本文關(guān)鍵詞：FeSe單晶薄膜電子結(jié)構(gòu)的角分辨光電子能譜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自從2008年在LaOFeAs中發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性以來(lái),鐵基高溫超導(dǎo)體成為了凝聚態(tài)物理研究的一個(gè)重要方向,發(fā)現(xiàn)更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)的鐵基超導(dǎo)體和理解鐵基超導(dǎo)體的高溫超導(dǎo)機(jī)制是鐵基超導(dǎo)體研究的兩個(gè)重要問(wèn)題。FeSe超導(dǎo)體和它相關(guān)的體系由于它們簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)和奇特的電子、物理特性引起了研究人員的廣泛關(guān)注。2012年,清華大學(xué)薛其坤研究組使用掃描隧道顯微鏡(STM)在單層的FeSe/SrTiO3薄膜發(fā)現(xiàn)高達(dá)20meV的超導(dǎo)能隙,對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在液氮溫度以上,隨后中科院物理所周興江研究組使用角分辨光電子能譜(ARPES)也驗(yàn)證了單層FeSe存在65K以上的超導(dǎo)電性。目前單層FeSe/SrTiO3薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度是鐵基超導(dǎo)體中最高的,此外,FeSe/SrTiO3薄膜有著獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu),隨著層厚變化的行為以及絕緣體-超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變等奇異物理現(xiàn)象,這引起了凝聚態(tài)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。在本文中,我首先介紹FeSe薄膜的研究背景,生長(zhǎng)FeSe薄膜的分子束外延(MBE)系統(tǒng),和表征FeSe薄膜電子結(jié)構(gòu)的角分辨光電子能譜(ARPES)的原理和結(jié)構(gòu)。在MBE系統(tǒng)上,我們?cè)赟rTiO3 (STO)襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量FeSe單晶薄膜,并使用ARPES對(duì)其電子結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)電性等進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要結(jié)論如下：1.多層FeSe/STO薄膜中的Fe空位有序無(wú)序轉(zhuǎn)變我們?cè)诜肿邮庋臃ㄉL(zhǎng)的多層FeSe薄膜中發(fā)現(xiàn)了鐵空位無(wú)序有序轉(zhuǎn)變,并利用原位角分辨光電子能譜研究。研究發(fā)現(xiàn)低溫退火的FeSe薄膜是鐵空位無(wú)序的而且處于電子摻雜態(tài)。進(jìn)一步長(zhǎng)時(shí)間低溫退火能夠使得鐵空位無(wú)序相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F空位有序相,而且發(fā)現(xiàn)鐵空位有序相是存在(?)×(?)超結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體/絕緣體,此外,通過(guò)高溫退火能反過(guò)來(lái)使其轉(zhuǎn)變?yōu)殍F空位無(wú)序相。我們的結(jié)果表明FeSe薄膜中存在鐵空位無(wú)序有序轉(zhuǎn)變,而且通過(guò)真空退火可以進(jìn)行簡(jiǎn)單地調(diào)制,這種規(guī)律類似于銅氧化合物的典型相圖,我們的研究結(jié)果表明(?)×(?)鐵空位有序相有可能是FeSe的母相。2.多層FeSe/STO薄膜中的Dirac能帶色散我們發(fā)現(xiàn)在厚度大于一層的FeSe薄膜中,向列序轉(zhuǎn)變溫度以下均存在狄拉克錐型能帶色散。狄拉克錐能帶色散位于費(fèi)米面上高能譜強(qiáng)度(亮點(diǎn))處,狄拉克點(diǎn)位于費(fèi)米能級(jí)下10meV處,在費(fèi)米面上形成小的電子型pockets。狄拉克錐型能帶色散在向列序轉(zhuǎn)變溫度以上消失,隨著薄膜厚度增加幾乎不發(fā)生改變。對(duì)多層FeSe薄膜的鈷摻雜實(shí)驗(yàn)表明,隨著Co的電子摻雜,向列序明顯被壓制,狄拉克錐型能帶同時(shí)消失。實(shí)驗(yàn)表明狄拉克錐態(tài)和向列序之間存在緊密的聯(lián)系,這與BaFe2As2在SDW態(tài)發(fā)現(xiàn)的狄拉克錐十分相似。我們的結(jié)果為理解FeSe新穎的電子結(jié)構(gòu)、向列序和超導(dǎo)性提供一些啟示。3.單層FeSe/STO的元素?fù)诫s我們給出了對(duì)FeSe摻Ni研究的一些階段性結(jié)果和暫時(shí)性的結(jié)論,這一部分課題仍在繼續(xù)研究之中。在我們的表面綜合分析系統(tǒng)上,使用分子束外延(MBE)的方法,反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到高質(zhì)量的FeSe單層薄膜樣品。我們把樣品原位轉(zhuǎn)移至角分辨光電子能譜(ARPES)系統(tǒng)進(jìn)行表征,實(shí)驗(yàn)表明所得的單層FeSe電子結(jié)構(gòu)清晰而且存在大概30K左右的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。之后,我們對(duì)單層FeSe進(jìn)行Ni摻雜的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明Ni的電子摻雜可以顯著的增加M點(diǎn)電子pocket的大小,使得M點(diǎn)電子型能帶的費(fèi)米穿越變大,帶底向下移。但Ni的電子摻雜對(duì)Γ點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)影響比較微小。Ni摻雜對(duì)超導(dǎo)能隙大小影響有待進(jìn)一步的研究。
【關(guān)鍵詞】：鐵基超導(dǎo)體 FeSe 分子束外延 角分辨光電子能譜 電子結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM26
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1. 引言9-26
• 1.1 超導(dǎo)研究簡(jiǎn)介9-10
• 1.2 銅基超導(dǎo)體10-11
• 1.3 鐵基高溫超導(dǎo)體11-15
• 1.4 FeSe超導(dǎo)體和相關(guān)化合物15-16
• 1.5 石墨烯襯底上生長(zhǎng)的FeSe薄膜16-19
• 1.6 FeSe/SrTiO_3薄膜的發(fā)現(xiàn)及其電子結(jié)構(gòu)19-23
• 1.7 單層FeSe/SrTiO_3的輸運(yùn)測(cè)量23-25
• 1.8 FeSe/SrTiO_3薄膜的研究意義25-26
• 2. 實(shí)驗(yàn)方法和原理26-42
• 2.1 分子束外延(MBE)26-28
• 2.2 角分辨光電子能譜28-32
• 2.3 SrTiO_3襯底處理32-39
• 2.4 FeSe薄膜的生長(zhǎng)39-42
• 3. FeSe薄膜中可調(diào)制的鐵空位有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變42-55
• 3.1 研究背景42-48
• 3.2 鐵空位FeSe的生長(zhǎng)及其表征48-51
• 3.3 FeSe薄膜中的鐵空位有序無(wú)序轉(zhuǎn)變51-54
• 3.4 本章討論與小結(jié)54-55
• 4. FeSe薄膜中的狄拉克錐型能帶色散55-66
• 4.1 背景介紹55-58
• 4.2 FeSe薄膜中的狄拉克錐型能帶色散58-64
• 4.3 本章討論與小結(jié)64-66
• 5. FeSe/SrTiO_3薄膜的元素?fù)诫s66-73
• 5.1 單層FeSe薄膜的生長(zhǎng)與表征66-70
• 5.2 單層FeSe的鎳摻雜70-72
• 5.3 本章討論與小結(jié)72-73
• 全文總結(jié)73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-87
• 附錄87
• 碩士期間發(fā)表論文87
• 參加學(xué)術(shù)活動(dòng)87

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本文編號(hào)：435622