Studies of columnar defects in Bi2Sr2CaCu2O(x) by TEM and STS

Abstract

High-energy heavy ions are known to produce columnar defects in high-T(sub c) oxide superconductors along their tracks. As the diameter is the order of the superconducting coherence length, columnar defects can act as pinning centers in high-T(sub c) superconductors. It is interesting and important to study the microscopic electronic states at and around columnar defects. Columnar defects were generated in Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(x) at a beam line by impacting 3.4 GeV (Xe-136)(31+) ions from RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research) Ring Cyclotron, and they were studied by applying Transimission Electron Microscope (TEM) and Scanning Tunneling Microscope (STM). In the high resolution TEM photograph, a columnar defect of an amorphous structure with a sharp boundary in atomic scale was observed. The STM image showed that a STM needle came closer to the surface abruptly at the region of the columnar defect. This meant that the columnar defect was an insulator. This is the first experimental evidence shown microscopically of the insulating electronic state of columnar defects in high-temperature oxide superconductors.

高エネルギー重イオンは高T(sub c)超伝導体酸化物中にビームトラックにそって柱状の欠陥を生成することが知られている。その直径が超伝導コヒーレント長であることから、柱状欠陥は高T(sub c)超伝導体中で固定中心として振舞い得る。柱状欠陥とその周囲の微視的電子状態を調べることは興味深く、また重要である。理化学研究所リングサイクロトロンからの(Xe-136)(31+)イオンをBi(2)Sr(2)CaCu(2)O(x)に照射して柱状欠陥を形成し、透過型電子顕微鏡(TEM)と走査型トンネル顕微鏡(SEM)を使って調べた。高分解能のTEM写真では、柱状欠陥が無定形構造を持ち、原子スケールでシャープな境界を持っている。またSEM画像では、柱状欠陥の位置で探針が急に表面に近くなっている。これは柱状欠陥が絶縁体であることを示している。これは、高温酸化超伝導体における柱状欠陥の絶縁電子状態を顕微鏡的に示した初めての証拠である。