【摘 要】
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生长在SrTiO3衬底上的单层FeSe薄膜（FeSe/STO）由于其本身独特的电子结构,以及可能是铁基高温超导体中最高超导转变温度的记录创造者,而持续的受到研究关注。单层FeSe/STO薄膜是结构最简单的铁基高温超导体之一,同时其超导转变温度相对于块材FeSe的超导转变温度有很大的提高,所以研究单层FeSe/STO薄膜对于解决铁基超导的机理以及探索更高超导转变温度的超导体都具有十分重要的意义。本论
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
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生长在SrTiO3衬底上的单层FeSe薄膜（FeSe/STO）由于其本身独特的电子结构,以及可能是铁基高温超导体中最高超导转变温度的记录创造者,而持续的受到研究关注。单层FeSe/STO薄膜是结构最简单的铁基高温超导体之一,同时其超导转变温度相对于块材FeSe的超导转变温度有很大的提高,所以研究单层FeSe/STO薄膜对于解决铁基超导的机理以及探索更高超导转变温度的超导体都具有十分重要的意义。本论文主要介绍利用分子束外延技术生长了超高质量单层FeSe/STO薄膜,并通过高分辨角分辨光电子能谱技术对单层FeSe/STO薄膜的电子结构和超导电性进行了系统的研究。论文主要分为以下几个部分:1.简要回顾了超导的发现和发展历史,介绍了铁基高温超导体的研究进展,详细介绍了单层FeSe/STO薄膜的研究进展,阐述了论文研究的出发点。2.介绍了角分辨光电子能谱和自旋分辨角分辨光电子能谱的原理、设备以及实验流程。3.介绍了用于薄膜生长的分子束外延生长技术和用于薄膜表征的扫描隧道显微镜的原理,详细介绍了使用分子束外延装置制备超高质量单层FeSe/STO薄膜的过程。4.利用分子束外延技术成功制备了不含多余Fe的单层FeSe薄膜,利用高分辨角分辨光电子能谱仪对该薄膜做了系统研究。实验结果表明,单层FeSe/STO薄膜的母相是绝缘体。这是铁基超导体中母体化合物是绝缘体的第一个明确案例。进一步研究发现,单层FeSe/STO薄膜从绝缘相随掺杂演化到超导态的过程,与铜氧化物高温超导体中的母体Mott绝缘体掺杂演化过程非常相似。这些发现为理解单层FeSe/STO薄膜的高超导转变温度提供了关键信息。5.制备了高质量的超导单层FeSe/STO薄膜,在高分辨角分辨光电子能谱测量中,首次观察到由超导诱导的强烈的Bogoliubov回弯能带,该回弯能带甚至可以延伸到费米能下100 meV。强烈的Bogoliubov回弯能带为研究单层FeSe/STO薄膜的超导配对温度提供了一个全新而十分有效的标准。观测到Bogoliubov回弯能带消失的温度高达83K,为单层FeSe/STO薄膜在83 K存在超导配对提供了直接的光谱证据。通过分析单层FeSe/STO薄膜在超导配对温区的谱学行为,发现超导配对的温区可以进一步划分为64-83 K和64 K以下两个区域。这些结果表明,要么是在铁基超导体中可以实现83 K的超导转变温度,要么在单层FeSe/STO薄膜中存在超导涨落导致的赝能隙,64-83 K区域可能存在超导涨落行为,而低于64 K区域则是配对电子发生长程相干后真正进入超导态。无论是哪种可能性,都对铁基超导体的研究有着十分重要的意义。6.介绍一种可以实现在超高真空条件下拆装并转移实验样品的发明专利。
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