搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

SrTiO3(001)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长

王萌 欧云波 李坊森 张文号 汤辰佳 王立莉 薛其坤 马旭村

引用本文:
Citation:

SrTiO3(001)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长

王萌, 欧云波, 李坊森, 张文号, 汤辰佳, 王立莉, 薛其坤, 马旭村

Molecular beam epitaxy of single unit-cell FeSe superconducting films on SrTiO3(001)

Wang Meng, Ou Yun-Bo, Li Fang-Sen, Zhang Wen-Hao, Tang Chen-Jia, Wang Li-Li, Xue Qi-Kun, Ma Xu-Cun
PDF
导出引用
  • 在以前工作的基础上,进一步研究了SrTiO3(001)(STO)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长. 首先,通过去离子水刻蚀、盐酸溶液腐蚀和纯氧气氛中退火等步骤,获得台阶有序、具有单一TiO2终止的原子级平整表面的STO衬底,这是前提条件. 这个过程中酸的选择和退火过程中氧的流量是最为关键的因素. 其次,在FeSe薄膜的分子束外延生长中,选择适当的Fe源和Se 源束流以及衬底温度是关键因素. 如选择适当,生长模式为step-flow生长,这时得到的FeSe薄膜将是原子级平整的. 最后一步为退火,这个过程会增强FeSe薄膜结晶性以及它与SrTiO3衬底间的结合强度.
    Based on our previous work, we have systematically investigated the molecular beam epitaxy growth of single unit-cell FeSe films on SrTiO3(001) substrates and studied the surface morphology by scanning tunneling microscopy. We found that there are three key steps to obtain large-scale uniform one unit-cell superconducting FeSe films. First, the STO(001) substrates should be treated by HCl etching and thermal annealing under oxygen flux so that a specific TiO2-terminated STO(001) surface with well-defined step-terrace structure could be obtained. Second, the Fe and Se fluxes and substrate temperature have to be controlled delicately. At last, post-growth annealing is also critical, which can remove extra Se adatoms, and more importantly facilitate the necessary electron transfer for superconductivity transition.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11374336,91121004)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11374336, 91121004).
    [1]

    Wang Q Y, Li Z, Zhang W H, Zhang Z C, Zhang J S, Li W, Ding H, Ou Y B, Deng P, Chang K, Wen J, Song C L, He K, Jia J F, Ji S H, Wang Y Y, Wang L L, Chen X, Ma X C, Xue Q K 2012 Chin. Phys. Lett. 29 037402

    [2]

    He S L, He J F, Zhang W H, Zhao L, Liu D F, Liu X, Mou D X, Ou Y B, Wang Q Y, Li Z, Wang L L, Peng J P, Liu Y, Chen C Y, Yu L, Liu G D, Dong X L, Zhang J, Chen C T, Xu Z Y, Chen X, Ma X C, Xue Q K, Zhou X J 2013 Nat. Mater. 12 605

    [3]

    Saint-James D, de Gennes P G 1963 Phys. Lett. 7 306

    [4]

    Ginzburg V L 1964 Phys. Lett. 13 101

    [5]

    Wang L L, Ma X C, Chen X, Xue Q K 2013 Chin. Phys. B 22 086801

    [6]

    Unoki H, Sakudo T 1967 J. Phys. Soc. Jpn. 23 546

    [7]

    Muller K A, Berlinger W, Waldner F 1968 Phys. Rev. Lett. 21 814

    [8]

    Kawasaki M, Takahashi K, Maeda T, Tsuchiya R, Shinohara M, Ishiyama O, Yonezawa T, Yoshimoto M, Koinuma H 1994 Science 266 1540

    [9]

    Koster G, Kropman B L, Rijnders G J H M, Blank D H A, Rogalla H 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2920

    [10]

    Biswas A, Rossen P B, Yang C H, Yang C H, Siemons W, Jung M H, Yang I K, Ramesh R, Jeong Y H 2011 Appl. Phys. Lett. 98 051904

    [11]

    Wang X, Fei Y Y, L H B, Jin K J, Zhu X D, Chen Z H, Zhou Y L, Yang G Z 2005 Sci. China Ser. G-Phys. Mech. Astron. 35 158 (in Chinese) [王旭, 费义艳, 吕惠宾, 金奎娟, 朱湘东, 陈正豪, 周岳亮, 杨国桢 2005 中国科学 G 辑 物理学 力学·天文学 35 158]

    [12]

    Chambers S A, Droubay T C, Capan C, Sun G Y 2012 Surf. Sci. 606 554

    [13]

    Zhang W H, Sun Y, Zhang J S, Li F S, Guo M H, Zhao Y F, Zhang H M, Peng J P, Xing Y, Wang H C, Fujita T, Hirata A, Li Z, Ding H, Tang C J, Wang M, Wang Q Y, He K, Ji S H, Chen X, Wang J F, Xia Z C, Li L, Wang Y Y, Wang J, Wang L L, Chen M W, Xue Q K, Ma X C 2014 Chin. Phys. Lett. 31 017401

