金属元素插层在拓扑绝缘体中诱导产生超导电性
摘 要：拓扑绝缘体和拓扑超导体是一类拥有奇异电子态的量子物质，是近年来国际上研究的热点。拓扑绝缘体是一类具有存在于内部体绝缘态能隙中的金属表面态的物质。拓扑超导体因为具有完全配对的体能隙和受拓扑保护的无能隙表面态，可以用来探索Majorana费米子，并在拓扑量子计算中有巨大的潜在应用。 作为能带结构相对简单的3D拓扑绝缘体，在高压下能分别产生超导转变温度最高为7K的超导电性。合成新的而且超导体积比更大的可能的拓扑超导体，对于拓扑超导体的研究具有重大意义。
关键词：拓扑绝缘体，拓扑超导体，费米子
- 研究背景
普林斯顿大学Cava教授研究小组通过在中插入Cu元素得到超导电性以后，掀起了一波研究的高潮。T.V.Bay等人经过与模型拟合，表明了改体系的超导电性是自旋三重态的。Pradip Das等人通过理论研究确认了中的超导电性是具有奇数宇称的自旋三态配对，并且他们还在该体系中观察到了抗磁过程中的快速驰豫现象。Cava研究小组为了解决在生长过程中产生Se空位的问题，他们认为Ca对Bi的取代会产生一个空穴，可以产生P型掺杂的效果，从而中和Se空位产生的多余电子，如果在中引入Ca掺杂，可以使其费米能级移动到体能隙中，并且在电阻测量中观察到所需要的绝缘体行为。
二、实验方法
我们采用国际上成熟的生长、单晶的固相反应法制备金属插层和掺杂的单晶，探索产生超导的条件，并用得到的超导高质量单晶研究其超导的拓扑性质。金属掺杂及插层的单晶样品都是按照化学计量表称量相应的单质粉末，然后放置在石英管中抽成真空，放置在850℃煅烧48小时，随后以3℃/h的速率降温到610℃，最后将烧结好的样品放入冰水中进行淬火。扫描电镜测量是在Hitachi TM 3000上进行的， 待观察的样品被切割成圆片状， 在扫描电镜配套的Oxford SWIFT 3000能谱仪上进行了X射线能谱测量， 高分辨透射电镜的测量是在JEOL-2010透射电子显微镜上进行的， 该仪器点对点的分辨率可以达到0.2nm， 在测量过程中样品被研磨成很好的粉末，然后被放置到一个Cu的样品台上进行测量，测量过程中施加的加速电压是200kV，原子级别分辨率的透射电镜测量是在JEOL-ARM-200F上进行的， 在200kV电压下它的分辨率可以达到0.08nm。我们采用了室温下的Cu的K。射线进行了粉末X射线衍射测量来对样品进行物相分析，电阻率和霍尔效应的测量是在综合物性测量平台(PPMS) 上完成的， 霍尔效应的测量方式是采用四引线法定温扫场， 磁性测量是在超导量子干涉仪(SQUID) 上完成的。
我们利用稳态强磁场实验装置五号水冷磁体对制备得到的单晶体是否存在拓扑性质进行了研究， 通过强磁场下的Shub niko v-de Has s振荡的测量可以判断样品是否具有拓扑表面态。测量所采用的样品尺寸为3*1x0.05mm，图3.1为测量过程中所采用的电极分布示意图，同时测量出面内的电阻率和霍尔电阻率随磁场的依赖关系。
图3.1Shubnikov-de Hass量子振荡测量过程中所采用的电极分布示意图， 同时测量出面内的电阻率和霍尔电阻率随磁场的依赖关系。
三、实验结果与讨论
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
