近期提出的拓?fù)涑瑢?dǎo)體是區(qū)別于傳統(tǒng)超導(dǎo)體的一種新的量子物質(zhì)態(tài)。拓?fù)涑瑢?dǎo)體邊緣態(tài)有受拓?fù)浔Ｗo(hù)的能量為零的準(zhǔn)粒子激發(fā),這種準(zhǔn)粒子與高能物理領(lǐng)域中的馬約拉納費(fèi)米子具有類似的性質(zhì),具有奇異的非阿貝爾統(tǒng)計(jì)特性,有望應(yīng)用于拓?fù)淞孔佑?jì)算。因此,對拓?fù)涑瑢?dǎo)的研究成為目前凝聚態(tài)物理最前沿的研究領(lǐng)域之一。最新的研究還指明人們可以通過制備超導(dǎo)體/拓?fù)淞孔硬牧袭愘|(zhì)結(jié)構(gòu),把超導(dǎo)電性引入拓?fù)淞孔芋w系,從而實(shí)現(xiàn)人們孜孜以求的拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)。在本論文中,我們較先開展了對MoTe₂體系超導(dǎo)鄰近效應(yīng)及約瑟夫森效應(yīng)的研究。我們利用電子束光刻技術(shù)制備了超導(dǎo)體（Nb）-外爾半金屬（MoTe₂）-超導(dǎo)體（Nb）約瑟夫森結(jié),并在低溫變磁場系統(tǒng)下測量了該約瑟夫森結(jié)的電輸運(yùn)特性。包括:1.電阻變溫曲線,2.伏安特性曲線,3.零磁場下不同溫度的微分電阻譜（d V/d I-V）,4.溫度為1.7K時(shí)不同磁場的微分電阻譜。在電阻變溫曲線中,我們觀察到了兩個(gè)超導(dǎo)相變轉(zhuǎn)變溫度,分別為Tc1=9 K,Tc2≈3.2 K。并且在零磁場不同溫度的微分電阻譜中,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度T>Tc2≈3.2 K時(shí),微分電阻... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金屬汞的零電阻效應(yīng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-由圖1-1汞的R-T曲線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汞的溫度低于4.2K時(shí)R接近于0。我們將這個(gè)溫度值稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，用Tc表示。在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變過程中，超導(dǎo)材料的阻值是在一定溫度范圍內(nèi)快速下降到0的。對于沒有雜質(zhì)以及應(yīng)力的單晶樣品，溫度間隔一般小于10-3K，對于合金或者化合物溫度間隔在幾K到幾十K之間。所以對于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度間隔較大的超導(dǎo)材料，我們也將阻值減小到正常阻值的二分之一時(shí)對應(yīng)的溫度，叫做超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。超導(dǎo)材料除了具有超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，還具有臨界磁常當(dāng)材料的溫度已經(jīng)處于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，此時(shí)若有一個(gè)外界磁場作用到材料上，并且當(dāng)外界磁場強(qiáng)度Hx大于一定值時(shí)，材料的零電阻狀態(tài)會被破壞。這就是超導(dǎo)體的臨界磁場，用Hc表示。同時(shí)，臨界磁場是溫度的函數(shù)：可以近似的表示為：(T)=c(0)[1()2]（1-1）并且當(dāng)材料處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，如果加大通過材料的電流，當(dāng)流過超導(dǎo)材料電流大于某一個(gè)值時(shí)，這時(shí)超導(dǎo)材料的阻值便不再為零。我們把這個(gè)電流值叫做超導(dǎo)材料的臨界電流。用Ic表示。1933年邁斯納發(fā)現(xiàn)當(dāng)處于外界磁場中的超導(dǎo)材料，降低溫度使其轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)時(shí)材料表現(xiàn)為完全抗磁性，這種效應(yīng)稱為邁斯納效應(yīng)[3]。如圖1-2為邁斯納效應(yīng)示意圖。因此，邁斯納效應(yīng)以及零電阻效應(yīng)是判斷一種材料是否為超導(dǎo)體的基本標(biāo)志，兩者缺一不可。圖1-2邁斯納效應(yīng)1.2.2超導(dǎo)的微觀機(jī)理1.2.2.1同位素效應(yīng)1950年，英國科學(xué)家佛洛西利發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc較高的超導(dǎo)體在常溫下的導(dǎo)電性非常差。相反，如果一種材料在常溫下具有很好

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-的導(dǎo)電性，比如貴金屬，那么這種材料處于低溫時(shí)，卻很難轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)。他認(rèn)為材料在常溫環(huán)境下的電阻以及在低溫環(huán)境時(shí)的超導(dǎo)狀態(tài)都與電子-聲子的相互作用有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)觀察，佛洛西利指出超導(dǎo)材料的Tc和同位素的質(zhì)量M符合下面的關(guān)系：==常數(shù)（1-2）同樣是在1950年，麥克斯韋和里諾對汞的同位素的超導(dǎo)研究中發(fā)現(xiàn)，汞同位素超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度滿足Tc∝12的條件。其中M是同位素的質(zhì)量。這說明，在晶體中原子被同位素代替后，Tc的值會隨同位素的質(zhì)量M變化而變化。這種現(xiàn)象被稱為同位素效應(yīng)。因?yàn)榫Ц竦恼駝宇l率與原子的質(zhì)量有如下關(guān)系：2()=2(1)2~1（1-3）所以同位素效應(yīng)也能表明材料的超導(dǎo)狀態(tài)與晶格振動有密切關(guān)系。1.2.2.2電子-聲子的相互作用與庫珀電子對電子與聲子的相互作用，可以使電子之間產(chǎn)生吸引的力。從而使兩個(gè)電子結(jié)成庫珀電子對。庫珀電子對概念的提出，為人們對于理解材料是如何從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的微觀機(jī)制做出了深刻貢獻(xiàn)。在電子-聲子相互作用的過程中，兩個(gè)電子之間的相互作用是通過發(fā)射與吸收聲子這個(gè)過程完成的。若一個(gè)電子吸收了另一個(gè)電子產(chǎn)生的聲子，則兩個(gè)電子之間就產(chǎn)生了間接相互作用。被交換的電子被稱為虛聲子。假設(shè)兩個(gè)電子的初態(tài)波矢為（k,-k）的平面波，具有的能量為=2。并且這兩個(gè)電子的動量大小相等，方向相反。發(fā)生相互作用后的終態(tài)波矢為（k+q,-k-q），具有的能量=2+。這個(gè)過程如圖1-3所示：圖1-3電子與聲子的相互作用-qa)b）k+q-k-qe1k-qe2-kk+q-k-qe1ke2-kq

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]舒勃尼科夫—德哈斯效應(yīng)及其在半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用[J]. 何豫生.  物理學(xué)進(jìn)展. 1986(04)



本文編號：3307471