펴보았는데, 여기서 얻은 결과는 기존의 실험결과나 다른 모델을 통해 얻은 결과와 비교하여 잘 일치함을 관찰하였으며, 결정성이 정렬된 정도에 따라 Ⅰ-Ⅴ 특성, $J_c$ vs. B 특성, M-H 특성, 전류 및 자기장 분포 등에 나타나는 변화를 예측할 수 있었다.