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人民日报:人生怎会"躺赢" 必须给大学生"增负"

admin 种子搜索引擎 2020-01-12 996 0

  据成员回忆,团队通过使用经氧等离子体处理的氧化硅作为衬底,成功地解理得到大面积单层(即半个原胞厚度的)Bi-2212单晶,却在对单层样品的研究上遭遇瓶颈,不得不展开一场“攻坚战”。

  原来,一般认为块体的Bi-2212在大气环境下非常稳定,而实验发现单层Bi-2212却是一种对大气及环境温度极其敏感的材料:痕量的水就会完全破坏其晶体结构,使其不可逆地变质;而略微的加热就会使其结构中用来提供超导所需的载流子的间隙氧挥发逃离晶体。在当时所有可用的微纳加工手段下,样品都会不可避免地经过液相化学环境,或经历不同程度的加热,想要得到由本征单层Bi-2212晶体构成的器件成了一件一时无从谈起的事。

  面对这样的困难,团队的选择,是历时1年多的不断试错。最终,一套制备单层Bi-2212输运器件的完整方案走向成熟:所有的制备都在零下40℃的惰性气体环境中完成;在电极的制备过程中,果断摒弃了可能造成失氧的常规真空镀膜技术,自主开发微电极冷焊技术,将铟/金箔电极在低温下直接与薄层样品接合。

  利用这一方案,单层Bi-2212单晶中的高质量超导转变第一次展现在团队眼前。在测量过程中,团队又通过对单层样品进行原位的退火调控其载流子浓度,在单层样品中得到相图,完美复现了块体材料的相图。实验发现,单层Bi-2212在最佳掺杂状态下的超导转变温度与块体材料的数据相比几乎完全一致,差别在实验误差范围之内。

  在充分理解了单层Bi-2212的变质机制后,团队进一步对单层铜基超导体进行了扫描隧道显微学和谱学研究,而这同样并非易事。扫描隧道显微镜对于样品质量的要求非常苛刻,为此,团队对已有实验设备进行了改装和升级,将单层样品的制备工艺拓展到超高真空环境中,使样品质量得到了进一步提升。对扫描隧道显微镜得到的高质量拓扑形貌数据及空间分辨的能谱数据的分析表明,单层Bi-2212相图中的超导态、赝能隙态、电荷密度波态、以及模特绝缘态也都和块体行为保持一致。

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