發(fā)布時(shí)間：2017-04-14 03:15

  本文關(guān)鍵詞：鐵電與鐵基超導(dǎo)薄膜的MBE生長與STM研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：納米厚度薄膜常常展示不同于體材料的特異性質(zhì),其可控制備和精確表征對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索非常關(guān)鍵。在本論文中,我們利用分子束外延技術(shù)生長了Pb1-x SnxTe(001)鐵電薄膜和Li Fe As(001)超導(dǎo)薄膜,并利用低溫掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜對(duì)它們的形貌、原子和電子結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了原位表征。論文主要成果如下:(1)我們在6H-Si C(0001)襯底上的石墨烯表面制備了無應(yīng)力的Sn Te薄膜,發(fā)現(xiàn)當(dāng)其厚度僅為一個(gè)晶胞(UC)時(shí),薄膜仍然具有面內(nèi)自發(fā)極化,其臨界溫度TC為270 K,比體材料高至少1.7倍。2~4 UC厚的薄膜在室溫下就表現(xiàn)出明確的鐵電性。變溫實(shí)驗(yàn)表明,Sn Te薄膜(1 UC)在相變點(diǎn)附近具有二級(jí)相變的行為。在此基礎(chǔ)上,我們提出了一種基于二維鐵電薄膜的鐵電存儲(chǔ)器件,并利用掃描隧道顯微鏡模擬了數(shù)據(jù)讀取過程,測得3 UC薄膜在4.7K下的開關(guān)比達(dá)到3000。(2)鐵電Pb1-x SnxTe薄膜是一個(gè)中心反演對(duì)稱性破缺和強(qiáng)自旋-軌道耦合的二維體系。通過對(duì)其晶體對(duì)稱性的分析,我們推測其能帶中垂直于面內(nèi)自發(fā)極化的谷將發(fā)生相反的自旋劈裂,而平行于面內(nèi)自發(fā)極化的谷保持自旋簡并。我們在Pb0.5Sn0.5Te鐵電薄膜的準(zhǔn)粒子干涉圖樣中觀察到了價(jià)帶頂附近自旋劈裂導(dǎo)致的背散射禁戒,其劈裂能量超過220 me V。該研究表明原子級(jí)厚度鐵電薄膜可能會(huì)成為一類新的谷電子學(xué)材料。(3)中心反演對(duì)稱破缺和強(qiáng)自旋軌道耦合可以在一維體系中引起能帶的谷相關(guān)的自旋劈裂。我們在原子級(jí)厚度的Sn Te薄膜邊緣觀察到了能帶彎曲誘導(dǎo)的一維邊緣態(tài),其一維準(zhǔn)粒子干涉圖樣表現(xiàn)出有能帶選擇性的散射。我們通過一個(gè)有谷相關(guān)自旋劈裂的能帶模型很好地解釋了該散射現(xiàn)象。(4)我們系統(tǒng)研究了在Nb摻雜的Sr Ti O3(100)襯底上高質(zhì)量單晶Li Fe As薄膜的分子束外延制備,利用原位的掃描隧道顯微鏡和非原位的輸運(yùn)測量研究了薄膜的超導(dǎo)電性。原位的低溫(4.7 K)掃描隧道譜表明,當(dāng)薄膜厚度大于4 QL時(shí),超導(dǎo)能隙開始出現(xiàn),而厚度在13 QL以上的薄膜與體材料性質(zhì)類似,超導(dǎo)能隙約為7 me V。在100 QL薄膜上進(jìn)行的非原位輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)給出超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc=16 K,上臨界場Hc2=13.0 T。
【關(guān)鍵詞】：鐵電薄膜 鐵基超導(dǎo)薄膜 掃描隧道顯微鏡 分子束外延
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O484.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-10
• 第1章 引言10-21
• 1.1 量子界面效應(yīng)10-13
• 1.1.1 界面超導(dǎo)10-12
• 1.1.2 界面鐵電增強(qiáng)12-13
• 1.2 二維材料中的各種量子霍爾態(tài)13-18
• 1.2.1 量子霍爾效應(yīng)14-15
• 1.2.2 量子自旋霍爾效應(yīng)15-17
• 1.2.3 量子反常霍爾效應(yīng)17-18
• 1.3 一維材料中的電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)18-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)儀器和原理21-43
