我們亦利用半導體材料(SI-GaAs 和 SI-InP)製成輻射元件以產生兆赫茲輻射 源，利用此電磁脈衝波入射高溫超導和龐磁阻樣品，量測其高頻響應特性。利 著將這兩組時域暫態波形做快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)可得頻域分 佈響應，分別為Eref* (ω)與
E
*(ω
)。將此兩組頻域響應相除(E
*(ω
)/E
ref* (ω
))即可得為了決定YBCO 的穿透深度(Penetration Depth)大小，我們必須先從超導體的二 流體模型(Two-Fluid Model)出發。根據超導體的二流體模型指出，當量測溫度低
0 20 40 60 300
Optical Constant n,k
Temperature (K)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 290 300 0.0
5.0x104 1.0x105 1.5x105 2.0x105 2.5x105 3.0x105 3.5x105 4.0x105
0.25 THz 0.50 THz 0.75 THz 1.00 THz 1.25 THz
Dielectric Constant
Temperature (K)
圖5-2 YBCO 複數介電係數 ε*實部與溫度之關係
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 290 300
0 1x104 2x104 3x104 4x104 5x104
0.25 THz 0.50 THz 0.75 THz 1.00 THz 1.25 THz
Dielectric Constant
Temperature (K)
圖5-3 YBCO 複數介電係數 ε*虛部與溫度之關係
由圖5-2、圖 5-3 可看出 YBCO 薄膜在溫度低於超導臨界溫度 Tc 時，YBCO 薄膜複數介電常數之實部
ε
r隨著溫度的下降而上升，並漸趨穩定，而在兆赫輻 射頻率為0.25~1.25 THz 間; εr隨著頻率的上升而下降。另外，由圖5-3 可看出 YBCO 薄膜複數介電常數之虛部 εi，在溫度低於超導臨界溫度Tc 時，可觀察到
一個峰值，當兆赫輻射頻率於0.25 THz 至 1.25 THz 間時，此峰值隨著頻率的上 升而下降，而此峰值所出現的溫度並隨著頻率的上升而上升。電導率:
由圖5-4 是 YBCO 薄膜複數導電率之實部 σr，在溫度低於超導臨界溫度
Tc
時，可觀察到一個峰值，此峰值之成因是散射時間和正常態載子密度兩者相互 競爭的結果；當兆赫輻射頻率於0.25 THz 至 1.25 THz 間時，此峰值隨著頻率的 上升而下降，而此峰值所出現的溫度並隨著頻率的上升而上升。由圖 5-5 可看 出YBCO 薄膜在溫度低於超導臨界溫度 Tc 時，YBCO 薄膜複數導電率之虛部 σi隨著溫度的下降而上升，並漸趨穩定，而在兆赫輻射頻率為0.25~1.25 THz 間，
σ
i隨著頻率的上升而下降。0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 290 300
0 1x105 2x105 3x105 4x105 5x105 6x105 7x105
0.25 THz 0.50 THz 0.75 THz 1.00 THz 1.25 THz
Conductivity (Ω-1 m-1 )
Temperature (K)
圖5-4 YBCO薄膜之複數電導率σ*實部與溫度之關係
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 290 300
0.0 5.0x105 1.0x106 1.5x106 2.0x106 2.5x106 3.0x106 3.5x106 4.0x106 4.5x106 5.0x106
0.25 THz 0.50 THz 0.75 THz 1.00 THz 1.25 THz
Conductivity (Ω-1 m-1 )
Temperature (K)
圖5-5 YBCO 薄膜之複數電導率 σ*虛部與溫度之關係
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
150 200 250 300 350 400 450 500 550
THz0714 (Tc=88K) λ(70K)=200 nm
Penetration Depth (nm)
Temperature (K)
Penetration Depth λ(T)
THz0430 (Tc=86K) λ(0)=295 nm guiding line
sample A sample B
圖5-6 YBCO 薄膜倫敦穿透深度λL隨溫度變化的情形。
穿透深度(London Penetration Depth):
圖5-6顯示的是YBCO薄膜倫敦穿透深度λL在不同樣品中隨溫度變化的情 形。由圖可知，樣品B其在絕對零度下之倫敦穿透深度λL(0)約為295 nm，此結 果比YBCO單晶的穿透深度值(約為145 nm)偏高。另外，我們亦在相同鍍膜條件 下製備一片YBCO薄膜(sample A)。量測溫度為70K時，其λL值約為200 nm，因 此預測此樣品之λL(0)將非常接近YBCO單晶之結果，顯示出此樣品(sample A) 具有絕佳的品質。由於製備之YBCO薄膜的厚度很薄，約為30 nm大小，即使蒸 鍍條件相同，薄膜表面其缺陷程度效應大小的影響，會明顯的造成薄膜倫敦穿 透深度的變化。如何蒸鍍品質良好的超薄超導薄膜，是本實驗最基本的須求。