Resistivity and Hall effect measurements in disordered YBCO films

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verhalten des spezifischen Widerstands und der Hallkonstante von auf Magnesiumoxid deponierten YBa2Cu3O7−d Dünnschichtfilmen vor und nach thermischer Behandlung untersucht. Die Proben wurden für die Bestrahlung mit Neutronen im TRIGA Mark-II Reaktor des Atominstituts vorbereitet.Die Proben wurden im Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden präpariert. Ein neuer Probenhalter, abgestimmt auf das neue Probendesign wurde geplant und gefertigt.Da der Übergangswiderstand von YBCO sehr hoch ist, wurden auf die Kontaktstellen 1 μm dicke Silberkontakte gesputtert. Die Proben wurden im 17 T Kryostaten bei Feldern bis zu ±15 T gemessen. Der Widerstand der Probe wurde mittels Vierleitermessung bei einem angelegten Strom von 10 mA gemessen, während die Temperatur beginnend von 250 K bis unter die kritische Temperatur schrittweise reduziert wurde. Danach wurden die Proben in reiner Sauerstoffatmosphäre bei Umgebungsdruck thermisch behandelt. Daraufhin wurden die Proben erneut gemessen. Diese Schritte wurden mehrmals bei verschiedenen Temperaturen und Behandlungszeiten wiederholt, bis sich die Übergangstemperatur und der spezifiesche Widerstand stabilisierten und eine Grundlage für die Messung nach der Bestrahlung liefern.Die Übergangstemperatur und der spezifische Widerstand stabilisierten sich bei Temperaturen zwischen 350 ◦C und 400 ◦C. Zwei Proben wurden durch Temperaturen über 600 ◦C zerstört. Eine Reduktion der Ladungsträgerdichte zwischen unbehandelten und behandelten Proben konnte beobachtet werden.

The main goal of this thesis was to measure the resistive and Hall effect properties of YBa2Cu3O7−d thin films deposited on a magnesium oxide substrate and the behavior after subsequent thermal treatment and in preparation for irradiation with neutrons in the TRIGA Mark-II reactor of the Atominstitut.The sample layout was designed, and the samples were manufactured by the Leibniz Institute for Solid State and Materials Research in Dresden. A new sample holder matching the sample layout was designed and manufactured.Since the contact resistance of YBCO is very high, the contact pads for a 4-wire sensing configuration were sputtered with 1 μm of silver. The samples were measured in the 17 T cryostat with a current of 10 mA at fields up to ±15 T. During the measurement, the temperature was ramped from up to 250 K down to below T_c. Afterwards, the samples were thermally treated in a tube furnace in a pure oxygen atmosphere at ambient pressure, followed by another measurement. These steps were repeated several times at various temperatures and durations until T_c and the normal state resistivity stabilized. This was done to establish a baseline measurement before neutron irradiation.T_c and the normal state resistivity stabilized at annealing temperatures between 350 ◦C and 400 ◦C. Temperatures above 600 ◦C destroyed two samples. A decrease in charge carrier density between pristine and thermally treated samples was observed.