  • [1]

    Wang Q Y, Li Z, Zhang W H, Zhang Z C, Zhang J S, Li W, Ding H, Ou Y B, Deng P, Chang K, Wen J, Song C L, He K, Jia J F, Ji S H, Wang Y Y, Wang L L, Chen X, Ma X C, Xue Q K 2012 Chin. Phys. Lett. 29 037402

    [2]

    He S L, He J F, Zhang W H, Zhao L, Liu D F, Liu X, Mou D X, Ou Y B, Wang Q Y, Li Z, Wang L L, Peng J P, Liu Y, Chen C Y, Yu L, Liu G D, Dong X L, Zhang J, Chen C T, Xu Z Y, Chen X, Ma X C, Xue Q K, Zhou X J 2013 Nat. Mater. 12 605

    [3]

    Saint-James D, de Gennes P G 1963 Phys. Lett. 7 306

    [4]

    Ginzburg V L 1964 Phys. Lett. 13 101

    [5]

    Wang L L, Ma X C, Chen X, Xue Q K 2013 Chin. Phys. B 22 086801

    [6]

    Unoki H, Sakudo T 1967 J. Phys. Soc. Jpn. 23 546

    [7]

    Muller K A, Berlinger W, Waldner F 1968 Phys. Rev. Lett. 21 814

    [8]

    Kawasaki M, Takahashi K, Maeda T, Tsuchiya R, Shinohara M, Ishiyama O, Yonezawa T, Yoshimoto M, Koinuma H 1994 Science 266 1540

    [9]

    Koster G, Kropman B L, Rijnders G J H M, Blank D H A, Rogalla H 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2920

    [10]

    Biswas A, Rossen P B, Yang C H, Yang C H, Siemons W, Jung M H, Yang I K, Ramesh R, Jeong Y H 2011 Appl. Phys. Lett. 98 051904

    [11]

    Wang X, Fei Y Y, L H B, Jin K J, Zhu X D, Chen Z H, Zhou Y L, Yang G Z 2005 Sci. China Ser. G-Phys. Mech. Astron. 35 158 (in Chinese) [王旭, 费义艳, 吕惠宾, 金奎娟, 朱湘东, 陈正豪, 周岳亮, 杨国桢 2005 中国科学 G 辑 物理学 力学·天文学 35 158]

    [12]

    Chambers S A, Droubay T C, Capan C, Sun G Y 2012 Surf. Sci. 606 554

    [13]

    Zhang W H, Sun Y, Zhang J S, Li F S, Guo M H, Zhao Y F, Zhang H M, Peng J P, Xing Y, Wang H C, Fujita T, Hirata A, Li Z, Ding H, Tang C J, Wang M, Wang Q Y, He K, Ji S H, Chen X, Wang J F, Xia Z C, Li L, Wang Y Y, Wang J, Wang L L, Chen M W, Xue Q K, Ma X C 2014 Chin. Phys. Lett. 31 017401

