在超导衬底NbSe2上制备锡岛及其电学性质研究

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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NbSe2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NbSe2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NbSe2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NbSe2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。
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