İlerleme | Bakır oksit süperiletkenlerinin yerinde çalışması için yeni bir yöntem
Bakır oksit yüksek sıcaklık süperiletkenlerinin 30 yılı aşkın bir süredir keşfedilmesinden bu yana, aralarında açı çözümlemeli fotoelektron spektroskopisinin (bundan sonra ARPES olarak anılacaktır) hayati bir rol oynadığı birçok önemli araştırma sonucu olmuştur. Son yıllarda, yüksek sıcaklık süperiletken faz diyagramlarının zenginliği nedeniyle, bakır oksit yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin mekanizmasını ortaya çıkarmak için, farklı doping konsantrasyonlarına sahip bölünmüş tek kristalleri tespit etmek için ARPES kullanılarak birçok sistematik araştırma yapılmıştır. Bununla birlikte, farklı tek kristallerin yarılmasıyla elde edilen yüzey, farklı derecelerde saçılma getireceğinden ve farklı numuneler arasında farklılıklara yol açacağından, farklı doping konsantrasyonlarına sahip tek kristalleri parçalayarak sistematik araştırma çalışmalarında büyük hatalar vardır. , Niceliksel karşılaştırmaları zorlaştırır ve ciddi durumlarda, nitel karşılaştırmalar da büyük sapmalara neden olur. Yıllar içinde farklı araştırma gruplarının sistematik araştırma çalışmalarıyla elde edilen tutarsız sonuçların da ana nedeni budur. Bu nedenle, daha hassas ve sistematik araştırma yürütmek için, aynı yarılmış yüzey üzerinde yerinde doping teknolojisinin geliştirilmesi özellikle önemlidir. Önceki literatür, yerinde yüzey potasyum buharlaşmasının veya düşük sıcaklıkta oksijen absorpsiyonunun yüzey dopingini sağlayabildiğini, ancak bu yöntemlerin, doping ilerledikçe düşük sıcaklık adsorpsiyonundan dolayı yüzeyde giderek daha fazla düzensiz atomlar getireceğini bildirdi. , Sonuçta ARPES ölçümünü zorlaştırır.
En çok incelenen bakır oksit yüksek sıcaklık süperiletken Bi2Sr2CaCu2O8 + x'in (bundan sonra Bi2212 olarak anılacaktır) doping konsantrasyonunu yalnızca oksijen atomu içeriğini ayarlayarak etkili bir şekilde kontrol edebileceğini fark ederek, Çin Bilimler Akademisi / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Enstitüsü Fizik Enstitüsü'nün aşırı koşul deneyi Araştırmacı Ding Hong ve Yardımcı Araştırmacı Sun Yujie'nin rehberliğinde Shi Dinghong'un araştırma grubundaki doktora öğrencileri Zhong Yigui ve Guan Jianyu, düşük sıcaklıkta ozon arıtma işlevi ile yeni inşa edilen OMBE-ARPES eklem sistemini kullandılar ve aynı Bi2212 düzeninde ozon / vakum tavlama yöntemini kullandılar. Kristal yeni yarılmış yüzey, neredeyse tüm süperiletken faz bölgesinin yerinde doping kontrolünü başarıyla gerçekleştirdi ve bu, bakır oksit araştırmaları için yeni bir yol açtı. ARPES ölçümü sayesinde, Bi2212 süperiletken yarı parçacığının spektral ağırlığı ve sözde enerji boşluğunun daha doğru bir sonucu verilir.
Bu çalışma esas olarak ozon tavlama ve vakum tavlamayı birleştiren bir yüzey işleme yöntemini bildirmektedir. Yani, düşük sıcaklıkta saflaştırılmış ozonun güçlü oksitleme özelliklerini kullanarak, yeni yarılmış en iyi katkılı tek kristal Bi2212, MBE'nin oksidasyonunda belirli bir ozon atmosferi konsantrasyonunda tavlanır ve numune yüzeyinin birkaç katmanı aşırı derecede aşırı doping yapar; Numune, yüzey katkı konsantrasyonunu azaltmak için vakum ortamında farklı sıcaklıklarda tavlamaya tabi tutulur. Bu iki tavlama yöntemini birleştirmek, aynı Bi2212 tek kristal yüzeyinde sürekli yerinde yüzey katkısı elde edebilir ve doping konsantrasyonundaki değişiklik, Fermi yüzeyindeki değişim ve düşük sıcaklıkta süper iletken enerji boşluğundaki değişim ölçülerek doğrudan değerlendirilebilir (Şekil 1 , 3). Bu yöntem sadece doping konsantrasyon aralığını genişletmekle kalmaz (hemen hemen tüm süper iletken faz bölgesinde), aynı zamanda bölünmüş yüzeyin neden olduğu kontrol edilemeyen etkileri ortadan kaldırır, bu da ARPES tarafından ölçülen fiziksel miktarların nicelleştirilmesini, özellikle yüzey saçılması için daha güvenilir hale getirir. Hassas yarı parçacık tutarlılığı tepe ağırlığı ve süper iletken enerji açığı.