  • [1] 王伟, 柳伟, 谢森, 葛浩然, 欧阳雨洁, 张程, 华富强, 张敏, 唐新峰. MnTe单晶薄膜的外延制备、本征点缺陷结构及电输运优化. 物理学报, 2022, 71(13): 137102. doi: 10.7498/aps.71.20212350
    [2] 赵林, 刘国东, 周兴江. 高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究. 物理学报, 2021, 70(1): 017406. doi: 10.7498/aps.70.20201913
    [3] 高飞, 冯琦, 王霆, 张建军. 硅(001)图形衬底上锗硅纳米线的定位生长. 物理学报, 2020, 69(2): 028102. doi: 10.7498/aps.69.20191407
    [4] 王兴悦, 张辉, 阮子林, 郝振亮, 杨孝天, 蔡金明, 卢建臣. 超高真空条件下分子束外延生长的单层二维原子晶体材料的研究进展. 物理学报, 2020, 69(11): 118101. doi: 10.7498/aps.69.20200174
    [5] 王海波, 罗震林, 刘清青, 靳常青, 高琛, 张丽. 共振X射线衍射研究高温超导Sr2CuO3.4晶体中的调制结构. 物理学报, 2019, 68(18): 187401. doi: 10.7498/aps.68.20190494
    [6] 赵林, 刘国东, 周兴江. 铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究. 物理学报, 2018, 67(20): 207413. doi: 10.7498/aps.67.20181768
    [7] 肖嘉星, 鲁军, 朱礼军, 赵建华. 垂直磁各向异性L10-Mn1.67Ga超薄膜分子束外延生长与磁性研究. 物理学报, 2016, 65(11): 118105. doi: 10.7498/aps.65.118105
    [8] 张马淋, 葛剑峰, 段明超, 姚钢, 刘志龙, 管丹丹, 李耀义, 钱冬, 刘灿华, 贾金锋. SrTiO3(001)衬底上多层FeSe薄膜的分子束外延生长. 物理学报, 2016, 65(12): 127401. doi: 10.7498/aps.65.127401
    [9] 祝梦遥, 鲁军, 马佳淋, 李利霞, 王海龙, 潘东, 赵建华. 高质量稀磁半导体(Ga, Mn)Sb单晶薄膜分子束外延生长. 物理学报, 2015, 64(7): 077501. doi: 10.7498/aps.64.077501
    [10] 苏少坚, 张东亮, 张广泽, 薛春来, 成步文, 王启明. Ge(001)衬底上分子束外延生长高质量的Ge1-xSnx合金. 物理学报, 2013, 62(5): 058101. doi: 10.7498/aps.62.058101
    [11] 聂帅华, 朱礼军, 潘东, 鲁军, 赵建华. 分子束外延制备的垂直易磁化MnAl薄膜结构和磁性. 物理学报, 2013, 62(17): 178103. doi: 10.7498/aps.62.178103
    [12] 苏少坚, 汪巍, 张广泽, 胡炜玄, 白安琪, 薛春来, 左玉华, 成步文, 王启明. Si(001)衬底上分子束外延生长Ge0.975Sn0.025合金薄膜. 物理学报, 2011, 60(2): 028101. doi: 10.7498/aps.60.028101
    [13] 唐军, 刘忠良, 任鹏, 姚涛, 闫文盛, 徐彭寿, 韦世强. Mn掺杂SiC磁性薄膜的结构表征. 物理学报, 2010, 59(7): 4774-4780. doi: 10.7498/aps.59.4774
    [14] 张燕辉, 陈平平, 李天信, 殷豪. GaAs(001)衬底上分子束外延生长InNSb单晶薄膜. 物理学报, 2010, 59(11): 8026-8030. doi: 10.7498/aps.59.8026
    [15] 崔秀芝, 张天冲, 梅增霞, 刘章龙, 刘尧平, 郭阳, 苏希玉, 薛其坤, 杜小龙. 湿法刻蚀对Si基片孔点阵及ZnO外延薄膜周期形貌的影响. 物理学报, 2009, 58(1): 309-314. doi: 10.7498/aps.58.309
    [16] 左涛, 赵新杰, 王小坤, 岳宏卫, 方兰, 阎少林. LaAlO3衬底高温超导线性相位滤波器. 物理学报, 2009, 58(6): 4194-4198. doi: 10.7498/aps.58.4194
    [17] 任 鹏, 刘忠良, 叶 剑, 姜 泳, 刘金锋, 孙 玉, 徐彭寿, 孙治湖, 潘志云, 闫文盛, 韦世强. MnxSi1-x磁性薄膜的结构研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4322-4327. doi: 10.7498/aps.57.4322
    [18] 梁芳营, 刘 洪, 李英骏. 高温超导的压力效应研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3683-3687. doi: 10.7498/aps.55.3683
    [19] 周世平, 瞿海, 廖红印. 高温超导混合配对态与磁通涡旋格子. 物理学报, 2002, 51(10): 2355-2361. doi: 10.7498/aps.51.2355
    [20] 曹天德, 黄清龙. 二分量高温超导机理. 物理学报, 2002, 51(7): 1600-1603. doi: 10.7498/aps.51.1600
计量
  • 文章访问数:  4614
  • PDF下载量:  1098
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-01
  • 修回日期:  2013-12-11
  • 刊出日期:  2014-01-05

SrTiO3(001)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长

  • 1. 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876;
  • 2. 清华大学, 低维量子物理国家重点实验室, 北京 100084;
  • 3. 中国科学院物理研究所, 表面物理国家重点实验室, 北京 100190
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11374336,91121004)资助的课题.

摘要: 在以前工作的基础上,进一步研究了SrTiO3(001)(STO)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长. 首先,通过去离子水刻蚀、盐酸溶液腐蚀和纯氧气氛中退火等步骤,获得台阶有序、具有单一TiO2终止的原子级平整表面的STO衬底,这是前提条件. 这个过程中酸的选择和退火过程中氧的流量是最为关键的因素. 其次,在FeSe薄膜的分子束外延生长中,选择适当的Fe源和Se 源束流以及衬底温度是关键因素. 如选择适当,生长模式为step-flow生长,这时得到的FeSe薄膜将是原子级平整的. 最后一步为退火,这个过程会增强FeSe薄膜结晶性以及它与SrTiO3衬底间的结合强度.

English Abstract

参考文献 (13)

目录

    /

    返回文章
    返回