Farklı altlıklar üzerine çökeltilmiş ferromanyetik çivileme merkezleri taşıyan MgB2 ince filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
The fabrication and characterization of MgB2 thin films carrying ferromagnetic pinning centers deposited on different substrates
Yazar: EZGİ TAYLAN KOPARAN
Danışman: PROF. DR. EKREM YANMAZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Süper iletken bileşikler = Superconductor compounds ; Süper iletkenler = Superconductors

Özet:
Bu çalışmada, yaklaşık 600 nm kalınlıklı MgB2 ince filmler ?iki-adım? sentezleme tekniği kullanılarak MgO (100) and r-plane Al2O3 ( ) altlıklar üzerine çökeltildi. İlk olarak, altlıklar üzerine borun çökeltilmesi rf manyetron püskürtme ile gerçekleştirildi ve bu aşamayı 850 ºC'de magnezyum buharında tavlama takip etti. Filmlerin yapısal ve manyetik özellikleri üzerinde Fe2O3 nanopartiküllerin etkisini araştırmak için, MgB2 filmler döndürmeli kaplama yöntemiyle Fe2O3 nanopartiküllerinin farklı konsantrasyonlarıyla kaplandı. Elde edilmiş filmlerin süperiletken özellikleri üzerinde ferromanyetik Fe2O3 nanopartiküllerinin farklı konsantrasyonlarının etkisi, yapısal (XRD, SEM, AFM), elektriksel (R-T) ve manyetizasyon (M-H, M-T ve AC Alınganlık) ölçümleri yapılarak incelendi. Her iki altlık için, anizotropi katsayıları yaklaşık ?=1,2 ve koherens uzunlukları yaklaşık 5 nm hesaplandı. Koherens uzunluğunun bir sonucu olarak, Fe2O3 nanopartiküllerinin yaklaşık çapının 10 nm olması gerektiği bulundu. Bu sonuç, Fe2O3 nanopartiküllerinin çivileme merkezleri olarak görev yaptığını belirledi. Bu çalışmadan elde edilen verilere dayanarak, kaplanmış filmlerde Fe2O3 nanopartikülleri tarafından oluşturulmuş yapay çivileme merkezlerinin varlığı görüldü. Bütün sonuçlar, MgO altlık üzerine çökeltilmiş filmlerin r-düzlem Al2O3 altlık üzerine çökeltilmiş filmlerden daha iyi süperiletken özellik sergilediğini gösterdi.

Abstract:
In this study, MgB2 thin films with a thickness of about 600 nm were deposited on the MgO (100) and r-plane Al2O3 ( ) substrates using a ?two-step? synthesis technique. Firstly, deposition of boron was performed by rf magnetron sputtering on substrates and followed by a post deposition annealing at 850 ºC in magnesium vapour. In order to investigate the effect of Fe2O3 nanoparticles on the structural and magnetic properties of films, MgB2 films were coated with different concentrations of Fe2O3 nanoparticles by a spin coating process. The effects of different concentrations of ferromagnetic Fe2O3 nanoparticles on superconducting properties of obtained films were carried out by using structural (XRD, SEM, AFM), electrical (R-T) and magnetization (M-H, M-T and AC Susceptibility) measurements. It was calculated that anisotropic coefficients were about ? = 1.2 and coherence lengths of 5 nm for the uncoated films on both substrates. As a result of coherence length, the appropriate diameters of Fe2O3 nanoparticles were found to be 10 nm, indicating that these nanoparticles served as the pinning centers. Based on the data obtained from this study, it can be said that the coated films indicated the presence of artificial pinning centers created by Fe2O3 nanoparticles. All the results demonstrated that the films deposited on MgO substrates exhibited better superconducting properties than that of films deposited on r-plane Al2O3 substrates.