Forbedret superledningsevne i monolags FeSe-film på SrTiO₃(001) via metallisk δ-doping

Interface engineering har vist sig at være effektiv til at opdage nye kvantetilstande, såsom topologiske tilstande, superledning, ladningstæthedsbølger, magnetisme osv., som kræver heterostrukturfremstilling i atomare skala. Monolayer FeSe på SrTiO₃ substrater har tiltrukket sig intens interesse på grund af dets bemærkelsesværdige interface-forstærkede superledningsevne.

Tidligere eksperimentelle undersøgelser afslørede signifikant grænsefladeelektronoverførsel til FeSe-monolaget fra TiO_2-δ ladningsreservoirlag med ilt ledige pladser som de iboende donorer. Desuden udviser monolaget FeSe yderligere forstørrede mellemrumsstørrelser end andre elektron-doteret FeSe (dvs. 15-20 meV vs. 12 meV), hvilket er blevet tilskrevet det samarbejdsbidrag fra elektron-fonon-kobling med specifikke langsgående optiske fonon-tilstande fra TiO _2-δ overflader.

Inkohærent Cooper-parring og pseudogap er blevet hævdet på grund af den bemærkelsesværdigt lavere nul-modstandstemperatur, der er opnået hidtil end spalteåbningstemperaturen (65-83 K). Tidligere scanning tunneling mikroskopi/spektroskopi karakterisering afslørede tætte domæner i monolag FeSe film, og de superledende huller er undertrykt omkring domænegrænser og endda forsvundet i nanometerskala domæner.

Domænerne stammer fra lavtemperatur (105 K) antiferrodistortive faseovergang i bulk-SrTiO₃ . Tidligere bestræbelser på at forbedre ensartetheden i monolaget FeSe er normalt på bekostning af svækkelse af grænsefladekoblingen eller omvendt.

Qi-Kun Xue og Lili Wang fra Tsinghua University og Minghu Pan fra Shaanxi Normal University rapporterede forbedret grænsefladekobling samt forbedret rumlig ensartethed i monolags FeSe-film på SrTiO₃ (001) via metallisk δ-doping (Au- og Al-atomer) og dermed forbedret superledningsevne.

Al- og Eu-atomerne med højere oxygenaffinitet end Ti fjerner oxygen fra TiO_2-δ overflade, hvilket øger tætheden af ​​overfladens ilt ledige rum, men forhindrer deres klyngning, som afsløret af sænkede arbejdsfunktioner med reduceret elektronisk variation. Monolag FeSe-film på sådanne δ-dopet SrTiO₃ (001) udviser reduceret intensitet af domæner og generelt forstørrede superledende mellemrum, hvilket indikerer den styrkede Cooper-parring med forbedret elektronisk homogenitet.

Som følge heraf afslørede de temperaturafhængige resistivitetsmålinger en begyndende overgangstemperatur på 53 K og en nul-modstandstemperatur på 27 K. Dette arbejde er offentliggjort i National Science Review , med titlen "Væsentligt forbedret superledningsevne i monolags FeSe-film på SrTiO3(001) via metallisk δ-doping." Xiaotong Jiao fra Shaanxi Normal University), Wenfeng Dong, Dr. Mingxia Shi og Dr. Heng Wang fra Tsinghua University bidrog lige så meget til dette arbejde.

Flere oplysninger: Xiaotong Jiao et al., Betydeligt forbedret superledning i monolags FeSe-film på SrTiO3(001) via metallisk δ-doping, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad213

Leveret af Science China Press