Estudo da transição Supercondutor-Isolante no sistema Bi/Co

Realizamos medidas de resistência elétrica em três tipos de filmes: a) filmes de Bi puro, com espessuras entre 3 e 6,5 nm, b) filmes híbridos de nanopartículas de Co/Bi, constituídos por nanopartículas de Co (tamanho médio de ∼4,5 nm) cobertos por filmes Bi com diferentes espessuras (3 a 6,5 nm), com espessuras nominais das camadas de clusters de Co entre 0,7 e 5 nm, e c) um filme híbrido composto por camadas de átomos de Co cobertas por camadas de Bi. Os filmes foram depositados sobre substratos de safira mantidos, de forma controlada, a baixas temperaturas. Medidas de transporte elétrico in situ foram realizadas entre 2 e 100 K. Filmes de Bi (a) foram produzidos como amostras de referência, para comparar se nossos resultados são consistentes com a literatura e também assegurar a qualidade da fase amorfa do Bi. Filmes recém preparados de (b) nanopartículas de Co/Bi mostram uma transição supercondutora Tc próxima da temperatura de transição supercondutora observada em Bi amorfo. Porém, o comportamento do tipo hopping é observado abaixo Tc, ou seja, a resistência é divergente quando T → 0. Após o aquecimento a baixas temperaturas (em torno de 30 K), um estado supercondutor com resistência zero quando T → 0 é atingido. O aquecimento a temperaturas elevadas leva à fase cristalina do Bi, que é não supercondutora, mostrando o comportamento de fraca localização, típico de um semimetal desordenado ou metal. Para alguns filmes encontramos uma transição do tipo supercondutora ocorrendo em duas etapas. Medidas em filmes recém preparados com espessura de 3,0 nm de Bi mostram condutividade por hopping com σ (T) = σ0 exp[−(T0/T)1/2] acima de Tc, uma queda de resistência em Tc e um comportamento re-entrante da condutividade por hopping abaixo de Tc. Aquecimento dos filmes com espessura de 5,5 de Bi nm resulta em um decréscimo de resistividade, com condução hopping de alcance variável como segue: σ (T) = σ0 exp[−(T0/T)1/3]. O comportamento dos filmes com uma espessura de 6,5 nm de Bi é bastante diferente, pois esses filmes não mostram nenhum comportamento reentrante abaixo Tc, mas a resistência zero ou muito pequena para T → 0. O aquecimento destes filmes resulta em um comportamento do tipo lei de potência como σ(T) = σ0Tα com α=2/3, o que indica que esses filmes podem estar perto de um ponto crítico quântico, separando as fases supercondutora e isolante. Propõe-se um diagrama de fases, incluindo todas as observações experimentais. Nos filmes híbridos Co / Bi com átomos de Co (c) pode-se observar a supressão da supercondutividade pelo processo de spin-flip. Estes resultados mostram claramente que, para estudos da interação entre supercondutividade e ferromagnetismo, é importante que os momentos magnéticos não flutuem. Este é o caso dos clusters de Co ferromagnético e o uso dos clusters de Co é essencial para os nossos estudos.