We report the growth and properties of epitaxial MgB2 thin films on (0001) Al2O3 substrates. The MgB2 thin films were prepared by depositing boron films via radio-frequency (rf) magnetron sputtering, followed by a postdeposition anneal at 850 °C in magnesium vapor. X-ray diffraction and cross-sectional transmission electron microscopy reveal that the epitaxial MgB2 films are oriented with their c-axis normal to the (0001) Al2O3 substrate with a 30° rotation in the (0001) plane with respect to the substrate. The critical temperature was found to be 35 K and the anisotropy ratio, Hc2/Hc2, was about 3 at 25 K. The critical current densities at 4.2 and 20 K (at 1 T perpendicular magnetic field) are 5×106 and 1×106A/cm2, respectively. The controlled growth of epitaxial MgB2 thin films opens a new avenue in both understanding superconductivity in MgB2 and technological applications.

1.
J.
Nagamatsu
,
N.
Nakagawa
,
T.
Muranaka
,
Y.
Zenitani
, and
J.
Akimitsu
,
Nature (London)
410
,
63
(
2001
).
2.
D. C.
Larbalestier
,
L. D.
Cooley
,
M. O.
Rikel
,
A. A.
Polyanskii
,
J.
Jiang
,
S.
Patnaik
,
X. Y.
Cai
,
D. M.
Feldmann
,
A.
Gurevich
,
A. A.
Squitieri
,
M. T.
Naus
,
C. B.
Eom
,
E. E.
Hellstrom
,
R. J.
Cava
,
K. A.
Regan
,
N.
Rogado
,
M. A.
Hayward
,
T.
He
,
J. S.
Slusky
,
P.
Khalifah
,
K.
Inumaru
, and
M.
Haas
,
Nature (London)
410
,
186
(
2001
).
3.
S.
Patnaik
,
L. D.
Cooley
,
A.
Gurevich
,
A. A.
Polyanskii
,
J.
Jing
,
X. Y.
Cai
,
A. A.
Squitieri
,
M. T.
Naus
,
M. K.
Lee
,
J. H.
Choi
,
L.
Belenky
,
S. D.
Bu
,
J.
Letteri
,
X.
Song
,
D. G.
Schlom
,
S. E.
Babcock
,
C. B.
Eom
,
E. E.
Hellstrom
, and
D. C.
Larbalestier
,
Supercond. Sci. Technol.
14
,
315
(
2001
).
4.
P.
Szabo
,
P.
Samuely
,
J.
Kacmarcik
,
T.
Klein
,
J.
Marcus
,
D.
Fruchart
,
S.
Miraglia
,
C.
Marcenat
, and
A. G. M.
Jansen
,
Phys. Rev. Lett.
8713
,
7005
(
2001
).
5.
F.
Giubileo
,
D.
Roditchev
,
W.
Sacks
,
R.
Lamy
,
D. X.
Thanh
,
J.
Klein
,
S.
Miraglia
,
D.
Fruchart
,
J.
Marcus
, and
P.
Monod
,
Phys. Rev. Lett.
8717
,
7008
(
2001
).
6.
W. N.
Kang
,
H. J.
Kim
,
E. M.
Choi
,
C. U.
Jung
, and
S. L.
Lee
,
Science
292
,
1521
(
2001
).
7.
C. B.
Eom
,
M. K.
Lee
,
J. H.
Choi
,
L. J.
Belenky
,
X.
Song
,
L. D.
Cooley
,
M. T.
Naus
,
S.
Patnaik
,
J.
Jiang
,
M.
Rikel
,
A.
Polyanskii
,
A.
Gurevich
,
X. Y.
Cai
,
S. D.
Bu
,
S. E.
Babcock
,
E. E.
Hellstrom
,
D. C.
Larbalestier
,
N.
Rogado
,
K. A.
Regan
,
M. A.
Hayward
,
T.
He
,
J. S.
Slusky
,
K.
Inumaru
,
M. K.
Haas
, and
R. J.
Cava
,
Nature (London)
411
,
558
(
2001
).
