MoTe 2 /Nb约瑟夫森结低温输运性质的研究

发布时间：2021-07-28 07:05

　　近期提出的拓扑超导体是区别于传统超导体的一种新的量子物质态。拓扑超导体边缘态有受拓扑保护的能量为零的准粒子激发,这种准粒子与高能物理领域中的马约拉纳费米子具有类似的性质,具有奇异的非阿贝尔统计特性,有望应用于拓扑量子计算。因此,对拓扑超导的研究成为目前凝聚态物理最前沿的研究领域之一。最新的研究还指明人们可以通过制备超导体/拓扑量子材料异质结构,把超导电性引入拓扑量子体系,从而实现人们孜孜以求的拓扑超导态。在本论文中,我们较先开展了对MoTe₂体系超导邻近效应及约瑟夫森效应的研究。我们利用电子束光刻技术制备了超导体（Nb）-外尔半金属（MoTe₂）-超导体（Nb）约瑟夫森结,并在低温变磁场系统下测量了该约瑟夫森结的电输运特性。包括:1.电阻变温曲线,2.伏安特性曲线,3.零磁场下不同温度的微分电阻谱（d V/d I-V）,4.温度为1.7K时不同磁场的微分电阻谱。在电阻变温曲线中,我们观察到了两个超导相变转变温度,分别为Tc1=9 K,Tc2≈3.2 K。并且在零磁场不同温度的微分电阻谱中,我们发现当温度T>Tc2≈3.2 K时,微分电阻... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【部分图文】：

金属汞的零电阻效应

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-由图1-1汞的R-T曲线发现，当汞的温度低于4.2K时R接近于0。我们将这个温度值称为超导转变温度，用Tc表示。在超导转变过程中，超导材料的阻值是在一定温度范围内快速下降到0的。对于没有杂质以及应力的单晶样品，温度间隔一般小于10-3K，对于合金或者化合物温度间隔在几K到几十K之间。所以对于超导转变温度间隔较大的超导材料，我们也将阻值减小到正常阻值的二分之一时对应的温度，叫做超导转变温度。超导材料除了具有超导转变温度，还具有临界磁常当材料的温度已经处于超导转变温度以下时，此时若有一个外界磁场作用到材料上，并且当外界磁场强度Hx大于一定值时，材料的零电阻状态会被破坏。这就是超导体的临界磁场，用Hc表示。同时，临界磁场是温度的函数：可以近似的表示为：(T)=c(0)[1()2]（1-1）并且当材料处于超导状态时，如果加大通过材料的电流，当流过超导材料电流大于某一个值时，这时超导材料的阻值便不再为零。我们把这个电流值叫做超导材料的临界电流。用Ic表示。1933年迈斯纳发现当处于外界磁场中的超导材料，降低温度使其转变为超导状态时材料表现为完全抗磁性，这种效应称为迈斯纳效应[3]。如图1-2为迈斯纳效应示意图。因此，迈斯纳效应以及零电阻效应是判断一种材料是否为超导体的基本标志，两者缺一不可。图1-2迈斯纳效应1.2.2超导的微观机理1.2.2.1同位素效应1950年，英国科学家佛洛西利发现超导转变温度Tc较高的超导体在常温下的导电性非常差。相反，如果一种材料在常温下具有很好

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-的导电性，比如贵金属，那么这种材料处于低温时，却很难转变为超导状态。他认为材料在常温环境下的电阻以及在低温环境时的超导状态都与电子-声子的相互作用有关。通过实验观察，佛洛西利指出超导材料的Tc和同位素的质量M符合下面的关系：==常数（1-2）同样是在1950年，麦克斯韦和里诺对汞的同位素的超导研究中发现，汞同位素超导临界转变温度满足Tc∝12的条件。其中M是同位素的质量。这说明，在晶体中原子被同位素代替后，Tc的值会随同位素的质量M变化而变化。这种现象被称为同位素效应。因为晶格的振动频率与原子的质量有如下关系：2()=2(1)2~1（1-3）所以同位素效应也能表明材料的超导状态与晶格振动有密切关系。1.2.2.2电子-声子的相互作用与库珀电子对电子与声子的相互作用，可以使电子之间产生吸引的力。从而使两个电子结成库珀电子对。库珀电子对概念的提出，为人们对于理解材料是如何从正常态转变为超导状态的微观机制做出了深刻贡献。在电子-声子相互作用的过程中，两个电子之间的相互作用是通过发射与吸收声子这个过程完成的。若一个电子吸收了另一个电子产生的声子，则两个电子之间就产生了间接相互作用。被交换的电子被称为虚声子。假设两个电子的初态波矢为（k,-k）的平面波，具有的能量为=2。并且这两个电子的动量大小相等，方向相反。发生相互作用后的终态波矢为（k+q,-k-q），具有的能量=2+。这个过程如图1-3所示：图1-3电子与声子的相互作用-qa)b）k+q-k-qe1k-qe2-kk+q-k-qe1ke2-kq

【参考文献】：
期刊论文
[1]舒勃尼科夫—德哈斯效应及其在半导体电子结构研究中的应用[J]. 何豫生.  物理学进展. 1986(04)



本文编号：3307471