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物理学报 2019年第13期68卷 7-20页

作者：李耀义贾金锋上海交通大学物理与天文学院人工结构及量子调控教育部重点实验室沈阳材料科学国家研究中心李政道研究所

寻找具有拓扑序的新物质态是目前一个非常活跃和令人激动的研究领域.与拓扑绝缘体类似,在超导体中也存在着拓扑非平庸的超导态,它与传统的超导体在拓扑性上是不等价的,这种具有非平庸拓扑序的超导体被称为拓扑超导体.拓扑超导体在体内... 详细信息

寻找具有拓扑序的新物质态是目前一个非常活跃和令人激动的研究领域.与拓扑绝缘体类似,在超导体中也存在着拓扑非平庸的超导态,它与传统的超导体在拓扑性上是不等价的,这种具有非平庸拓扑序的超导体被称为拓扑超导体.拓扑超导体在体内具有非零的超导能隙,而在表面有无能隙的表面态.理论预言在拓扑超导体中能够实现具有非Abelian统计特性的Majorana费米子. Majorana费米子可以用来构建拓扑量子比特,在拓扑量子计算方面有重大的科研和应用前景.拓扑绝缘体的出现催生出了许多人工拓扑超导体材料.本专题将主要介绍在拓扑绝缘体/超导体异质结中探测Majorana费米子的一系列实验工作.通过对拓扑超导体的研究,人们对超导电性有了全新的认识,有可能找到实现Majorana费米子新奇量子物理性质的方法.

关键词：超导近邻效应超导薄膜及低维结构涡旋隧穿

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纳米尺度下超导体和拓扑绝缘体的电输运特性

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物理 2012年第11期41卷 705-713页

作者：王慧超王健北京大学物理学院量子材料科学中心北京100871

超导体和拓扑绝缘体研究是当前凝聚态物理领域中的重大课题.文章重点介绍了作者所在实验室在纳米超导和拓扑绝缘体电输运领域的实验进展,其中包括金属和铁磁纳米线中的超导近邻效应、半金属纳米线中的新奇超导特性、拓扑绝缘体薄膜中的... 详细信息

超导体和拓扑绝缘体研究是当前凝聚态物理领域中的重大课题.文章重点介绍了作者所在实验室在纳米超导和拓扑绝缘体电输运领域的实验进展,其中包括金属和铁磁纳米线中的超导近邻效应、半金属纳米线中的新奇超导特性、拓扑绝缘体薄膜中的量子输运以及超导态-拓扑量子态的相互作用等,并对该领域的进一步发展进行了展望.

关键词：超导近邻效应拓扑绝缘体纳米结构电输运

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在超导衬底NbSe2上制备锡岛及其电学性质研究

在超导衬底NbSe2上制备锡岛及其电学性质研究

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作者：李爱民上海交通大学

学位级别：硕士

在本论文中,利用分子束外延(MBE)的生长方法成功在超导体衬底NbSe上生长了锡(Sn)岛,对其生长以及相变进行了详细的研究。然后从边缘态和超导性质出发,利用扫描隧道谱(STS),研究了在传统s波超导体NbSe衬底上生长锡岛的表面电子性质及超... 详细信息

