Modification of structural and transport properties in epitaxial YBa ₂CU ₃O _x films by pulsed laser irradiation

(Received 22 October 1992, revised 3 June 1993, accepted 14 September 1993)

Abstract
Pulsed (~20 ns) laser effects in epitaxial YBa ₂CU ₃O _x/SrTiO ₃ thin films were investigated, using RBS/channeling for compositional and structural characterization and 4-point technique for electrical measurements. It was found that laser pulse melting and following quenching lead to a transition from a single-crystalline to a polycrystalline state in films. The formation of grain boundaries causes a room temperature electrical resistivity increase by a factor 10-40, depending on the initial film properties and on the irradiation conditions. Unlike corpuscular (ions, neutrons) irradiation, the laser pulse induced structural damage did not lead to the disappearance of HTS, which persisted up to the highest laser fluences used. It was found, that a thermal model can consistently describe the fluence dependence of disorder, depth of surface relief and helps, with a simple two-layer model, in understanding of fluence dependence of room temperature resistivity in a relatively thick film.

Résumé
Les effects de pulses laser (~20 ns) sur des films minces épitaxiés d'YBa ₂Cu ₃O _x/SrTiO ₃ ont été étudiés par rétrodiffusion Rutherford et canalisation afin de caractériser leur composition et leur structure et à l'aide de la technique des 4 points pour les mesures électriques. On a trouvé que la fusion par pulse laser suivie par une trempe entraîne une transition d'un film monocristallin vers un film polycristallin. La formation de joints de grains s'accompagne d'une augmentation d'un facteur 10-40, de la résistivité électrique à température ambiante, dépendante des propriétés initiales du film et des conditions d'irradiation. Contrairement à l'irradiation corpusculaire (ions, neutrons) l'endommagement produit par la pulse laser n'entraîne pas la disparition de la superconductivité à haute température (HTS), qui persiste jusqu'aux plus hautes doses utilisées. On a trouvé qu'un modèle thermique peut décrire de façon consistante, la profondeur de la rugosité de surface et en considérant un modèle simple à deux couches on peut comprendre la dépendance de la dose sur la résistivité à température ambiante pour des films relativement épais.