A supercondutividade é um fenômeno caracterizado por duas respostas físicas distintas que ocorrem abaixo da temperatura crítica supercondutora (T_C): a condutividade perfeita e o diamagnetismo perfeito. Os supercondutores se classificam em materiais do tipo I e do tipo II. Os do segundo tipo, além de apresentarem o diamagnetismo perfeito, também apresentam uma fase mista, em que campo magnético penetra na amostra na forma de vórtices, até ir para o estado normal acima de um campo crítico [1].

Dentre várias geometrias, os filmes finos supercondutores têm ganhado papel de destaque devido a possibilidade de miniaturização de dispositivos eletrônicos. Entretanto, a penetração de fluxo magnético pode ocorrer de forma abrupta, i.e., as avalanches de fluxo, que são indesejadas para aplicações [2]. Neste trabalho, as propriedades magnéticas e estruturais de um filme fino de estanho foram estudadas.

2. OBJETIVO

O objetivo inicial deste trabalho era preparar filmes finos de Sn sobre substratos de silício com diferentes espessuras usando a técnica de evaporação térmica convencional. Esses filmes finos seriam investigados por meio de medidas magnéticas, estruturais e microestruturais.

3. METODOLOGIA

Antes da deposição, as superfícies do Si e do Sn foram limpas pelo processo de decapagem química. Para o estanho, utilizou-se solução de HF+H₂O na razão volumétrica (1:1) e para o silício, H₂SO₄+H₂O₂ (3:1). Após a limpeza, o substrato de Si foi colocado em uma evaporadora térmica convencional para a deposição do filme de Sn, devidamente colocado em um cadinho de tungstênio aquecido por Efeito Joule [3].

Para a caracterização das propriedades magnéticas dos filmes utilizou-se um magnetômetro MPMS-5S equipado com um sensor SQUID, no qual foram obtidas as respostas de magnetização DC e susceptibilidade AC do espécime. Já para a caracterização estrutural, análises da uniformidade e da fase cristalina do filme foram realizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de raios-X (DRX), respectivamente.

4. RESULTADOS

Inicialmente foi produzido um conjunto de filmes finos com uma espessura de 50 nm de Sn depositado sob substratos de Si. Com uso do magnetômetro, foi possível construir curvas de magnetização vs. campo e susceptibilidade AC vs. temperatura, as quais permitiram identificar a T_C de 3,9 K, o tipo de supercondutividade apresentada pelo filme (tipo II) e também assinaturas características atribuídas às avalanches de fluxo.

A análise por imagens de MEV mostrou uma boa uniformidade do filme depositado, enquanto as análises de DRX mostrou a presença da fase beta do Sn. Alterando a posição do substrato em relação ao feixe incidente de raio-X, i.e, girando o filme, buscou-se identificar uma direção preferencial de crescimento, entretanto, os resultados permitiram concluir que não houve tal crescimento.

5. CONCLUSÕES

Um conjunto de filmes de Sn de 50 nm foi produzido e as propriedades magnéticas básicas de um supercondutor do tipo II foi identificado. Além disso, as propriedades estruturais e microestruturais foram investigadas. Entretanto, devido às limitações impostas pela pandemia de COVID-19 não foi possível produzir outros conjuntos de filmes com diferentes espessuras, como previsto inicialmente.