Dikkatli ARPES ölçümü sayesinde, yarı parçacık koherens tepe spektrum ağırlığının doping konsantrasyonuna bağımlılığının düğümde ve anti-düğümde çok farklı olduğunu bulmuşlardır.Düğümdeki yarı parçacık spektrum ağırlığı, yalnızca aşırı derecede düşük doping durumunda yavaşça değişmektedir. Anti-düğümde, yarı parçacık spektrumunun ağırlığı, doping konsantrasyonu ile doğrusal bir ilişki gösterir (Şekil 2). Ek olarak, enerji boşluğunu ölçerek, anti-düğüme yakın enerji boşluğunun doping konsantrasyonu ile doğrusal bir ilişkiye sahip olduğunu ve davranışın sözde enerji boşluğu kapanma sıcaklığı T * 'ye yakın olduğunu; düğüm yakınındaki d-dalgası enerji boşluğu eğimi doping konsantrasyonu ile kavisli iken bulmuşlardır. Bununla birlikte, davranış, süper iletken geçiş sıcaklığına yakın değildir, ancak genellikle süperiletken çiftleşmenin oluşumunu temsil ettiğine inanılan Nernst başlangıç sıcaklığı ile iyi bir uyum içindedir (Şekil 4). Bu fenomenler, sözde enerji boşluğu faz bölgesinde güçlü süperiletken dalgalanmalar olduğunu gösterir.
Toplu taşıma ölçümlerinden elde edilen Nernst etkisi ile tutarlı ARPES sonuçlarının elde edilebilmesinin nedeni, esas olarak ozon / vakum tavlama yüzey işleme yönteminin ölçüm sonuçlarını doğru hale getirmesi ve kantitatif karşılaştırma imkanına sahip olmasıdır. Bu in-situ doping teknolojisi yalnızca deneysel sonuçların güvenilirliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda bakır oksit faz diyagramı araştırmasının verimliliğini de büyük ölçüde artırır ve yüksek sıcaklıkta süper iletken bakır oksidin elektronik faz diyagramını sistematik olarak incelemek için yeni bir yol sağlar. Platform, yüksek sıcaklıkta süperiletkenliğin daha fazla araştırılması için büyük önem taşıyor. İlgili araştırma sonuçları, en son Physical Review B ve Science China dergisinde yayınlandı: Physical Review B 98 , 140507 (R) (2018); Sci. China-Phys. Mech. Astron.61, 127403 (2018).
Şekil 1: Bi2212 ozon / vakum tavlama yüzey doping kontrolü ve ilgili Fermi yüzey değişiklikleri
Şekil 2: Yüzey katkılı düğümler ve anti-düğümlerdeki kuasipartiküllerin spektral ağırlığındaki değişiklikler
Şekil 3: Süperiletken yüzey katkısının enerji boşluğundaki değişiklikler
Şekil 4: Anti-düğümdeki süperiletken enerji boşluğu ve doping konsantrasyonu ile d-dalgası süperiletken enerji boşluğunun eğimi
Yukarıdaki araştırma çalışması Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (No. 2016YFA0401000, 2016YFA0300600, 2015CB921300, 2015CB921000), National Natural Science Foundation of China (No. 11227903, 11574371, 11622435, 11474340), Chinese Academy of Sciences (No. XDB08W7000000) tarafından onaylanmıştır. -SLH043) ve Songshan Gölü Malzeme Laboratuvarı ve diğer projeler ve kurumlar.
Orijinal bağlantı:
Makale indirme:
Editör: Tomic
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