8.
D. H. A.
Blank
,
H.
Hilgenkamp
,
A.
Brinkman
,
D.
Mijatovic
,
G.
Rijnders
, and
H.
Rogalla
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
394
(
2001
).
9.
X X
Xi
,
Y.
Zhang
,
A.
Soukiassian
,
J.
Jones
,
J.
Hotchkiss
,
Y.
Zhong
,
C. O.
Brubaker
,
Z.-K.
Liu
,
J.
Lettieri
,
D. G.
Schlom
,
Y. F.
Hu
,
E.
Wertz
,
Q.
Li
,
W.
Tian
,
H. P.
Sun
, and
X. Q.
Pan
,
Supercond. Sci. Technol.
15
,
451
(
2002
).
10.
H. Y.
Zhai
,
H. M.
Christen
,
L.
Zhang
,
A.
Paranthaman
,
C.
Cantoni
,
B. C.
Sales
,
P. H.
Fleming
,
D. K.
Christen
, and
D. H.
Lowndes
,
J. Mater. Res.
16
,
2759
(
2001
).
11.
K.
Ueda
and
M.
Naito
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2046
(
2001
).
12.
J.-U. H. W. Jo, T. Ohnishi, A. F. Marshall, M. R. Beasley, and R. H. Hammond, Presented at the MRS Fall Meeting (2001).
13.
C. B. Eom et al., presented at the MRS Fall Meeting (2001).
14.
A.
Berenov
,
Z.
Lockman
,
X.
Qi
,
J. L.
MacManus-Driscoll
,
Y.
Bugoslavsky
,
L. F.
Cohen
,
M.-H.
Jo
,
N. A.
Stelmashenko
,
V. N.
Tsaneva
,
M.
Kambara
,
N.
Hari Babu
,
D. A.
Cardwell
, and
M. G.
Blamire
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
4001
(
2001
).
15.
X. H.
Zeng
,
A. V.
Pogrebnyakov
,
A.
Kotcharov
,
J. E.
Jones
,
X. X.
Xi
,
E. M.
Lysczek
,
J. M.
Redwing
,
S. Y.
Xu
,
Qi
Li
,
J.
Lettieri
,
D. G.
Schlom
,
W.
Tian
,
X. Q.
Pan
, and
Z. K.
Liu
, Nature Materials (to be published).
16.
W.
Tian
,
X. Q.
Pan
,
S. D.
Bu
,
D. M.
Kim
,
J. H.
Choi
,
S.
Patnaik
, and
C. B.
Eom
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
685
(
2002
).
17.
M.
Xu
,
H.
Kitazawa
,
Y.
Takano
,
J.
Ye
,
K.
Nishida
,
H.
Abe
,
A.
Matsushita
,
N.
Tsujii
, and
G.
Kido
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2779
(
2001
).
18.
C.
Buzea
and
T.
Yamashita
,
Supercond. Sci. Technol.
14
,
R115
(
2001
).
19.
S. L. Yu.
Eltsev
,
K.
Nakao
,
N.
Chikumoto
,
S.
Tajima
,
N.
Koshizuka
, and
M.
Murakami
, cond-mat/0201451.
20.
M.
Angst
,
R.
Puzniak
,
A.
Wisniewski
,
J.
Jun
,
S. M.
Kazakov
,
J.
Karpinski
,
J.
Roos
, and
H.
Keller
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
167004
(
2002
).
21.
J. Evetts, Concise Encyclopedia of Magnetic and Superconducting Materials (Pergamon, New York, 1992), p. 99.
22.
D. K.
Finnemore
,
J. E.
Ostenson
,
S. L.
Bud’ko
,
G.
Lapertot
, and
P. C.
Canfield
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
2420
(
2001
).
23.
G.
Grasso
,
A.
Malagoli
,
C.
Ferdeghini
,
S.
Roncallo
,
V.
Braccini
,
A. S.
Siri
, and
M. R.
Cimberle
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
230
(
2001
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.