Verbesserte Supraleitung in einschichtigen FeSe-Filmen auf SrTiO₃(001) durch metallische δ-Dotierung

Die Grenzflächentechnik hat sich bei der Entdeckung neuer Quantenzustände wie topologische Zustände, Supraleitung, Ladungsdichtewellen, Magnetismus usw. als wirksam erwiesen, die die Herstellung von Heterostrukturen im atomaren Maßstab erfordern. Monoschichtiges FeSe auf SrTiO3-Substraten hat aufgrund seiner bemerkenswerten grenzflächenverstärkten Supraleitung großes Interesse geweckt.

Frühere experimentelle Untersuchungen zeigten einen signifikanten Grenzflächenelektronentransfer zur FeSe-Monoschicht von der TiO2-δ-Ladungsreservoirschicht mit Sauerstofffehlstellen als intrinsischen Donatoren. Darüber hinaus weist die Monoschicht FeSe zusätzlich größere Bandlücken auf als anderes elektronendotiertes FeSe (d. h. 15–20 meV gegenüber 12 meV), was auf den kooperativen Beitrag der Elektron-Phonon-Kopplung mit spezifischen longitudinalen optischen Phononenmoden von TiO2 zurückgeführt wurde -δ Flächen.

Inkohärente Cooper-Paarung und Pseudolücke wurden aufgrund der bislang erreichten bemerkenswert niedrigeren Nullwiderstandstemperatur als der Lückenöffnungstemperatur (65–83 K) behauptet. Frühere Charakterisierungen durch Rastertunnelmikroskopie/-spektroskopie offenbarten dichte Domänen in den einschichtigen FeSe-Filmen, und die supraleitenden Lücken wurden an den Domänengrenzen unterdrückt und verschwanden sogar in Domänen im Nanometerbereich.

Die Domänen stammen aus dem antiferrodistortiven Phasenübergang bei niedriger Temperatur (105 K) in Bulk-SrTiO3. Frühere Bemühungen zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit in der FeSe-Monoschicht gehen normalerweise zu Lasten einer Schwächung der Grenzflächenkopplung oder umgekehrt.

Qi-Kun , verbesserte Supraleitung.

Die Al- und Eu-Atome mit höherer Sauerstoffaffinität als Ti fangen Sauerstoff von der TiO2-δ-Oberfläche ab und erhöhen so die Dichte der Sauerstofffehlstellen an der Oberfläche, verhindern jedoch deren Clusterbildung, was sich in geringeren Austrittsarbeit mit verringerter elektronischer Variation zeigt. Monoschichtige FeSe-Filme auf solchem ​​δ-dotiertem SrTiO3(001) weisen eine verringerte Domänenintensität und allgemein vergrößerte supraleitende Lücken auf, was auf eine verstärkte Cooper-Paarung mit verbesserter elektronischer Homogenität hinweist.

Folglich ergaben die temperaturabhängigen Widerstandsmessungen eine Übergangstemperatur von 53 K und eine Nullwiderstandstemperatur von 27 K. Diese Arbeit ist in der veröffentlicht National Science Reviewmit dem Titel „Deutlich verbesserte Supraleitung in einschichtigen FeSe-Filmen auf SrTiO3(001) durch metallische δ-Dotierung.“ Xiaotong Jiao von der Shaanxi Normal University), Wenfeng Dong, Dr. Mingxia Shi und Dr. Heng Wang von der Tsinghua University trugen gleichermaßen zu dieser Arbeit bei.