《半導體襯底上FeSe薄膜的外延生長及界面超導》是依託清華大學，由周冠宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：半導體襯底上FeSe薄膜的外延生長及界面超導
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：周冠宇
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用分子束外延生長技術，實現鐵基超導體FeSe在半導體GaAs襯底上的外延生長，考察不同層厚的外延FeSe薄膜的超導性質。通過生長摻雜層來改變襯底的摻雜類型以及摻雜濃度，考察載流子摻雜對FeSe薄膜界面超導性質的影響，並繪製超導臨界溫度隨載摻雜濃度變化的相圖。通過改變In組份獲得不同晶格常數的InxGa1-xAs襯底，考察應力對FeSe薄膜界面超導性質的影響。
結題摘要
單層FeSe/SrTiO3(001)界面超導增強的發現引起了界面超導研究的新熱潮。對於界面超導增強機制的研究有助於尋找具有更高超導轉變溫度的新體系。我們使用分子束外延生長（MBE）技術，實現了單層FeSe在多種襯底（SrTiO3(110)，MgO(001),NGO(110)和金剛石）上的外延生長。利用掃描隧道顯微鏡（STM）、電學輸運測量等方法，研究了不同襯底上外延單層FeSe薄膜的超導性質。通過以上不同材料體系的對比，探索了界面增強超導的機制，取得的主要研究成果如下： （1）改進了管式爐中襯底處理的工藝，顯著提升了襯底表面單終止面的可控度、清潔度。利用這項技術對SrTiO3(110)襯底、NdGaO3(110)襯底MgO(001)襯底進行了處理，獲得了能夠實現單層FeSe生長的高質量襯底。 （2）實現了SrTiO3(110)襯底上單層FeSe薄膜的外延生長。利用掃描隧道譜（STS）技術觀測到17 meV的超導能隙，輸運性質測量顯示具有30 K的起始轉變溫度。通過與FeSe/SrTiO3(001)體系結果對比，我們發現應力效應在界面超導中不起關鍵作用，而界面超導增強現象可以用界面處電聲耦合作用理論框架解釋。 （3）實現了MgO(001)襯底上單層FeSe薄膜的外延生長，並觀測到19 K的超導起始轉變溫度，是體相FeSe的超導轉變溫度的兩倍。結合透射電子顯微鏡（TEM）和密度函式理論（DFT），我們發現擴散到MgO襯底表層的Fe原子可以有效的為單層FeSe提供電子摻雜，從而增強超導轉變溫度。 （4）實現了NdGaO3(110)襯底上和金剛石襯底上單層FeSe薄膜的外延生長。輸運結果表明前者具有30 K的超導轉變溫度，而後者不論在何種退火條件下均不超導。這一結果凸顯了襯底中極性聲子對於界面超導的重要性。在總結各種襯底的輸運結果基礎上，我們發現在FeSe界面超導體系中，超導轉變溫度與載流子由空穴型向電子型轉變的溫度成正比，反映了電子摻雜在界面超導體系中的重要性。 我們的研究表明，利用人工構建界面結構是提升超導轉變溫度的有效途徑。我們對界面增強超導性質的實驗為深入理解界面超導機制提供了更詳實的數據，為探索新的可能具有更高超導轉變溫度的界面體系提供了可能的方向。