• 2.1 掃描隧道顯微鏡21-28
• 2.1.1 STM的基本原理21-23
• 2.1.2 STM的結(jié)構(gòu)23-26
• 2.1.3 掃描隧道譜26-27
• 2.1.4 STM針尖的制備27-28
• 2.2 稀釋制冷技術(shù)28-34
• 2.2.1 稀釋制冷的基本原理28-30
• 2.2.2 稀釋制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)30-32
• 2.2.3 稀釋制冷機(jī)的操作流程32-34
• 2.3 超高真空技術(shù)34-38
• 2.4 超導(dǎo)強(qiáng)磁場技術(shù)38-39
• 2.5 分子束外延技術(shù)39-43
• 第3章 無應(yīng)力原子級(jí)厚度Sn Te鐵電薄膜的生長與表征43-77
• 3.1 鐵電薄膜研究背景43-55
• 3.1.1 關(guān)于鐵電性的基本概念43-47
• 3.1.2 原子級(jí)厚度的鐵電薄膜：理論研究47-49
• 3.1.3 原子級(jí)厚度的鐵電薄膜：實(shí)驗(yàn)研究49-52
• 3.1.4 鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器52-55
• 3.2 Sn Te體材料的鐵電和拓?fù)湫再|(zhì)55-57
• 3.3 原子級(jí)厚度Sn Te薄膜的van der Waals外延生長57-61
• 3.4 對(duì)單層Sn Te薄膜鐵電性的表征61-67
• 3.4.1 單層Sn Te薄膜的條狀疇結(jié)構(gòu)與晶格畸變62-63
• 3.4.2 自發(fā)極化誘導(dǎo)的能帶彎曲63-65
• 3.4.3 各種類型的疇界65-67
• 3.4.4 利用偏壓脈沖實(shí)現(xiàn)自發(fā)極化反轉(zhuǎn)67
• 3.5 原子級(jí)厚度Sn Te薄膜中的鐵電TC增強(qiáng)67-72
• 3.5.1 利用布拉格峰的劈裂推導(dǎo)畸變角68-69
• 3.5.2 Sn Te薄膜的室溫鐵電性69-70
• 3.5.3 對(duì)于導(dǎo)致TC變化的物理機(jī)制的初步討論70-72
• 3.6 面內(nèi)極化的鐵電薄膜在存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用72-76
• 3.6.1 器件原理72-74
• 3.6.2 利用掃描隧道顯微鏡模擬測量器件開關(guān)比74-76
• 3.7 本章小結(jié)76-77
• 第4章 單層Pb1 ? xSnxTe薄膜二維能帶谷相關(guān)的自旋劈裂77-90
• 4.1 研究背景77-81
• 4.1.1 有強(qiáng)自旋 -軌道耦合的二維中心對(duì)稱破缺系統(tǒng)78-79
• 4.1.2 自旋霍爾效應(yīng)與谷霍爾效應(yīng)79-80
• 4.1.3 對(duì)單層Mo S2及類似材料的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證80-81
• 4.2 鐵電Sn Te薄膜能帶自旋劈裂的對(duì)稱性分析81-84
• 4.3 單層Pb1?x SnxTe薄膜中組分調(diào)控的順電 -鐵電相變84-85
• 4.4 單層鐵電Pb0.5Sn0.5Te薄膜與順電Pb0.75Sn0.25Te薄膜散射波矢的對(duì)比85-88
• 4.5 初步的第一性原理計(jì)算驗(yàn)證88-89
• 4.6 本章小結(jié)89-90
• 第5章 鐵電Sn Te薄膜邊緣態(tài)谷相關(guān)的自旋劈裂90-99
• 5.1 研究背景90-92
• 5.2 能帶彎曲誘導(dǎo)的一維邊緣態(tài)92-94
• 5.3 有能帶選擇性的一維準(zhǔn)粒子散射和能帶的自旋劈裂94-98
• 5.4 本章小結(jié)98-99
• 第6章 超導(dǎo)Li Fe As薄膜的生長與表征99-109
• 6.1 研究背景99-101
• 6.2 Li Fe As薄膜的生長方法與生長機(jī)制研究101-104
• 6.3 薄膜形貌和超導(dǎo)能隙隨層厚的變化104-107
• 6.4 輸運(yùn)測量107
• 6.5 本章小結(jié)107-109
• 第7章 結(jié)論109-111
• 參考文獻(xiàn)111-125
• 致謝125-127
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果127-128

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