铋化物超导薄膜的分子束外延生长和扫描隧道显微镜研究

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低维超导电性是当前凝聚态物理和材料科学领域被广泛关注和研究的重要方向。以铜氧化物和铁基高温超导体为主要代表的低维超导体常伴随着许多其它新奇的物理现象。微观上理解低维超导特性以及与其它新奇物理相之间的相互作用对基础研究和未来的超导器件应用具有重要的意义。在本篇论文中,结合分子束外延(MBE)和低温强磁场扫描隧道显微镜(STM)技术,我们成功制备两类铋化物(BaBi3和Ni-Bi)超导合金薄膜,并系统研究了其中新奇的超导电性。众所周知,大多数超导体在低温下会呈现晶格/电子结构相变和对称性的破缺。另外,超导电性的发生往往依赖于电荷掺杂,掺杂原子或调控界面不可避免地给体系引入了无序。澄清对称性破缺和无序散射对超导电性的影响对理解其微观机理至关重要,但目前尚无比较明确的定论。在钛酸锶衬底上,我们利用分子束外延技术首次制备了非氧化物的钙钛矿型BaBi3超导薄膜,通过系统研究随薄膜厚度扫描隧道显微谱(STS)的变化,澄清了表面对称性破缺和界面无序对超导能隙的影响。我们发现,BaBi3超导薄膜表面条纹相打破了晶体的四重对称性并导致具有二重对称性的电子各向异性配对。随薄膜层厚降低,界面无序效应导致超导能隙“软化”和“V”形隧道谱的形成,这可以用超导涨落理论很好地描述。我们的实验结果有助于理解丰富的对称性破缺和杂质散射对超导体隧道谱的影响。最近发现的准一维超导体A2Cr3As3(A=K,Rb,Cs)和Ta4Pd3Te16引起了人们的研究兴趣,但对其电子微观配对机理的认识还比较肤浅。为了理解准一维超导体新奇物性,我们把分子束外延应用于Ni-Bi二元合金薄膜的制备,成功获得两种准一维超导相,即富Bi的NiBi3相和非完全化学配比的NixBi相。通过原位的STM研究,我们发现这两种准一维超导体的电子配对和磁通行为均表现为高度各向异性的二重对称性。尽管这个研究还不是很系统,但该工作为理解准一维超导体的微观机理奠定了基础。
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