通过原位双线圈互感测量和扫描隧道显微镜研究FeSe薄膜的正曲率临界场行为
批准号:
12104294
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
姚钢
依托单位:
学科分类:
表面界面与低维物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚钢
中文摘要
高温超导研究过程中长期以来存在着一个极具争议的实验现象:正曲率的H*-T关系(H*是使得样品的电阻在温度为T时消失的外磁场)。实验上和理论上对该行为起源的认识始终未达成同一。而临界场决定了配对势和库珀对尺寸,因此对该反常的研究收到了众多关注。本项目将以表面吸附了碱金属K原子的多层FeSe薄膜为研究对象,结合原位双线圈互感技术、原位四探针技术和扫描隧道显微镜/谱技术,同时从宏观和微观两方面来研究该临界场行为,对经常出现于二维超导体中的正曲率H*-T关系曲线的正确理解提供重要实验指导。同时,在整个“穹顶”型超导相图范围内,通过对比不同超导相关参数(超导能隙、超流密度、配对势、库珀对尺寸等),明确影响超导转变温度的重要因素,为最终理解高温超导机制提供重要实验证据。
英文摘要
A very controversial phenomenon observed in researches on high temperature superconductivity is the appearance of a strong upward curvature in critical field H*-T, where H* denotes the field which makes the sample lost its resistance at temperature T. The academic circles have different views on this anomaly. Since critical field determines the strength of the pairing potential and the value of the coherence length, this anomalous behavior thus stimulates enormous attempts. In this project, by using situ two-coil mutual inductance technique, four-point probe technique and scanning tunneling microscopy, the influence of temperature and doping on a critical transition field in potassium adsorbed multilayer FeSe films will be studied from macroscopic and microscopic scale. This will provide crucial guidance for the understanding of this positive curve in critical field that frequently appears in two dimensional superconductors. Meanwhile, through a comparative analysis of superconducting transition temperature and other energy scales that are relevant for the superconducting state, such as superconducting energy gap, superfluid stiffness, pair protentional, and the size of Cooper pair, the most important factors that affect Tc can be clarified, which is a crucial step towards the mechanistic understanding of high-Tc superconductivity.
FeSe是一种具有四方结构的铁基超导体,其单层结构是目前已知的最简单铁基超导体。对FeSe的全面理解与探索不仅有望解决高温超导机制的问题,还可以促进其同构体的探索及物性调控,从而提升其在实际应用中的潜力。超导体在能源、交通、医疗和信息等领域具有重要的应用价值。超导态的形成与电子、自旋、轨道和晶格等自由度及其之间的耦合密切相关,因此在凝聚态物理领域,超导机制的探究一直是一个重要方向。目前,常压下发现的高温超导体系主要包括铜氧化物超导体和铁基超导体,这两者均为层状材料。无论是铜氧化物中的Cu-O层,还是铁基超导体中的Fe元素与氮族(P、As)或硫族(S、Se、Te)元素构成的导电层,其掺入载流子的变化都会显著影响材料的超导电性。.在本研究中,我们利用超高真空分子束外延-扫描隧道显微镜系统制备了高质量的K/FeSe薄膜。通过自主研发的原位互感技术,揭示了非常规超导体系的反常临界场行为,确认其源于磁通融化。同时,在“穹顶”型超导相图范围内,我们讨论了K/FeSe薄膜中观察到的磁通融化曲线H*(T)和上临界场Hc2(0)随Kc演化的关系,深化了高温超导中磁通融化及相位涨落的理解。.其次,在确认FeSe反铁磁基态磁构型后,通过F元素的吸附,我们揭示了FeSe具备可控的磁性和铁弹性特性。相比于K原子的吸附,氟原子的引入进一步丰富了FeSe在自旋电子学及多功能器件方面的应用潜力。此外,基于FeSe和FeAs作为铁基超导母体的主要成分,我们通过第一性原理计算发现了一种稳定的单层FeAs结构,揭示了该结构中存在本征室温长程铁磁序,同时发现了原子偏移与自旋极化之间的耦合,为可能的超导-晶格-磁耦合提供了新的视角。
面向大容量海上风电机组的新型6相系统能量变换拓扑与控制关键技术
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批准号:52077135
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:姚钢
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依托单位:
国内基金
海外基金