專利名稱：高溫超導(dǎo)薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵基高溫超導(dǎo)薄膜。
背景技術(shù)：
高溫超導(dǎo)體是一類不能用傳統(tǒng)的BCS理論解釋的非常規(guī)超導(dǎo)體。1986年，米勒和貝德諾爾茨首次發(fā)現(xiàn)了銅氧化合物高溫超導(dǎo)體。2008年，日本科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了鐵基高溫超導(dǎo)體。鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，為超導(dǎo)電性的機(jī)理研究提供了一個(gè)新的體系，也為探索其它超導(dǎo)體系給予了啟示。鐵基和銅基高溫超導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)上有很多相似之處:都是層狀材料，其單位原胞(Unit Cell)都具有三明治結(jié)構(gòu)，是由絕緣層/導(dǎo)電層/絕緣層構(gòu)成的異質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)的鐵基高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度最高值是56K，還遠(yuǎn)低于銅氧化物高溫超導(dǎo)體的最高轉(zhuǎn)變溫度。鐵基高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性可通過多種途徑提升，如元素?fù)诫s和高壓等。元素?fù)诫s雖然能提高鐵基高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，但多種元素的加入也同時(shí)增加了對其超導(dǎo)電性的機(jī)理研究的干擾因素。高壓雖然也能提高鐵基高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，但嚴(yán)苛的條件也同時(shí)限制了鐵基高溫超導(dǎo)體的應(yīng)用范圍。因此，需要尋找其他更適合的途徑來提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。另外，現(xiàn)有技術(shù)中一般用燒結(jié)方法來制備高溫超導(dǎo)材料，然而，利用燒結(jié)方法制備的塊體材料存在較多缺陷和雜質(zhì)。目前用脈沖激光沉積(PLD)方法可制備出鐵基高溫超導(dǎo)薄膜，但同樣存在薄膜的結(jié)構(gòu)均勻性較差、缺陷和雜質(zhì)多等缺點(diǎn)。也即，現(xiàn)有的制備技術(shù)很難獲得高質(zhì)量的鐵基單晶薄膜，從而干擾了對超導(dǎo)電性機(jī)理的研究。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種高溫超導(dǎo)薄膜，該高溫超導(dǎo)薄膜具有較高的薄膜質(zhì)量和較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。本發(fā)明提供一種高溫超導(dǎo)薄膜，其包括一 SrTiO3基底、一 FeSe單晶層及一具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的保護(hù)層。所述SrTiO3基底、FeSe單晶層和保護(hù)層層疊設(shè)置，其中，所述FeSe單晶層位于所述SrTiO3基底和保護(hù)層之間。進(jìn)一步地,所述FeSe單晶層與所述SrTiO3基底之間具有一原子級平整的界面,所述保護(hù)層與所述FeSe單晶層之間也具有一原子級平整的界面。進(jìn)一步地，所述保護(hù)層為一 FeTe單晶層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):第一，采用SrTiO3 (100)作為基底，SrTiO3與FeSe單晶的晶格失配度小，保證了 FeSe可以在SrTiO3表面的二維外延生長，并且SrTiO3在低溫下具有很高的介電常數(shù)，能夠有效屏蔽載流子之間的相互作用，獲得較強(qiáng)的FeSe/SrTi03界面增強(qiáng)超導(dǎo)效應(yīng)；第二，利用具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的保護(hù)層覆蓋于FeSe單晶層的表面，可為FeSe單晶層提供原子級平整、完全的保護(hù)，在保證FeSe單晶層免受大氣中雜質(zhì)污染的同時(shí)，降低界面處電子散射，從而更好保持FeSe單晶層的超導(dǎo)特性；第三，所述保護(hù)層與FeSe單晶層之間，以及所述FeSe單晶層與SrTiO3之間均具有原子級平整的界面；第四，本發(fā)明提供的高溫超導(dǎo)薄膜，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的起始溫度在54K以上，在12K時(shí)的臨界電流密度高于106A/cm2。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜的制備工藝流程圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜中FeSe單晶層的掃描隧道顯微鏡(STM)形貌圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜中FeSe單晶層覆蓋保護(hù)層后的STM形貌圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜的非原位電輸運(yùn)測量結(jié)果圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜的抗磁性測量結(jié)果圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的高溫超導(dǎo)薄膜的臨界電流密度測量結(jié)果圖。主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述高溫超導(dǎo)薄膜包括一 SrTiO3基底、一 FeSe單晶層以及一保護(hù)層，所述SrTiO3基底、FeSe單晶層及保護(hù)層層疊設(shè)置，所述FeSe單晶層位于所述SrTiO3基底與保護(hù)層之間，所述保護(hù)層具有層狀晶體結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述保護(hù)層由四方晶格的層狀化合物AB組成，其中，A為過渡金屬元素中的一種，B為硒、碲或硫中的一種。
3.如權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述保護(hù)層為一FeTe單晶層。
4.如權(quán)利要求3所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述FeTe單晶層為2 10原胞厚的FeTe單晶薄膜。
5.如權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述FeSe單晶層為f5原胞厚的FeSe單晶薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述FeSe單晶層與所述SrTiO3基底之間具有一原子級平整的界面。
7.如權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述保護(hù)層與所述FeSe單晶層之間具有一原子級平整的界面。
8.如權(quán)利要求3所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述FeTe單晶層為10原胞厚的FeTe單晶薄膜，且所述FeSe單晶層為單原胞厚的FeSe單晶薄膜。
9.如權(quán)利要求6所述的高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述FeSe單晶層與所述SrTiO3基底之間的界面為一超導(dǎo)界面。
10.如權(quán)利要求1所述高溫超導(dǎo)薄膜，其特征在于，所述高溫超導(dǎo)薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的起始溫度高于54 K，且在12 K時(shí)的臨界電流密度高于106A/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)薄膜，其包括一SrTiO3基底、一FeSe單晶層及一具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的保護(hù)層。所述SrTiO3基底、FeSe單晶層和保護(hù)層層疊設(shè)置，其中，所述FeSe單晶層位于所述SrTiO3基底和保護(hù)層之間。所述FeSe單晶層與所述SrTiO3基底之間具有一原子級平整的界面，所述保護(hù)層與所述FeSe單晶層之間也具有一原子級平整的界面。本發(fā)明提供的高溫超導(dǎo)薄膜，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的起始溫度在54K以上，在12K時(shí)的臨界電流密度高于106A/cm2。
文檔編號B32B9/04GK103203913SQ201310079700
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者薛其坤, 馬旭村, 王立莉, 陳曦, 賈金鋒, 何珂, 季帥華, 張文號, 王慶艷, 李志 申請人:清華大學(xué), 中國科學(xué)院物理研究所