Columnar defect-induced strain and superconductivity in Bi2Sr2CaCu2O(x) observed by LT-STS/STM

Abstract

Recently, uniaxial strains on copper oxide of High T(sub c) Superconductors (HTSC) have attracted much attention, because of 100 percent increase in the superconducting transition temperature of a thin film of La(1.9)Sr(0.1)CuO4 single crystal due to the epitaxial compression. Bi2Sr2CaCu2O(x) single crystals were irradiated with heavy ions at RIKEN Ring Cyclotron. Generated columnar defects were also studied by a Low Temperature Scanning Tunneling Spectroscopy and Microscopy (LT-STS/STM) and a Transmission Electron Microscope (TEM). The strain around columnar defects was observed and the local density of states of quasi-particle was measured. The influence of strain on the superconductivity of Bi2Sr2CaCu2O(x) (x is approximately equal to 8) is reported. Heavy ions were injected almost in parallel to the c-plane and in the (100) direction. It was shown that a columnar defect runs along (100) direction about 6 nm beneath the surface. A superstructure can also be seen as a modulation with about 25 A cycle along the (010) direction. The swell of the surface was found to be about a few tenths of nanometer high and 20 nm wide. The tensile strain in this region was estimated to be 10(exp -3) - 10(exp -4). In the case of the columnar defect running perpendicular to the c-plane, on the other hand, a compressive strain of the similar magnitude was induced on the c-plane. In both cases, the differential tunneling conductance around the columnar defects have been measured by LT-STS/STM. The measured local densities of states of quasi-particles did not exhibit an appreciable change, unaltered from those previously observed on the flat c-plane surface of Bi2Sr2CaCu2O(x). It can be said therefore that in Bi2Sr2CaCu2O(x) the strain in the order of 10(exp -3) - 10(exp -4) does not bring about a remarkable change in the superconductivity, whether it is tensile or compressive.

近年、高温超伝導体の酸化銅(HTSC)における単軸ひずみが、エピタキシー圧縮によりLa(1.9)Sr(0.1)CuO4単結晶薄膜の超伝導転移温度を100%上昇させるという報告がなされて、非常に注目を集めている。理研リングサイクロトロンを用い、Bi2Sr2CaCu2O(x)単結晶に重イオンを照射した。また、低温走査型トンネル分光/顕微鏡(LT-STS/STM)と透過電子顕微鏡(TEM)を用いて、生じた柱状欠陥について研究した。柱状欠陥の付近のひずみが観測でき、準粒子状態の局所密度を測定できた。本報告では、ひずみがBi2Sr2CaCu2O(x)(xは約8である)の超伝導性に及ぼす影響について述べる。重イオンをc平面にほとんど平行に、そして(100)方向に入射した。柱状欠陥が表面下約6nmのところで(100)方向に走っているのが見られた。(010)方向に約25Aの周期で変化する超構造も見ることができた。表面のふくらみは、高さが約数10nmで、幅が約20nmであることを見出した。この部分の引っ張りひずみは、10(exp -3)?10(exp -4)であると推測した。他方、柱状欠陥がc平面に垂直な場合は、同程度の圧縮ひずみがc平面上に誘発された。その両方の場合について、LT-STS/STMを用いて柱状欠陥付近の微分トンネル・コンダクタンスを測定した。測定した準粒子状態の局所密度は測定可能なほどの変化は示さず、Bi2Sr2CaCu2O(x)の平らなc平面の表面において以前観測されたものと同程度であった。従ってBi2Sr2CaCu2O(x)においては、10(exp -3)?10(exp -4)程度のひずみは、それが引っ張りであっても、圧縮であっても、超伝導性に対して注目すべき変化をもたらさないということができる。