一種鉛鉍合金薄膜低溫相的結(jié)構(gòu)及超導物性表征*

田明陽 王巨豐 杜宏健 馬傳許 王兵

(中國科學技術大學物理系, 合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心, 合肥 230026)

鉛鉍(Pb-Bi)合金超導材料被廣泛研究, 但對其低溫物相的結(jié)構(gòu)和超導物性卻知之甚少.本文采用低溫共沉積和低溫退火的方法, 在Si(111)-(7 × 7)襯底生長的Bi(111)超薄薄膜上制備了鉛鉍合金薄膜, 利用掃描隧道顯微術對其結(jié)構(gòu)和電子學性質(zhì)進行表征.通過結(jié)構(gòu)表征, 確定了薄膜中存在相分離, 同時存在具有三次對稱性的純Bi(111)相和合金相Pb1–xBix, 可歸屬于部分鉍取代的Pb(111)結(jié)構(gòu).通過電子學性質(zhì)測量, 進一步證實了Bi(111)相中特征的電子學結(jié)構(gòu)及合金相中的超導行為.變溫實驗表明, 合金相Pb1–xBix的超導轉(zhuǎn)變溫度是7.77 K, 屬于強耦合超導體.測量了由Bi(111)-Pb1–xBix組成的正常金屬-超導體異質(zhì)結(jié)和超導體-正常金屬-超導體異質(zhì)結(jié)中的鄰近效應, 指出了超導穿透深度可能受界面接觸面積的影響.考慮到鉍可能具有的拓撲屬性, Bi(111)-Pb1–xBix面內(nèi)異質(zhì)結(jié)界面結(jié)構(gòu)可進一步用于研究其新奇物理效應.

1 引 言

鉍(bismuth, Bi)因具有強的自旋軌道耦合,無論單質(zhì)鉍還是各種鉍基化合物, 都受到了研究者們的廣泛關注[1,2].鉛鉍(Pb-Bi)合金作為一種超導材料, 不同元素配比的合金相的超導轉(zhuǎn)變溫度和臨界磁場性質(zhì)都被大量研究[3?5].有研究表明, 在鉛膜中少量摻鉍可以有效改善薄膜的量子穩(wěn)定性,提高薄膜的超導轉(zhuǎn)變溫度[6].由于鉍原子和鉛原子半徑相差較小, 根據(jù)Hume-Rothery定則[7], 它們混合在一起會形成替代型合金.在合金相圖中,較高……