阐述超导电性异质外延二维Pb薄膜与FeSe薄膜超导电性

论文导读：
摘要：宏观尺度上原子级平整的单晶薄膜是探讨二维宏观电子性质的前提。在本论文中，我们利用分子束外延（MBE）的策略，在硅衬底及钛酸锶衬底上分别实现了大面积原子级平整单晶Pb薄膜及FeSe薄膜的异质外延生长，并利用输运及扫描隧道显微镜（STM）探讨了超导电性随厚度的变化。论文主要包括以下两个方面：（1）利用Pb的条状非共度相（SIC相）修饰Pb/Si界面，成功的实现了Pb单晶薄膜逐个原子单层的外延生长。通过探讨Pb单晶薄膜随厚度变化的超导电性，实验上首次发现对于4-9个原子单层厚度的Pb单晶薄膜，其超导相变来源于二维系统BKT相变。并且通过逐个原子单层的增加Pb单晶薄膜厚度，首次观察到二维系统超导相变由BKT相变向平均场相变的过渡行为，改善了该系统中二维超导电性随厚度变化的相图。（2）在TiO_2面终止的SrTiO_3(100)衬底上成功的制备了大面积原子级平整的FeSe单晶薄膜，实验发现单位原胞厚度的FeSe薄膜具有高温超导电性。其超导能隙的大小依赖于衬底表面的处理方式：在经过Se刻蚀的SrTiO_3(100)衬底上，单位原胞厚度FeSe薄膜的超导能隙达到20.1meV，与本征FeSe单晶薄膜相比（超导能隙2.2meV，对应的超导转变温度为9.4K），增大了近一个数量级。若超导机制与本征FeSe薄膜相同，该能隙对应的超导温度将达到液氮温度77K以上。在未经过Se刻蚀的绝缘SrTiO_3(100)衬底上，单位原胞厚度FeSe薄膜的超导能隙为10.0meV，经输运测量得到的最高转变温度为50K。当增加FeSe薄膜的厚度时，发现一个单位原胞厚度以上的FeSe薄膜不具有超导电性，即超导电性仅局限于界面处0.55nm厚度的FeSe薄膜内。关键词：BKT转变论文界面论文扫描探针显微镜论文单晶薄膜论文超导电性论文
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Abstract4-9
第1章 引言9-20

1.1 低维系统的电子性质10-11

1.2 二维异质结构中物理现象11-17

1.2.1 场效应管和半导体异质结中的二维电子气11-12

1.2.2 磁性薄膜/非磁性薄膜/磁性薄膜结构中的巨磁电阻效应12-13

1.2.3 二维异质结构中的超导电性13-17

1.3 二维系统薄膜材料的外延生长17-20

1.3.1 量子尺寸效应系统中的薄膜生长18-19

1.3.2 层状材料的范德瓦尔斯外延生长19-20

第2章 实验仪器和原理20-32

2.1 超高真空技术20-23

2.2 分子束外延技术23-24

2.3 扫描隧道显微镜24-28

2.4 低能电子衍射28-29

2.5 X射线衍射29-30

2.6 综合物性测量系统30-32

第3章 Si衬底上Pb薄膜生长及超导电性的探讨32-49

3.1 探讨背景32-37

3.

1.1 二维系统超导电性的探讨历史32-34

3.

1.2 二维系统BKT相变34-36

3.

1.3 Pb单晶薄膜超导电性的探讨36-37

3.2 实验策略37-38

3.3 Pb薄膜的分子束外延生长38-40

3.4 Pb薄膜超导电性的探讨40-48

3.4.1 Pb薄膜的保护层41-42

3.4.2 Pb薄膜厚度依赖的超导电性42-44

3.4.3 Pb薄膜中二维BKT转变44-45

3.4.4 Pb薄膜超导电性的相图45-48

3.5 本章小结48-49

第4章 SrTiO_3衬底上FeSe薄膜生长及超导电性的探讨49-73

4.1 探讨背景49-54

4.

1.1 铁基超导系统探讨的概况49-52

4.

1.2 铁基“11”系统探讨的概况52-54

4.2 实验策略54-56

4.3 FeSe薄膜的分子束外延生长56-62

4.4 FeSe薄膜超导电性的探讨62-72

4.1 单位原胞厚度FeSe薄膜超导电性的STS探讨62-66

4.2 FeSe薄膜超导电性的输运探讨66-70

4.3 单位原胞厚度FeSe薄膜超导增强的机制讨论70-72

4.5 本章小结72-73

第5章 结论73-75
参考文献75-84
致谢84-86
个人简历、在学期间发表的学术论文与探讨成果86-87