Figura 2.12: Immagini al TEM con sezioni dei campioni: (a) YBCO/BZO e (b) YBCO/BSO.
Figura 2.13: Jc rispetto a B (65K, 77 K, B k c) per i film YBCO/BZO, YBCO/BSO e
puro. Le prestazioni del campione con BSO sono superiori agli altri. Le curve di Jcin angolo
presentano un picco stretto a campi allineati ai piani ab, attribuito al pinning intrinseco. Entrambi i campioni presentano poi un picco allargato vicino a θ = 180◦ (B k c), tipico del pinning correlato forte lungo l’asse-c.
2.4
Decorazione del substrato tramite nano-
dot
Il lavoro del gruppo di ricercatori dell’Universit`a di Birmingham (UK) e dell’In- stituto Nazionale di Fisica della Materia di Bucharest (Romania) ha proposto una tecnica di nanoingegneria per aumentare Jc, combinando due metodi gi`a
noti [63, 64]. Il primo metodo si interessa di risolvere il problema dei bassi valori di Jc in campo lungo l’asse-c, crescendo nanorod estesi di BZO. Una
complicazione di cui tener conto `e l’allargamento della distribuzione angolare delle colonne e la produzione di una quantit`a considerevole di grandi particelle isolate di BZO che influenzano la Jc in piano. Un altro svantaggio di questo
Il secondo metodo consiste nella libera crescita di colonne di YBCO attivata dalla decorazione del substrato, ad esempio con nanoparticelle (dot ) di Ag. I campioni cresciuti con tale metodo presentano invece Tcvicina a quella del film
di YBCO puro. Allora, l’integrazione dei due metodi permette di preservare e migliorare le caratteristiche positive di entrambi.
Figura 2.14: Immagini AFM che dimostrano la crescita di colonne di YBCO sui substrati decorati Au (a), Ag (b).
Film YBCO/BZO/Ag vengono cresciuti tramite PLD su substrati (100) STO da un target che contiene nanoparticelle di BZO al 4%. Per ottenere la crescita colonnare dell’YBCO, i nanodot di Ag vengono depositati sul substrato prima della crescita del film superconduttore. L’altezza media dei nanodot `e di 2.8 nm con un diametro medio pari a 10.7 nm. Vengono realizzati una grande variet`a di film a diverso spessore in questa semplice configurazione o sotto for- ma di superreticoli, in cui la deposizione degli strati di nanodot di Ag viene alternata alla crescita di strati di YBCO/BZO di un determinato spessore. Lo spessore totale dei film e dei superreticoli `e tra 0.4 e 5.8 µm.
La crescita di nanocolonne di BZO `e un metodo ben consolidato per aumentare il valore di Jc in campi orientati lungo l’asse-c nei film di YBCO. La crescita
colonnare dell’YBCO stesso `e invece un metodo meno noto. La Fig.2.14 ri- porta le immagini al AFM che mostrano la crescita di colonne di YBCO su substrati decorati con nanodot di Au (a) e Ag (b). Le colonne di YBCO sono evidenti nella sezione dei film.
In Fig.2.15a viene mostrata la dipendenza di Jcdal campo (parallelo all’asse-c)
per i due campioni preparati con la tecnica di deposizione Ag/BZO/YBCO: uno costituito da uno strato singolo di BZO/YBCO depositato su uno strato di nanoparticelle di Ag, con spessore pari a 1.8 µm, l’altro un superreticolo (di spessore 5.8 µm) composto da tre strati di Ag e tre strati di BZO/YBCO, confrontati con un film spesso (0.75 µm) di BZO-YBCO ed un film di YBCO puro di spessore intermedio (2.4 µm). Tutti i film realizzati tramite tecniche di nanoingegneria hanno valori pi`u alti di Jc rispetto all’YBCO puro. `E impor-
2.4 Decorazione del substrato tramite nanodot 59
Figura 2.15: (a) Dipendenza dal campo della densit`a di corrente critica a 77.3 K di un campione spesso Ag/BZO/YBCO (cerchi pieni blu), di uno strato triplo Ag/BZO/YBCO (quadrati rossi pieni), di un film di YBCO/BZO (punti verdi) e di un film spesso di YBCO preso a riferimento (triangoli neri vuoti). (b) Dipendenza dal campo della densit`a di corrente critica per centimetro di spessore Jc−w degli stessi campioni della figura (a).
tante comunque considerare la corrente critica per centimetro Jc−w = Jcd del
film di spessore d. Il cambiamento di posizione delle curve di Jc−w `e evidente
(Fig.2.15b). Sebbene tutti i film ottenuti per nanoingegneria hanno correnti critiche pi`u alte di quello puro YBCO a campi alti, il film di YBCO con nano- colonne di BZO ha bassi valori di Jc−w. Nei film prodotti con la metodologia
proposta, la decorazione di Ag e l’aumento dello spessore accrescono Jc−w, e
l’applicazione dell’approccio a multistrato accresce Jc−w a bassi campi, aspetto
rilevante per l’impiego dei nastri superconduttori in diverse applicazioni [21]. Per capire da cosa dipende l’aumento di Jc, vengono confrontate le immagini
al TEM dei diversi campioni (Fig.2.16). La nanostruttura in sezione del cam- pione Ag/BZO/YBCO `e diversa da quella del BZO/YBCO. Infatti, tramite la tecnica di decorazione del substrato proposta, il campione Ag/BZO/YBCO `e costituito da densi agglomerati di BZO e da catene di YBCO di dimensione nanometrica che scorrono nell’intero spessore del campione. La formazione di questa struttura `e legata alle propriet`a dei nanodot di Ag che dissolvono l’YB- CO e ne promuovono la crescita epitassiale locale. Le catene di YBCO hanno larghezza pari a 10-20 µm ed in Fig.2.16 sono state opportunamente eviden- ziate (nelle aree scure). Nella stessa figura sono anche mostrate le colonne di un campione BZO/YBCO che risultano disperse nella matrice di YBCO. Il contenuto di BZO `e lo stesso per entrambi i campioni, da cui si evince una significativa differenza nella nanostruttura.
In conclusione i diversi meccanismi di crescita, con la formazione di nanoco- lonne di BZO e di YBCO, risultano complementari e permettono di realizzare
Figura 2.16: Immagini al TEM che mostrano la sezione di un campione di Ag/BZO/YBCO con le catene di YBCO (evidenziate). Le inclusioni lunghe e scure sono catene di BZO. L’immagine al TEM in sezione dell’BZO/YBCO mostra i nanorod di BZO incorporati nella matrice di YBCO. La freccia indica la direzione dell’asse-c dell’YBCO.
campioni spessi con intenso pinning correlato.