《高溫超導納米結構體系的新奇量子態構築與探測》是依託北京師範大學，由聶家財擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：高溫超導納米結構體系的新奇量子態構築與探測
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：聶家財
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目將利用界面輔助自組裝和雷射分子束外延技術製備表面納米結構，從簡單的隔離層納米結構體系，拓展到有序的高溫超導納米結構陣列；另外，結合電子束刻蝕與納米加工技術，採用一種在最後進行薄膜沉積的製作技術製備高溫超導納米器件，在納米尺度下構築高溫銅氧化物超導體各種可能的新奇量子態。同時，利用原位超高真空變溫STM/STS、自旋極化STM/STS、點接觸Andreev反射和A-B量子干涉效應等探測手段對有關納米結構和器件的特性進行表征；系統地研究納米結構尺寸變化對條紋相、贗能隙、Tc乃至高溫超導相圖的影響，揭示由尺寸效應引起的高溫超導相圖中的各態；實現對條紋相、贗能隙等量子態的直接檢測以及對微觀奇異相的直接可控研究；利用高溫超導納米器件的特殊結構，探測A-B量子干涉效應及其vison激發等，從實驗上驗證強關聯電子系統中的自旋電荷分離機制，為理論提供更詳細的實驗證據。
結題摘要
本課題利用界面輔助自組裝和雷射分子束外延技術製備了表面納米結構，從簡單的隔離層納米結構體系，拓展到有序的高溫超導納米結構陣列。製備了高溫超導納米器件。同時，利用原位超高真空STM/STS和輸運測量等對有關納米結構的結構和物理性能進行了表征。獲得了如下研究成果： 1、利用“界面輔助自組裝”和雷射分子束外延技術，完成了CeO2隔離層和YBCO高溫超導納米結構的製備和表征，最佳化了製備工藝。 2、結合電子束刻蝕與納米加工技術，採用一種“在最後進行薄膜沉積”的製作技術製備了YBCO高溫超導納米結構器件，如納米線、納米環、納米島等。 3、利用超高真空STM測量了YBCO高溫超導納米結構的低溫、外加磁場下的輸運性質。研究表明，高溫超導納米結構的超導轉變溫度Tc隨納米尺寸的減小而降低；隨著納米尺寸的減小，正常態的負磁阻效應增強。分析表明，該負磁阻現象主要是由彈道散射和探針排列等量子相干輸運導致的電子弱局域化而引起的。測量了YBCO納米結構的掃描隧道譜（STS），研究了高溫超導納米結構的配對態對稱性、贗能隙等與高溫超導機理密切相關的一些基本問題。高溫超導納米結構的掃描隧道譜研究表明其為d波對稱、在欠摻雜區有明顯的贗隙行為。高溫超導體納米結構的配對態對稱性、贗隙行為等一直沒有定論，我們的研究結果對這方面的研究具有重要的科學意義。 4、通過XPS、TEM並結合第一性原理計算弄清了LaAlO3/SrTiO3氧化物異質界面二維電子氣形成的物理機制。研究表明，二維界面處的La、Ti共存導致了SrTiO3的能帶彎曲，傳導電子受限於彎曲的量子勢阱中，形成了二維電子氣。這一發現為LaAlO3/SrTiO3氧化物異質界面二維電子氣的起源提供一個新的視角並可能結束關於這一問題長達十年之久的爭論。另外，通過極低溫、強磁場輸運測量證實了(110)LaAlO3/SrTiO3界面存在二維超導電性，超導轉變溫度在200mK左右。通過R-T和變溫V-I測試我們確定了(110)LaAlO3/SrTiO3界面樣品的BKT轉變溫度，估算出了此二維超導體的超導層厚度（18 nm）和相干長度（52 nm）。此界面二維超導電性的證實為研究複雜氧化物界面物理及超導機理提供了新的平台。