在本论文中,利用分子束外延(MBE)的生长方法成功在超导体衬底NbSe上生长了锡(Sn)岛,对其生长以及相变进行了详细的研究。然后从边缘态和超导性质出发,利用扫描隧道谱(STS),研究了在传统s波超导体NbSe衬底上生长锡岛的表面电子性质及超导近邻效应。论文取得的主要研究成果如下列出:1.采用分子束外延的生长技术,在s波超导体衬底NbSe上成功制备了较为平整的六角锡岛,并利用扫描隧道显微镜STM研究其生长过程及表面形貌,得到清晰的原子分辨图。通过对其晶格结构的分析并与理论计算的晶格常数比对,结合岛的高度,推断为Sn的面心立方结构(Face centered cubic structure,fcc)。通过原子分辨图及其快速傅里叶变换的分析,岛面上出现了1×1和2×2两种表面结构。在岛上观测到无规则的亮纹结构,推测其与fcc-Sn岛的生长方式有关。我们通过对比亮纹处与非亮纹处的扫描隧道谱STS,并未发现其在电子态上的不同。并且通过跨台阶扫描STS,对比台阶边缘与wetting layer的谱线以及对比相邻三个边界的谱线,没有观测到边缘态存在的迹象。此外,我们还在400 mK下研究fcc-Sn岛上的超导性质,探测到了很强的超导信号。相比于衬底的超导能隙(superconducting gap),我们在浸润层和Sn岛上得到的超导gap大小几乎没有衰减。一方面是因为样品比较薄(0.8nm),另一方面取决于NbSe的近邻效应比较强。2.将样品放置在室温下超高真空环境中一段时间后,我们再次对样品进行了扫描。通过表面形貌发现不同高度,更大尺寸的Sn岛,岛的形状更加接近于长方形。我们对其进行了详细的研究,发现表面结构已经不再是六角相,转而变成了四方相,并且表面有周期性的条纹结构。通过对表面晶格结构的研究分析,确定了其为β-Sn(001)面,且表面晶格在应力作用下变大。此外,应力也使得亚表面上的原子发生向上运动,与面内原子高度不同,形成了条纹结构。在4.2K下,利用扫描隧道谱STS研究了不同高度的β-Sn(001)岛的电子结构,STS谱上有一些LDOS峰即量子阱态(quantum well state,QWS),并且在随着岛的高度增加时,LDOS峰的数目也增加。在β-Sn(001)岛上也探测到了超导能隙。

关键词：拓扑绝缘体边缘态量子阱态超导近邻效应

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石墨烯/YBCO异质结的制备及电学输运特性研究

石墨烯/YBCO异质结的制备及电学输运特性研究

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作者：孙秋娟中南大学

学位级别：硕士

石墨烯因其独特的二维晶体结构和电学特性吸引了世界各地学者进行深入的探索研究。石墨烯的超导近邻效应首先是在石墨烯/A1异质结中观测到的,随后,关于石墨烯与超导材料例如W,Pb, Nb,ReW和NbN等的接触研究得到了关注。然而,这些研究工... 详细信息

石墨烯因其独特的二维晶体结构和电学特性吸引了世界各地学者进行深入的探索研究。石墨烯的超导近邻效应首先是在石墨烯/A1异质结中观测到的,随后,关于石墨烯与超导材料例如W,Pb, Nb,ReW和NbN等的接触研究得到了关注。然而,这些研究工作所用的电极均为超导转变温度(Tc)较低的传统超导材料,它们的Tc通常低于15K,只有在温度低于2K时才可观测到石墨烯中的超导电流,如此低的温度为研究工作带来困难。因此,寻找转变温度较高的高温超导材料并与石墨烯形成接触观测近邻效应,可为石墨烯与高温超导异质结的研究提供研究基础。到目前为止,关于石墨烯与YBCO等高温超导材料的研究还没有文献进行报道。与传统的低温超导材料不同,各向异性的高温超导材料中的超导近邻效应强烈的依赖于超导材料表面N-S面的晶体取向,沿a-b面的超导电流的渗透深度远远高于c轴方向(垂直于a-b面)。因此,从科学研究的角度讲,对石墨烯/YBCO异质结的研究是具有重大意义。另外,证实石墨烯/YBCO异质结中存在超导近邻效应也可促进如SQUID等新型高温超导器件的发展,进一步扩大石墨烯的应用前景。本文中,首先介绍了实验中用化学气相沉积的方法在Cu箔表面制备出石墨烯薄膜,详细描述了湿法刻蚀金属衬底实现薄膜转移的技术,并用光学显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱及电学测试系统对石墨烯的基本物理特性和电学特性做了表征。然后,介绍了高温超导材料YBCO薄膜的制备方法,结合前人经验摸索出一套最优化参数,成功地在单晶TiSrO3(100)表面用PLD方法制备出高质量YBCO薄膜;详细描述了石墨烯/YBCO异质结器件制备的工艺流程,并介绍了器件的电学输运测试系统。再次,我们对本实验中的YBCO hall bar做了测试,以证明超导器件的超导电性,然后测量了石墨烯/YBCO hall bar异质结中的超导近邻效应。结果表明,YBCO薄膜的超导转变温度范围为85-95K,在超导转变温度以下,异质结的微分电阻随偏置电流的增加从非零电阻变为零电阻,表明有Cooper对由YBCO方向流入到石墨烯中,当有外加磁场或温度升高,都会使微分电阻从非零电阻变为零的过程受到抑制。最后,对本文的工作做了总结和展望。

