Estudio de propiedades de recombinación electrónica en superconductores de alta temperatura crítica mediante técnicas de microscopía electrónica de barrido y microscopía túnel

Resumen

En este trabajo se han utilizado distintas técnicas de caracterización basadas en el microscopio electrónico de barrido (SEM) y el microscopio de efecto túnel (STM) con el propósito de investigar las propiedades de recombinación electrónica de diferentes superconductores de alta temperatura. En el caso del SEM dichas técnicas son fundamentalmente la catodoluminiscencia (CL) y la corriente inducida por el haz de electrones en modo remoto (REBIC), aunque también se utilizan con frecuencia el microanálisis de rayos X en dispersión de energías (EDX) o longitudes de onda (WDX), el modo de emisión de electrones secundarios (EES) y la fotoluminiscencia (PL) con resolución temporal. En lo que al STM se refiere, además del modo usual de corriente constante, hacemos uso de la espectroscopía túnel en el modo CITS (Current Induced Tunnelling Spectroscopy) y desarrollamos un dispositivo experimental con el cual se extiende la técnica SEM-REBIC al STM. Se investiga la CL de cerámicas y/o monocristales de YBa2Cu3O7-x (YBCO), Bi2Sr2CaCu2O8+x(Bi-2212), TI2Ba2CuO6+8 (TI-2201) y Ba2Cu5Ca6(CuxCay)Oz (BCCO), y se examina la relación entre la distribución espacial de la emisión y la morfología de cada muestra, analizando las características comunes de la luminiscencia detectada en los distintos superconductores y estudiando la evolución de la CL con la temperatura. Asimismo se analizan los cambios microestructurales y composicionales inducidos en los superconductores por diferentes tratamientos capaces de alterar la distribución o el contenido de oxígeno de las muestras, tales como la irradiación electrónica en el SEM, la deformación mecánica o el ataque químico. Por otro lado se demuestra por primera vez la capacidad de la técnica REBIC en el estudio de las propiedades de conducción electrónica de superconductores de YBCO y Bi-2212. Mediante el uso de un microscopio combinado SEM / STM se lleva a cabo un estudio correlativo de la topografía y propiedades electrónicas de muestras monocristalinas de YBCO y Bi-2212 en el que se comparan los resultados de las medidas de CITS efectuadas en las zonas en las que previamente se ha observado contraste SEM-REBIC con los obtenidos en áreas alejadas de estas últimas. Se investiga asimismo la modificación a escala nanométrica de la superficie de ambos tipos de superconductores mediante la aplicación de pulsos de voltaje con el STM, un proceso de interés tecnológico relacionado con el desarrollo de dispositivos electrónicos basados en superconductores de alta Tc. Por último, se desarrolla un dispositivo experimental con el cual se extiende el uso de la técnica REBIC al STM, y se investiga posteriormente su posible aplicación al estudio de los defectos cargados observados en los monocristales de YBCO y Bi-2212 mediante SEM-REBIC.