Wetenschap
Verbeterde supergeleiding in monolaag FeSe-films op SrTiO₃(001) via metallische δ-dotering
Het is bewezen dat interface-engineering effectief is bij het ontdekken van nieuwe kwantumtoestanden, zoals topologische toestanden, supergeleiding, ladingsdichtheidsgolven, magnetisme, enz., waarvoor heterostructuurfabricage op atomaire schaal nodig is. Monolaag FeSe op SrTiO3 substraten heeft grote belangstelling gewekt vanwege de opmerkelijke interface-verbeterde supergeleiding.
Eerder experimenteel onderzoek onthulde een significante elektronenoverdracht aan het grensvlak naar de FeSe-monolaag, vanuit de TiO2-δ laadreservoirlaag met zuurstofvacatures als intrinsieke donoren. Bovendien vertoont de monolaag FeSe extra grotere spleetgroottes dan andere elektronengedoteerde FeSe (dwz 15-20 meV versus 12 meV), wat wordt toegeschreven aan de coöperatieve bijdrage van elektron-fononkoppeling met specifieke longitudinale optische fononmodi van TiO 2-δ oppervlakken.
Incoherente Cooper-koppeling en pseudogap zijn geclaimd vanwege de opmerkelijk lagere nulweerstandstemperatuur die tot nu toe is bereikt dan de opening-openingstemperatuur (65-83 K). Eerdere karakterisering door middel van scanning tunneling microscopie/spectroscopie onthulde dichte domeinen in de monolaag FeSe-films, en de supergeleidende gaten worden onderdrukt rond domeingrenzen en zijn zelfs verdwenen in domeinen op nanometerschaal.
De domeinen zijn afkomstig van de anti-ferrodistortieve faseovergang bij lage temperatuur (105 K) in bulk-SrTiO3 . Eerdere pogingen om de uniformiteit in de monolaag FeSe te verbeteren gaan meestal ten koste van een verzwakking van de interfacekoppeling, of omgekeerd.
Qi-Kun Xue en Lili Wang van Tsinghua University en Minghu Pan van Shaanxi Normal University rapporteerden verbeterde interfacekoppeling en verbeterde ruimtelijke uniformiteit in monolaag FeSe-films op SrTiO3 (001) via metallische δ-dotering (Au- en Al-atomen), en dus verbeterde supergeleiding.
De Al- en Eu-atomen met een hogere zuurstofaffiniteit dan Ti vangen zuurstof op uit de TiO2-δ oppervlak, waardoor de dichtheid van de zuurstofvacatures aan het oppervlak toeneemt, maar hun clustering wordt voorkomen, zoals blijkt uit verlaagde werkfuncties met verminderde elektronische variatie. Monolaagse FeSe-films op dergelijke δ-gedoteerde SrTiO3 (001) vertonen een verminderde intensiteit van domeinen en over het algemeen grotere supergeleidende hiaten, wat wijst op de versterkte Cooper-koppeling met verbeterde elektronische homogeniteit.
Bijgevolg onthulden de temperatuurafhankelijke weerstandsmetingen een beginovergangstemperatuur van 53 K en een nulweerstandstemperatuur van 27 K. Dit werk is gepubliceerd in de National Science Review , getiteld "Significant verbeterde supergeleiding in monolaag FeSe-films op SrTiO3 (001) via metallische δ-dotering." Xiaotong Jiao van de Shaanxi Normal University), Wenfeng Dong, Dr. Mingxia Shi en Dr. Heng Wang van de Tsinghua Universiteit hebben in gelijke mate bijgedragen aan dit werk.