Fe(Se,Te)薄膜的生长和超导性能的研究

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自2008年新型铁基超导材料LaFeAs(O,F)被发现以来,新型铁基超导体吸引了科学界的广泛关注。作为铁基超导体家族中的一员,铁硫族超导体Fe(Se,Te)由于其简单的晶体结构易于超导机理的研究而备受青睐。相比于铁砷超导体来说,铁硫族超导体的毒性更低,更适合工业化应用。由于几何特性的优势,薄膜相比于单晶来说更有利于传输特性研究。在此论文中,我们利用脉冲激光沉积系统PLD方法在不同的衬底上制备Fe(Se,Te)薄膜样品,对比研究了不同衬底对于薄膜性能的影响,找出了最佳的衬底类型,并且研究了利用缓冲层改善薄膜样品的性能,此外我们还对不同衬底上的薄膜样品的上临界磁场进行研究。另外,我们还对02对于Fe(Se,Te)薄膜超导电性的影响进行了研究。首先系统地对比研究了不同的衬底对FeSe0.5Te0.5薄膜样品结构和超导性能的影响。在不同类型,包括氧化镁(MgO),铝酸镧(LaA103)以及氟化钙(CaF2)单晶衬底上沉积薄膜样品,对薄膜样品结构和超导性能进行研究,结果发现衬底的类型影响薄膜样品的结晶质量,进而影响超导特性。沉积在MgO衬底上的FeSe0.5Te0.5薄膜的结晶度较差,并且薄膜含有沿着晶格c轴方向的缺陷,薄膜的超导转变温度Tc和临界电流密度Jc很低。而沉积在CaF2衬底上的FeSe0.5Te0.5薄膜具有最高的Tc和Jc值。其次,(La0.18Sr0.82)(Al0.59Ta0.41)03(LSAT)单晶衬底、表面沉积有CaF2缓冲层的LSAT单晶衬底以及CaF2单晶衬底,这三种单晶衬底的面内晶格常数相似。我们在这三种单晶衬底上利用PLD方法沉积FeSe0.77Te0.3薄膜,研究结果发现,尽管衬底的面内晶格常数相似,但是不同衬底上的FeSe0.7Te0.3薄膜的面内晶格常数差异很大,而且FeSe0.7Te0.3薄膜的超导转变温度Tc与薄膜的a轴的晶格常数息息相关。由于衬底和薄膜的热膨胀系数存在差异,在薄膜沉积之后冷却的过程中,衬底对薄膜产生面内的收缩应力,改变薄膜的a轴的晶格常数,使得沉积在CaF2衬底上的薄膜具有最高的Tc,19K。理解铁基超导体的标度行为对于阐明超导微观理论至关重要。本论文研究了不同收缩应力对于FeSe0.7Te0.3薄膜的上临界磁场Hc2在超导转变温度Tc处的斜率-dHc2/dT的影响。我们发现,在薄膜的成分等没有改变的情况下,薄膜面内的应力可以影响Tc的数值。通过对FeSe0.7Te0.3薄膜的上临界磁场的拟合,我们发现FeSe0.7Te0.3薄膜在Tc处的上临界磁场Hc2的斜率-dHc2/dT与Tc呈现线性标度行为,与铁砷类超导体的标度行为一致。这一线性标度行为在s±超导体中常见。此外,将FeSe0.5Te0.5薄膜置于空气中,由于空气中氧气的作用,薄膜的超导性能有所提高。随着接触空气时间的推移,沉积在CaF2衬底上的FeSe0.5Teo.5薄膜的Tc从最初的14.4 K提高到了 19.3 K,且真空退火能够破坏氧气导致的超导电性。进一步的研究发现,尽管超导电性得到了显著的改善,但是置于空气中的薄膜的晶格结构却没有变化。从空气中并入的氧会占据填隙位置,改善超导电性,Tc升高,并且这是一个可逆的过程。
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