銅氧化物高溫超導體Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ的掃描隧道顯微學研究

《銅氧化物高溫超導體Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ的掃描隧道顯微學研究》是依託復旦大學，由閆亞軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：銅氧化物高溫超導體Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ的掃描隧道顯微學研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：閆亞軍

項目摘要

銅氧化物高溫超導體的超導機理至今尚未解決，主要有兩方面的原因：一方面，銅氧化物高溫超導體的局域電子態在納米尺度上存在不均勻性，這就使得巨觀的測量手段無法進行精確的實空間分辨；另一方面，銅氧化物高溫超導體比較複雜，物理性質隨著不同材料體系、摻雜含量、溫度以及磁場等都會發生很大變化。因此對這類材料的理解需要對大量不同體系的樣品進行實空間和動量空間的準粒子信息的對比研究。同時，超導轉變溫度隨著單胞內銅氧面層數的增加而增加，在三層超導材料中達到最大值，所以多層超導體材料及其物理性質是高溫超導物理研究的重要內容。在本項目中，我們將利用能夠實現低溫、強磁場、穩定持續變溫的掃描隧道譜儀來直接探測高溫超導體Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ的超導態、贗能隙態、重欠摻雜樣品中的in-gap state以及表面準粒子散射等性質，加深對銅氧化物高溫超導體機理的理解。

結題摘要

銅基超導體的超導機理至今尚未解決，歸因於銅基超導材料的複雜性以及其中多種複雜的有序態的競爭和共存。而弄清楚超導態、贗能隙態、電荷有序態等隨著載流子摻雜的演化規律，對理解各種有序相的本徵物理性質和相互關係是非常重要的，也是明確銅氧化物超導機理的前提條件。在本項目中，我們選擇超導轉變溫度最高的Bi系材料——Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ，合成從重度欠摻雜到最佳摻雜等多個摻雜含量的Bi2223單晶，並利用低溫、強磁場掃描隧道譜儀探測其中超導態、贗能隙態、電荷有序態等性質，研究這些有序相隨載流子濃度的演化規律，加深對銅氧化物高溫超導體機理的理解。通過項目實施，我們成功合成了三種具有不同超導轉變溫度（重度欠摻雜Tc=30K、適度欠摻雜Tc=66K和最佳摻雜Tc=100K）的Bi2223單晶並對其進行了詳細的STM測量，得到了一系列完善、高質量的實驗數據，包括表面形貌、超導能譜、贗能隙能譜、高分辨準粒子干涉等，初步弄清楚了這些有序相隨載流子濃度的演化規律，回答了項目中的一些關鍵科學問題，基本完成了項目的研究內容。同時，根據項目實施過程中遇到的問題和困難，我們採用和發展了幾種新的方法和手段，包括通過表面鉀原子摻雜進一步調節樣品載流子濃度、生長單層膜直接探測超導功能層CuO2層的性質以及採用截面STM方法探測銅基超導體不同功能層的物理性質，這些都為下一步的實驗研究打下良好基礎。項目在國際 SCI 期刊上發表論文 1 篇（Chinese physics letter 33，127402 (2016)），該結果發表後受到該領域的廣泛關注。多篇文章還在撰寫過程中，培養博士生 3 人。