关键词：石墨烯 YBCO薄膜石墨烯/YBCO异质结超导近邻效应 Cooper对

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2H-TaS2/NbSe2异质结界面电磁输运特性研究

2H-TaS2/NbSe2异质结界面电磁输运特性研究

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作者：凌杰安徽大学

学位级别：硕士

数十年来,超导近邻效应一直是研究超导特性的热点内容。超导态的关联是通过超导-正常金属结之间安德列夫反射过程(Andreev Reflection)所引入的,即入射一个电子,反射一个能量相同的空穴。当前凝聚态物理研究人员通过实验或理论等方式,... 详细信息

数十年来,超导近邻效应一直是研究超导特性的热点内容。超导态的关联是通过超导-正常金属结之间安德列夫反射过程(Andreev Reflection)所引入的,即入射一个电子,反射一个能量相同的空穴。当前凝聚态物理研究人员通过实验或理论等方式,利用超导近邻效应人为控制奇特的界面量子现象,例如:拓扑绝缘体/S波超导体界面诱导出新颖超导态,Nb Se/石墨烯异质结的很多微分电导峰和狄拉克/Weyl半金属诱导的超导态等新奇现象。随着范德瓦尔斯金属、超导体、拓扑绝缘体和反铁磁材料规模的不断扩大,尤其以范德瓦尔斯材料可轻易的剥离和构筑成异质结,为研究范德瓦尔斯超导体-正常金属异质结间超导近邻效应提供了坚实的基础。本文中,我们系统研究了2H-Ta S/Nb Se异质结的电磁输运行为。包括:1、R-T(电阻-温度)曲线,2、R-B(电阻-磁场)曲线,3、零磁场下变温的微分电阻谱(d V/d I-I),4、温度为2.0 K下变磁场的d V/d I-I。异质结零磁场变温曲线中,观察到两个电阻下降,分别为T～6.92 K,～2.9 K分别对应Nb Se超导转变温度和超导态增强的Ta S转变温度。Ta S层的超导相变温度由于超导近邻效应被增强了0.6-0.8 K。从微分电阻谱中可以看到,峰A、B与异质结中可能由于Nb Se超导相变引起的临界电流峰A、B相似且A、B临界电流峰均随着磁场的增加数值不断减小。然而与本征Nb Se中的峰,A峰与随着磁场降低而降低的速率相对于A峰下降的更慢,A临界电流峰在磁场0.5-3 T区间比A大。另外,B峰值一直比B峰值稍大,可能是由于Ta S/Nb Se异质结界面复杂的界面耦合造成的。异质结与磁场平行时,异质结的())>(.)),符合一般超导体中上临界磁场随温度变化关系。而本征Nb Se、2H-Ta S的())超导体中上临界磁场随着温度的升高而逐渐减小的行为不对应。上临界磁场的大小与外加磁场的方向具有强烈的依赖性,Nb Se、2H-Ta S和异质结各向异性率分别为:3.69、19.75和7.45,表明Nb Se、2H-Ta S和异质结为具有各向异性的超导特性。

关键词： 2H-TaS2/NbSe2 超导近邻效应安德列夫反射界面耦合

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