Ion-velocity effects on defect production in an ion-irradiated high-T(sub c) superconductor

Abstract

The recent results are reported on the defect production by swift heavy ions in high T(sub c) superconductors EuBa2Cu3O(y) (EBCO) with the emphasis on the velocity effect. Thin films of the EBCO, which were c-axis oriented and with the thickness of 0.3 micron, were prepared on MgO substrates by an rf (radio frequency) magnetron sputtering method. These samples were irradiated with the high energy ions at 100 K as 120 MeV (35)Cl(8+), 90 MeV (58)Ni(6+), 90 MeV (127)I(9+), and 200 MeV (197)Au(13+) produced from the tandem accelerator at JAERI (Japan Atomic Energy Research Institute). Besides they were also irradiated with 3.54 GeV (136)Xe(31+) and 3.84 GeV (181)Ta(37+) from the Ring Cyclotron at RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research). Using the above ions, the values of electronic stopping power S(sub e) were varied from 10 to 47 MeV/(mg/sq cm). In situ measurements of the fluence dependent electrical resistivity were performed at 100 K by employing the conventional four probe method. By comparing the results between low and high energy ion irradiation, it was found that resistivity change by the high energy ion irradiation was much larger than that by the low energy ion irradiation. This indicates that mainly the electronic excitation contributes to the defect production in EBCO when irradiated with high energy (90 MeV - 3.84 GeV) ions. Although the S(sub e) has often been accepted as one of the parameters to characterize the defect production process, the ion velocity dependence in the defect production has been observed even for the same S(sub e). From a comparison of resistivity-fluence curves, even for the same S(sub e) value, irradiation effect was found to differ for different velocities.

高温超伝導体EuBa2Cu3O(y)(EBCO)に照射した高速重イオンによる欠陥生成について最近得た結果を、入射速度効果に重点を置いて報告する。c軸方向に配向した厚さ0.3ミクロンのEBCO薄膜を高周波マグネトロン・スパッタリング法によってMgO基板上に作製した。100Kに保たれたこれらの試料にJAERI(日本原子力研究所)のタンデム加速器によって生成された120MeV(35)Cl(8+)、90MeV(58)Ni(6+)、90MeV(127)I(9+)、200MeV(197)Au(13+)などのイオンを照射した。さらに、理化学研究所のリングサイクロトロン加速器によって生成された3.54GeV(136)Xe(31+)、3.84GeV(181)Ta(37+)などの高エネルギーイオンを照射した。上記のイオンを利用して、電子阻止能S(sub e)を10から47MeV/(mg/平方センチメートル)の間で変化させることができた。通常の4端子法を用いて、100Kにおける電気抵抗率のフルエンス依存性をその場観測で行った。低エネルギーイオン照射と高エネルギーイオン照射に関する結果を比較して、高エネルギーイオン照射による抵抗率の変化は低エネルギーイオン照射による効果よりもはるかに大きかった。このことは、90MeVから3.84GeVの高エネルギーイオンの照射による欠陥生成は、おもに電子励起に起因することを示唆している。S(sub e)は欠陥の生成過程を特徴づけるパラメータの1つと考えられているが、欠陥生成における入射イオンの速度依存性は同じS(sub e)に対しても観測された。抵抗率-フルエンス曲線の比較から、同じS(sub e)に対しても照射効果は入射イオンの速度によって異なっていた。