Crecimiento, caracterización y aplicaciones de las láminas delgadas basadas en superconductores desordenados

Este trabajo es un estudio experimental enfocado en la fabricación y caracterización de láminas delgadas de materiales superconductores desordenados en vista de aplicaciones en sensores criogénicos de radiación y junturas Josephson. Los materiales involucrados están basados principalmente en dos...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Hofer, Juan A.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2023
Materias:
Materia condensada
Física
Superconductivity
Superconductividad
Thin films
Capas delgadas
Nitrides
Nitruros
Junctions
Uniones
[Disordered
Desordenados
Detectors
Detectores]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1227/1/1Hofer.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description Este trabajo es un estudio experimental enfocado en la fabricación y caracterización de láminas delgadas de materiales superconductores desordenados en vista de aplicaciones en sensores criogénicos de radiación y junturas Josephson. Los materiales involucrados están basados principalmente en dos metales de transición: el tungsteno o wolframio (W) y el molibdeno (Mo), tanto en fases puras como formando compuestos nitrurados. El W es un material de creciente interés tecnológico, no solamente por sus propiedades superconductoras, sino también por se desempeño en áreas de reciente investigación como la espintrónica. Presenta dos fases alotrópicas, siendo solamente de interés tecnológico la conocida como β-W. En cuanto a sus propiedades superconductoras, no está comprendido de manera correcta en la literatura el papel que juegan las distintas fases de este material y las estructuras desordenadas en el desarrollo de la superconductividad. Esta tesis cumple con tres objetivos en cuanto a las láminas delgadas basadas en W: primero, desarrollar la capacidad de crecer muestras ricas en la fase de interés tecnológico, β-W. Segundo, comprender el origen de la superconductividad en este material y elucidar el rol que juegan las estructuras desordenadas por sobre las fases cristalinas. Tercero, utilizar el material para fabricar micro-alambres por técnicas de litografía, que permitan caracterizarlo en vista de su utilización en aplicaciones. Por otra parte, los compuestos superconductores basados en nitruros de Mo, han sido caracterizados previamente en la literatura en cuanto a su composición y propiedades superconductoras. El principal objetivo de esta tesis para con este material es estudiar su comportamiento ante la presencia de interfases e impurezas, en vista de utilizarlo en aplicaciones. Utilizando el conocimiento adquirido, se confinaron estructuras micro-fabricadas geométricamente, y se evaluó el desempeño de la fase superconductora γ-Mo_2N para ser utilizada en la fabricación de detectores criogénicos de radiación. Además, en vista de la calidad de las interfases y de las muestras depositadas, se diseñaron y fabricaron junturas verticales sobre heteroestructuras superconductor/aislante caracterizadas previamente desde un punto de vista básico. Los resultados proveen un método sencillo y eficiente para depositar láminas delgadas ricas en la fase β-W nanocristalina y un método de depósito de láminas delgadas de la fase γ-Mo_2N con sus propiedades superconductoras optimizadas en láminas delgadas de pocos nanómetros de espesor. Por otra parte, la caracterización aplicada muestra que estos materiales son candidatos ejemplares para su utilización en el desarrollo de detectores de radiación, pero no así para el desarrollo de junturas con las heteroestructuras utilizadas.
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El W es un material de creciente interés tecnológico, no solamente por sus propiedades superconductoras, sino también por se desempeño en áreas de reciente investigación como la espintrónica. Presenta dos fases alotrópicas, siendo solamente de interés tecnológico la conocida como β-W. En cuanto a sus propiedades superconductoras, no está comprendido de manera correcta en la literatura el papel que juegan las distintas fases de este material y las estructuras desordenadas en el desarrollo de la superconductividad. Esta tesis cumple con tres objetivos en cuanto a las láminas delgadas basadas en W: primero, desarrollar la capacidad de crecer muestras ricas en la fase de interés tecnológico, β-W. Segundo, comprender el origen de la superconductividad en este material y elucidar el rol que juegan las estructuras desordenadas por sobre las fases cristalinas. Tercero, utilizar el material para fabricar micro-alambres por técnicas de litografía, que permitan caracterizarlo en vista de su utilización en aplicaciones. Por otra parte, los compuestos superconductores basados en nitruros de Mo, han sido caracterizados previamente en la literatura en cuanto a su composición y propiedades superconductoras. El principal objetivo de esta tesis para con este material es estudiar su comportamiento ante la presencia de interfases e impurezas, en vista de utilizarlo en aplicaciones. Utilizando el conocimiento adquirido, se confinaron estructuras micro-fabricadas geométricamente, y se evaluó el desempeño de la fase superconductora γ-Mo_2N para ser utilizada en la fabricación de detectores criogénicos de radiación. Además, en vista de la calidad de las interfases y de las muestras depositadas, se diseñaron y fabricaron junturas verticales sobre heteroestructuras superconductor/aislante caracterizadas previamente desde un punto de vista básico. Los resultados proveen un método sencillo y eficiente para depositar láminas delgadas ricas en la fase β-W nanocristalina y un método de depósito de láminas delgadas de la fase γ-Mo_2N con sus propiedades superconductoras optimizadas en láminas delgadas de pocos nanómetros de espesor. Por otra parte, la caracterización aplicada muestra que estos materiales son candidatos ejemplares para su utilización en el desarrollo de detectores de radiación, pero no así para el desarrollo de junturas con las heteroestructuras utilizadas. This thesis refers to the fabrication and characterization of disordered superconducting thin films for their application in electronic devices such as superconducting nanowire single-photon detectors and Josephson junctions. The work is mainly focused in two materials: tungsten (W) and molybdenum (W), both as metallic and nitrides compounds. W is a material of growing technological interest, not only for its superconducting properties, but also for its performance in areas of recent research such as spintronics. It presents two allotropic phases, with only the one known as β-W being of technological interest. Regarding its superconducting properties, the role played by the different phases of this material and the disordered structures in the development of superconductivity is not correctly understood in the literature. This thesis meets three objectives regarding W-based thin films: first, develop the ability to grow samples rich in the phase of technological interest, β-W. Second, understand the origin of superconductivity in this material and elucidate the role played by disordered structures over crystalline phases. Third, use the material to manufacture micro-wires using lithography techniques, which allow it to be characterized in view of its use in applications. On the other hand, superconducting compounds based on Mo nitrides are characterized in terms of their composition and superconducting properties. The main objective of this thesis for this material is to study its behavior in the presence of interfaces and impurities, in view of using it in applications. Using the knowledge acquired, micro-fabricated structures were geometrically confined as much as possible, and the performance of the γ-Mo_2N superconducting phase was evaluated to be used in the fabrication of cryogenic radiation detectors. Furthermore, in view of the quality of the interfaces and the deposited samples, vertical junctions were designed and manufactured on superconducting/insulating heterostructures previously characterized from a basic point of view. The results provide a simple and efficient method to deposit thin films rich in the nanocrystalline β-W phase and a method of deposition for γ-Mo_2N phase in very thin films, which optimizes its superconducting properties even for a few nanometers thick. The applied characterization shows that these materials are exemplary candidates for their use in the development of radiation detectors, but not for the development of vertical junctions with the heterostructures here developed. 2023-12-15 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1227/1/1Hofer.pdf es Hofer, Juan A. (2023) Crecimiento, caracterización y aplicaciones de las láminas delgadas basadas en superconductores desordenados / Growth characterization and applications of thin films based on disordered superconductors. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1227/

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