界面超導體電學磁學特性的原位測量與研究

《界面超導體電學磁學特性的原位測量與研究》是依託上海交通大學，由劉燦華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：界面超導體電學磁學特性的原位測量與研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉燦華
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

近幾年來，我國科學家在界面超導研究領域取得了重要突破，率先發現外延生長在SrTiO3單晶襯底上的單層FeSe薄膜（FeSe/STO）具有極高的超導轉變溫度。我們通過原位四探針電輸運測量法，在100K以上觀察到了單層FeSe/STO的零電阻電輸運特性。再此基礎之上，我們在本項目中將通過原位測量電學磁學特性的實驗手段，以FeSe/STO為中心研究界面超導的一些關鍵性問題，包括界面超導的抗磁性相變溫度、超導增強機制、超導轉變溫度的提升潛力等。我們將開發原位交流互感線圈抗磁性測量裝置，用以測量FeSe/STO等界面超導的抗磁轉變溫度；結合原位四探針電輸運測量法研究襯底導電性對FeSe薄膜的超導特性的影響；通過對FeSe薄膜進行電荷摻雜，以及採用新的薄膜材料與襯底材料，製備新的異質結體系，以探索轉變溫度更高的界面超導體系。本項目不但將深化對界面超導現象的認識，也將有助於對高溫超導現象的理解。

結題摘要

近幾年來，我國科學家在界面超導研究領域取得了重要突破，率先發現外延生長在SrTiO3單晶襯底上的單層FeSe薄膜（FeSe/STO）具有極高的超導轉變溫度。這一成果受到了國內外眾多研究組的關注與跟蹤，也激發研究者們利用界面增強效應探尋更高轉變溫度的超導材料，和/或者在FeSe衍生超導材料當中探索高溫超導機理。本項目在此背景之下，以FeSe/STO薄膜為中心研究界面超導的一些關鍵性問題，包括界面超導的抗磁性相變溫度、超導增強機制、超導轉變溫度的提升潛力等，取得的主要研究成果體現在以下兩方面：一方面，是研製成功了一套原位交流互感線圈抗磁性測量裝置。該裝置是基於我們自行研製的一套特殊的掃描隧道顯微鏡（STM）研製而成，可用於原位測量超導材料的抗磁特性。而且，該測量設備的安裝並不改變原有的所有STM及已有的原位電輸運測量功能，與分子束外延生長（MBE）設備聯合，構成了一套集樣品製備，結構表征與物性測量於一體的儀器設備，極大的提升實驗效率以及數據間的關聯度。該系統可用有限的經費和實驗室占地面積實現大型真空互聯繫統的部分功能。該研發的關鍵部分以獲得國家發明專利授權，在Review of Scientific Instruments期刊上發表了一篇學術論文。該設備的各項功能用於對雙層In膜的超導特性的測量，成果發表於PRB Rapid communications, 並被選為editors’ suggestion和Featured in Physics。另一方面，是利用上述設備，成功的測量到了雙層FeSe薄膜在表面吸附K原子後的巨觀抗磁回響，由此而成功地在FeSe衍生超導材料當中首次觀察到了連續的dome型相變圖，並揭示了該體系的超導轉變溫度是由相剛度而非配對勢決定的。這一結果加深了對非常規超導機理的認識，相關的部分研究成果發表於Physics Review Letters期刊。