Bi 2 Te 3 /FeTe异质结的超导性质研究

发布时间：2021-08-08 22:28

　　超导体是一种极具应用价值的材料,在医学、工业等方面被广泛应用,同时在能源、电力等领域也有着广阔的应用前景。对于超导材料的研究主要关注于探索超导产生的机理进而寻找提高超导体临界温度的方法。其中,高温超导材料是实现这一研究目的最好的平台。铜基超导材料普遍具有较高的超导温度,但其内部机理至今仍没有得到较好的解释。近些年发现的铁基超导材料与铜基超导材料在结构上存在一些相似之处,很可能为高温超导研究带来一些新的启发。其中FeTe作为一种结构最为简单的二元化合物,易于研究,引起了科研人员的广泛关注。近些年来,人们发现Bi₂Te₃/FeTe异质结具有超导性质,拉开了通过界面调控研究FeTe超导机制的序幕。同时,构成这一异质结的另一种材料,Bi₂Te₃,拥有制备拓扑超导（可用于拓扑量子比特的制备）所需要的电子表面态。因此,这一超导异质结中蕴含着丰富的物理意义,无论是针对铁基超导还是拓扑超导的研究,这一结构都可以提供独一无二的绝佳平台。本论文中,我们利用分子束外延方法,在SrTiO₃衬底上外延生... 

【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

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

FeTe样品结构，橘黄色原子为Fe原子，浅黄色为Te原子

在拓扑绝缘体和铁-硫族化合物的界面上实现超导电性，对于探索铁基超导和 Majorana 费米子都是很有价值的。2014 年王干等人首次提出，在Bi2Te3/FeTe 异质结中界面的形成会诱使 FeTe 产生超导[22]。随后 He Qinglin 等人发表了对这一结构的输运性质研究[23]。他们利用分子束外延（MBE）方法得到了这一结构。首先在 GaAs 衬底上生长了大约 50nm 厚的 ZnSe 缓冲层，随后在这一缓冲层上又生长了约 140nm 厚的 FeTe，最后在 FeTe 上沉积不同厚度的Bi2Te3。他们基于这样一个体系进行了大量输运性质的研究，研究发现这一异质结构表现出了超导性质。这一实验为我们探索 FeTe 超导机理提供了一些启发从理论上或实验上揭示异质结界面二维超导电性的起源一直是这一体系中非常重要的一点，但确实一个巨大的挑战。通过实验，他们发现可以将 Bi2Te3厚度与体系的临界温度联系在一起。图 1-3 为他们发表的结果，横轴为 Bi2Te3厚度，纵轴为对应结构的超导临界温度。样品的临界温度会随着 Bi2Te3的厚度增加而不断增长，并在大约 5 个分子层后达到饱和，饱和临界温度约为 12K。这种依赖性似乎表明，FeTe 的化学掺杂，尤其是铋元素的存在，可能是引起所观察到的超导电性的原因。

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文部 Bi2Te3层的生长是通过范德华力外延进行的，层间不会产们对 FeTe 和 Bi2Te3的晶格参数的测定结果也证实了这一点。种关联可能与 Bi2Te3的表面态有关。由于五个 QLs 刚好也是扑表面态的长度，在这一尺度上，表面态趋于饱和。由于这种，n 型的 Bi2Te3在表面态存在的情况下可能会使 FeTe 中的电种提高在五个 QLs 时达到饱和。由于这一超导很可能产生于即一种二维超导异质结，因此这一结果是继单层 FeSe 薄膜超导，具有极高的研究价值。而且与 FeSe 结果不同，这一结构而不是仅靠自身的降维，很可能蕴含更多更丰富的物理含义体与铁硫族超导体的结合也很可能有助于对 Majorana 费米子文继续深入研究这一结构的原因。


本文编号：3330790